伍建川　李航

摘 要：切削加工在機(jī)械制造中占有很重要的地位，隨著科技的日益進(jìn)步，人們需求的提高，對切削加工也提出了更高的要求。本文對傳統(tǒng)切削、干式切削和半干式切削進(jìn)行分析比較，并作出相應(yīng)的總結(jié)展望。

關(guān)鍵詞：切削加工；傳統(tǒng)切削；干式切削；半干式切削

0 前言

現(xiàn)代制造技術(shù)是一個國家制造業(yè)水平高低的主要標(biāo)志，直接影響著國家工業(yè)的發(fā)展[1]。切削加工在機(jī)械制造技術(shù)中占據(jù)重要地位，占機(jī)械加工量的90%以上[2]，它是汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、能源工業(yè)和新興的模具工業(yè)、電子工業(yè)等部門迅速發(fā)展的重要因素。切削加工是指用刀具從工件上切除多余材料，從而獲得形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量等合乎要求的零件的加工過程。從有切削加工以來，切削液已廣泛應(yīng)用于金屬切削刀具壽命的延長，表面加工質(zhì)量的提高，在獲得卓越的性能時，切削液所涉及的一些重要的問題也限制了其應(yīng)用[3]。當(dāng)前的切削加工按切削液的使用情況可分為三類：傳統(tǒng)切削、干式切削、半干式切削。本文通過對以上三類切削加工進(jìn)行的介紹，分析優(yōu)缺點，使讀者對切削加工有更加深入的了解，為操作者提供選擇使用何種切削加工的參考。

1 傳統(tǒng)切削

傳統(tǒng)的切削在此指使用切削液的切削加工，也叫濕切削加工。自從切削加工問世以來，人們就知道用切削液可以提高加工效率，其技術(shù)現(xiàn)已十分成熟。切削液一般以液體的形式澆注在切削區(qū)內(nèi)，它一方面能在切削過程中帶走熱量，冷卻工件和刀具；另一方面切削液使刀具與工件間的摩擦減小，從而摩擦產(chǎn)生的熱量減少；另外，切削液還具有排屑與清洗、防銹等作用。利用切削液還可以減少粘結(jié)及刀具磨損量，防止劃傷已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌面 [4]。

但是傳統(tǒng)的切削技術(shù)也有很大的弊端，傳統(tǒng)切削的切削液澆注方式使得刀刃與工件、刀刃與切屑的結(jié)合部由于膜態(tài)沸騰的原因并沒有得到很好的冷卻和潤滑，而只是冷卻了刀體和工件的表面[5]；使用切削液對環(huán)境有很大的污染；各種類型的切削液都會含有除基礎(chǔ)油以外的各種添加劑，工人在操作時容易接觸切削液，引起皮膚傷害；而且切削液的存放困難，需要避光、避熱、避潮室內(nèi)存放，理想存放溫度為4℃～30℃。這都無形中產(chǎn)生了很高的成本費用，和綠色的機(jī)械制造理念不相符合。

2 干切削

干切削一般是指在無冷卻、潤滑油劑的作用下的高速切削。高速切削是20世紀(jì)90年代迅速走向?qū)嶋H應(yīng)用的一項新加工技術(shù)，包括高速硬切削、高速軟切削以及大進(jìn)給軟切削[6]。在高速切削條件下，95%—98%切削熱被切屑帶走，切削力也可降低30%。

高速干式切削對刀具的要求嚴(yán)格：刀具需要很好的耐高溫性能，可在無切削液條件下工作；切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要盡可能?。ㄗ钣行У姆椒ㄊ堑毒弑砻嫱繉樱⑤o以排屑良好的刀具結(jié)構(gòu)，減少熱量堆積；切削刀具還需要更高的強度和抗沖擊韌性[7]。目前，國外的工業(yè)發(fā)達(dá)國家非常重視高速干切削研究，干切削技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域，并獲得了良好經(jīng)濟(jì)效益[8]。使用高速切削，在表面形成的殘余壓應(yīng)力低于正常的銑削速度，在表面的殘余應(yīng)力梯度較小和應(yīng)力分布更合理。應(yīng)用高速銑削方法加工鈦合金獲得的工件表面質(zhì)量能達(dá)到通過研磨得到的表面質(zhì)量的水平，具有較低的應(yīng)力，表面粗糙度低，較低的冷作硬化深度[9]。

當(dāng)然，高速切削加工也有其自身的局限性：在切削加工一些難加工材料時，切削速度的提高仍會受到刀具急劇磨損的限制；同時切屑因較高的熱塑性而難以折斷和控制，切屑的收集和排除較為困難[10]；高速切削因為切削力增大，切削溫度上升，切削振動增強，影響機(jī)床加工性能，降低了加工質(zhì)量。另外高速切削所使用的刀具材料價格非常貴，像銑削這類回轉(zhuǎn)刀具及主軸還需要動平衡；刀具夾持必須安全可靠；所使用的高速加工機(jī)床及其控制系統(tǒng)價格昂貴，這些都使得高速切削的成本加大[8]。

