干式和半干式切削加工的最新成果

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　　为了满足润滑、冷却及排除切屑等的要求，在现代的金属切削加工中，一般都使用油性冷却液，在提高切削效率、产品质量和延长刀具寿命等方面发挥了重要作用。但是，油性冷却液和冷却系统及油性冷却液用后处理等的费用，在总的加工成本中占有相当大的比重，而且使用冷却液还会造成环境污染。
  X+ E$ p* ?" Y. j% l　　在当今国际市场竞争十分激烈和要求注重环保的形势下，降低产品成本和保护环境不受污染是各生产厂商求生存、促发展的重大课题。机械制造行业和工具行业的生产厂商也不例外，他们投入了充足的资金和技术力量研究开发新技术，以降低产品加工成本，提高产品的竞争能力。不使用冷却液的干式切削加工和只使用微量冷却剂的半干式切削加工方式，降低了加工成本，保护了生态环境。作为干式和半干式切削加工用的刀具材料、刀具的设计及切削性能也有长足的进步。切削加工方法和对被加工材料的适用范围正在不断扩大。
6 ~' j, \" f! [: W9 ?5 Q　　下面介绍国外部分公司开发的适用于干式和半干式切削加工的高性能刀具及相关装置的特点及使用效果。
　　MMCコバルコ工具(株)公司
　　产品名称：40型钻头系列
　　(1)YC-SSS；(2)YC-SSM
/ I# @, w; v6 d　　产品特点：40型YC-SSS钻头和YC-SSM钻头在结构设计上采用了小芯厚和大容屑槽结构，其钻孔深度分别为2D和3D，适用于热处理结构钢、碳钢、合金钢等干式钻削，也可用于湿式钻削。
& ]% Z/ Z5 l. h; \9 N7 D% _　　使用效果：本系列钻头在干式加工时，断屑性能优异，排屑通畅。
　　YC-SSS钻头较未改进的涂层硬质合金钻头能大幅度提高进给量，即便提高到1.6倍，刀具也不会崩刃或折断。
4 N. g9 s) t0 v: f9 E  }　　YC-SSM钻头在干式加工时，其使用寿命比未改进的涂层钻头湿式钻削的使用寿命还长，钻削FCD400可锻铸铁时，其钻削速度最高可达200m/min,最佳切削速度为120～150m/min。
　　(3)YC-SSL-OH(油孔钻)
8 ~0 b* i& u8 K4 R5 o: j　　产品特点：该钻头适用于小孔和深孔加工。在设计上考虑了结构更新及优质涂层的最佳匹配，刀具有冷却孔，采用空气冷却。小规格，特别是直径3mm以下的钻头，安装径向跳动应控制在0.02mm以下，湿式钻削用冷却液使用精密过滤器，压力在3MPa以上；干式切削的空气压力应控制在0.5MPa以上。
9 j/ I, r' A. z$ Z　　使用效果：在干式钻削时，排屑性能良好，使用寿命达2200个孔以上，直径8mm钻头干式钻削长度达64m后，仍可继续使用。
　　Sandvik公司
* s& M' i2 ?8 \& |/ b9 w/ r+ T2 t　　产品名称：车刀
　　(1)GC4000系列车刀片
　　产品特点：硬质合金基体有GC4015、GC4025、GC4035三类，采用W-Co-γ类倾斜构造专用基体，抗崩刃性和抗破损性强；采用中温CVD涂覆TiCN柱状涂层，结合强度高，抗剥落和抗后面磨损能力强，使用厚膜Al2O3涂层，结合强度高，高温耐磨性和抗塑变能力强；刀片有独特的正前角开式断屑槽，切削抗力小，切屑和前刀面接触长度小，刀刃承受的热量少，增强了耐磨性。
. E$ T' h: A' d* B8 ?　　使用效果：GC4015刀片和其它公司的P15刀片在干式高速车削SCM440钢对比中，前者的抗塑变能力优于后者；GC4015刀片和其它公司的P15刀片在干切S40C钢比较，结果是GC4015刀片的耐磨性优于P15刀片；GC4025刀片和其它公司P25刀片在干切SCM420钢时，其前者的寿命较后者提高近2倍；GC4035刀片和其它公司的P35刀片在干切S50C钢时，前者的抗后面磨损显著优于后者。
% N4 m" C" O0 F! X, H& n& b- X　　(2)Wiper刀片
　　产品特点：Wiper刀片设计世界领先，适于所有车削加工。在干式加工中效果显著，和GC4000系列材质组合，最适于干式车削。
