绿色加工工艺--干和准干切削(一）

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　　近十几年来，工业生产领域相应提出了绿色制造和清洁生产的概念。机械产品的制造过程是直接消耗资源和产生废弃物的主要环节，因此零件的绿色加工工艺愈来愈受到重视。所谓绿色加工工艺，就是要在满足加工质量、加工效率和加工成本要求的条件下，把对环境的负面影响减至最小和使资源(能源、物料)利用率达到最高的工艺。
* |: _$ [) Q4 |# E　　切削加工迄今仍是机械零件最重要的加工工艺方法，目前切削加工工艺的绿色化主要集中在不使用切削液。这是因为：使用切削液会耗费大量的切削液和电能，日本一年耗费的切削液就达8亿升，而使用切削液所耗费的能量大约占整个机械制造工厂能量的1/10；切削液和切屑的处理费用高，目前与切削液相关的费用已占零件加工成本的14-17%，若排出未经处理的切削液则会污染周围地区的生态环境；会直接污染车间环境和危害工人健康，切削液受热挥发易形成烟雾和产生异味，特别是极压添加剂所含硫、磷、氯等化学元素在切削过程中形成的物质会引致多种疾病。
　　然而，不使用切削液的干切削并不能简单实现，因为切削液起着三个重要作用：吸收和带走大量切削热，使传入刀具和工件的切削热非常少；在刀具与工件以及刀具与切屑接触界面上形成润滑膜，既减少摩擦又抑制切屑粘连到刀具上；把切屑迅速冲走。最近十几年兴起的干切削技术，就是要在没有切削液的条件下创造与湿切削相同或近似的切削条件，这涉及刀具、机床、工件、加工方式与切削参数等多方面。
　　干切削加工的刀具与机床
# e3 x! n* R2 ?　　干切削时刀具要承受比湿切削更高的温度，刀具与切屑和刀具与工件接触面上的摩擦系数也要尽可能的小，而且还要求刀具能够断屑和有利于排屑，这就需要从刀具材料、涂层以及刀具几何形状与结构等方面来一同解决。
/ e7 O: {% B% f) c. U　　细晶粒硬质合金特别是能承受较高切削温度的TiC (N)基硬质合金(又称金属陶瓷)，可用于干切削。不过，金属陶瓷的耐冲击性差，故多用于精和半精加工，美国Kennametal公司涂有TiAIN的金属陶瓷刀片HT7，就是为干铣削合金钢和高合金钢而开发。合肥工业大学利用经TiN纳米粉体改性的金属陶瓷刀片进行干切削试验，效果较好。
　　PCD(聚晶金刚石)和CVD金刚石涂层刀片有很高的硬度和热导率，适合高速干切削各种有色金属和耐磨的高性能非金属材料，但不能加工黑色金属。PCBN(聚晶立方氮化硼)的硬度和耐磨性仅次于金刚石，有优良的红硬性、化学稳定性和低摩擦系数，是高速干切削HRC50以上淬硬钢和冷硬铸铁等黑色金属的理想刀具材料。
" Z! g+ R9 Z( W& x* L5 n# Y　　陶瓷具有硬度高、化学稳定性和抗粘结性好、摩擦系数低等优点，是相对廉价的干切削刀具材料，但其强度、韧性和抗冲击性能差，为此加入各种增韧补强相并改进其压制工艺。目前，用Si3N4基陶瓷刀片干切削灰铸铁，用Al2O3基陶瓷刀片干切削淬硬钢和冷硬铸铁。
　　涂层刀具是当今干和准干切削最常用的刀具，基体一般是韧性较好的硬质合金，在基体上涂上一层或多层TiN、TiCN、TiAIN之类的耐磨硬涂层，起耐热和隔热的热屏障作用。为减少切削过程中的摩擦与粘附，往往又在硬涂层之上再加MoS2、WC/C之类起润滑作用的软涂层，使其综合硬涂层硬度高、热稳定性好和软涂层摩擦系数低、自润滑性好的优点于一身。试验证明，涂层特别是兼有软硬涂层的刀具性能更好，如在合金钢材料上干钻盲孔(孔深为直径的4倍)，无涂层的钻头干钻1个孔就损坏了，涂有TiAIN硬涂层的钻头干钻85个孔才失效，涂有TiAIN加WC/C复合涂层的钻头则加工了108个孔。
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