3 半干式切削

半干式切削法是介于干式切削和濕切削之間的一種切削方式，它綜合了干式切削和濕切削的優(yōu)點，在保證加工效果的前提下，盡可能的使用最小量的切削液，盡可能對環(huán)境的污染程度影響最小[11]。它是利用氣體加微量無害油劑代替切削液的降溫、潤滑、排屑的一種切削方式，常見的有MQL（微量潤滑）切削、氮氣流切削、超低溫冷卻切削和低溫冷風(fēng)切削。

3.1 MQL（微量潤滑）切削

MQL切削是早就在國外應(yīng)用廣泛的半干式切削方法，是利用常溫壓縮空氣中混入微量的無公害油霧替代大量切削液來進(jìn)行冷卻、潤滑和排屑。采用MQL時的切削摩擦系數(shù)與使用水溶性切削液和干切削時的摩擦系數(shù)相比要低得多，所以即便是提供非常微量的油劑也能獲得潤滑作用[12]。

MQL切削技術(shù)明顯優(yōu)于干式切削，其切削力由于切削溫度的降低而減小[13]，能獲得相當(dāng)小的表面粗糙度和毛刺尺寸[14]，同時因其使用環(huán)保型切削液，降低了對工作人員的危害。MQL發(fā)展很快，在很多國家都使用普遍，但是，有助于大量降低切削廢棄物的MQL技術(shù)還無法被人們清晰認(rèn)識，在技術(shù)上更是問題重重，如需要控制氧氣濃度，以免有氧化物的產(chǎn)生，使得切削溫度升高。

3.2 氮氣流切削

氮氣流切削是指把空氣中的O2、CO2和H2O排出，提取到比較純凈的氮氣，用氮氣代替切削液，達(dá)到降低溫升的目的，并能夠解決金屬材料的氧化問題。氮氣流切削冷卻劑的來源豐富，并不會污染環(huán)境，但是由于只有氮氣作為冷卻劑，其冷卻效果不太明顯，對于此項技術(shù)國內(nèi)外的研究都較少，國內(nèi)更是幾乎沒有使用。

3.3 超低溫冷風(fēng)切削

超低溫冷風(fēng)切削在特定的壓力作用下，將-180℃的液氮，或是-76℃的CO2液體噴入切削點，替換掉使用切削液的切削方式。超低溫冷風(fēng)切削與氮氣流切削的不同之處在于使用了低溫氮氣作為冷卻劑，能夠達(dá)到較好的冷卻效果，但該方法技術(shù)難度大、成本高，故發(fā)展緩慢，無法廣泛用于生產(chǎn)實際。

3.4 低溫冷風(fēng)切削endprint

低溫冷風(fēng)切削技術(shù)的工作思路，就是將壓縮空氣在特定壓力下通過不同類型的制冷設(shè)備，直接用噴管噴射于刀具前后切削刃，使刀具切削刃得到迅速冷卻，從而能夠達(dá)到降溫、減小切削力和使切屑迅速脫離工件的效果[15]。將壓縮空氣降溫到-20℃～-30℃，并混入微量植物油潤滑劑的切削方式與MQL切削不同之處在于低溫冷風(fēng)切削使切削點低溫化[16]。

低溫冷風(fēng)切削技術(shù)是最為實用，也最適合我國國情一種切削加工技術(shù)。它的優(yōu)點如下：加工效率提高了幾倍，低溫冷風(fēng)車削、磨削效率被證實有所提高，低溫冷風(fēng)鉆削的效率甚至提高了甚20倍左右；基本上不產(chǎn)生污染，改善了加工條件；省去了切削劑采購費，使得生產(chǎn)成本降低；切屑不用處理便可回收，使經(jīng)濟(jì)效益增加；對自動加工、檢測和監(jiān)控也非常有利；加工溫度對工件尺寸影響很小，質(zhì)量穩(wěn)定；刀具壽命延長數(shù)倍，降低了刀具成本、縮短了機(jī)床準(zhǔn)備時間；特別對于鈦、鎂、鎳鉻合金等難切削材料的加工用處極大[17]。

4 結(jié)語

目前，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的重要性毋庸置疑，我國國情使得我們尤為要意識到其緊迫感，經(jīng)過對三種類型的切削技術(shù)的簡單對比，得出如下結(jié)論：

（1）由于現(xiàn)在的環(huán)保意識越來越強，國際上對環(huán)境污染的懲罰力度加大，傳統(tǒng)的切削技術(shù)由于使用切削液污染環(huán)境和成本增加等原因，不符合綠色制造加工概念，被越來越多的國家摒棄。

（2）高速干式切削加工技術(shù)在國外的應(yīng)用十分普遍，但在國內(nèi)由于條件限制，刀具材料問題難以克服，其發(fā)展研究仍存在困難。

（3）半干式切削中的冷風(fēng)切削，由日本提出，在中國起步較早，發(fā)展迅速，可作為今后切削加工的發(fā)展趨勢。

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作者簡介：伍建川（1988-），男，四川達(dá)州人，碩士，研究方向：機(jī)械工程及自動化、機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域。endprint