$ R  R) g9 [4 \8 x$ E　　使用效果：使用Wiper刀片进行干式车削可提高进给量，使刀片和被加工工件接触时间缩短，从而降低了刀片的温升，抑制刀片磨损的扩展，延长了刀具的寿命
0 G- [' h( g4 C: y　　三菱综合材料公司
* C4 m- J0 u! D8 `" P9 m2 B% h: E+ y( A　　产品名称：CBN刀具
　　产品特点：新材质“MB8025”是一种通用性好的CBN材质。它是将CBN粉末和Ti系陶瓷类粉末混合后，在高温高压下，用“粉末活性烧结法”烧结成的复合烧结体，其相结构为CBN硬质相+Ti系陶瓷类结合相，在烧结过程中，在CBN硬质相和结合相之间发生化学反应而生成反相，使硬质相CBN和结合相牢固结合，并将反应相控制在最佳量，从而使其耐磨性能和切削刃韧性得到很大提高。
! K3 i  i$ q. v4 [0 b2 R: T8 K　　使用效果：用“MB8025”材质CBN车刀车削SCM415渗碳淬火(HRC61)钢件，加工14分钟后，其后刀面磨损值为0.1mm，断续车削时，其抗冲击次数为2.7万次。连续切削时，其表面粗糙度优于其它CBN刀具。加工SCM415渗碳钢(HRC60)齿面端面和加工SCR420渗碳淬火钢(HRC62)齿轮外圆和加工SCR420H渗碳淬火(HRC62)齿轮内孔，其加工次数分别为34、200、200，其它公司CBN车刀加工次数分别为24、160、160。
　　日本特殊陶业公司
. ]( e; a3 N- ~. [' @7 v1 g$ I1 ~　　产品名称：陶瓷刀具
6 L' p: Y7 _( i8 A) Y　　(1)HW2陶瓷刀具
1 y1 o1 |6 I% [2 X- r　　产品特点：刀片材质为含锆氧化铝陶瓷，氧化铝含量多，化学性能稳定，耐氧化和热稳定性好。与Al2O3-TiC系陶瓷HC5、TiC陶瓷HC6和SiC晶须陶瓷WAl比较，是特殊铸铁干式加工的最佳材料。适于高速加工韧性材料和一般材料。
4 l- Y! `2 a) r& z　　使用效果：加工特殊铸铁时，其刀具使用寿命比其它公司使用的CBN刀具寿命长。
　　(2)HW3陶瓷刀具
　　产品特点：属高纯氧化铝陶瓷，其切速可达1000m/min,氧化铝纯度高，添加了耐热性高的特殊物质，强化了材料组织，耐磨性和抗崩刃性强。适于高速加工韧性材料和一般材料。
　　使用效果：用1000m/min高速加工特殊铸铁，其使用寿命为HW2陶瓷刀具的1.5倍。
" I" D# G3 Z' t# Y　　(3)SXI氮化硅刀具
* T+ ^0 r( [8 R2 ~9 X+ {" M+ I　　产品特点：热膨胀系数小、热传导性好，可延缓热裂纹的产生，适于普通铸铁的干式高速铣削。
　　使用效果：用500m/min湿式铣削一般铸铁时，该刀具的使用寿命比涂层硬质合金铣刀长，当铣削速度提高到1000m/min时，在干铣时，该刀具寿命是涂层硬质合金的2倍。
　　(4)涂层氮化硅刀具
　　产品特点：刀片表面涂TiN，可阻止氮化硅和铸铁及淬硬钢的化学反应，抑制了刃口磨损，适于铸铁粗加工和淬硬钢的加工。
5 D8 ^4 j& [3 B7 Z3 r: ~2 R" I　　使用效果：刀具寿命长，尤其加工淬硬钢时。
　　OSG公司
* `0 g5 X. u6 C0 R# P% i' ^# W' m7 d　　产品名称：超微细结晶金钢石涂层刀具
　　产品特点：结晶颗粒极小，Rz值在1μm以下，刀具表面平滑、涂层韧性好、抗粘结性能强。用于精加工，可提高表面粗糙度；用于干式加工，可提高抗粘刀性能。适用于立铣刀、钻头、丝锥等刀具涂层。
　　使用效果：采用该刀具干切时，可改善工件的表面粗糙度、抗粘结性，并可提高加工质量和效率。涂层韧性好，抑制了刀具崩刃、延长了刀具寿命，加工中，断屑和排屑性能好。
　　日立工具公司
$ a/ y$ P3 h5 W　　产品名称：超级涂层立铣刀TH/CS系列
　　产品特点：TH系列，是纳米级超微细晶粒TiSiN、且切削刃为特殊设计的立铣刀，在干铣淬硬钢等高硬度材料时，其涂层硬度(HV3596)和抗氧化性能(K1400时的氧化深度为1.2nm)优于TiAlN涂层立铣刀，用于半干式加工，效果更佳。CS系列是一种具有优良润滑性能(摩擦系数为0.3，而TiAlN为0.85左右)和高硬度(HV2800多)涂层的立铣刀。适于软钢及粘性材料的干式加工,切削刃强度高。
4 i0 o5 Z% B4 `4 l6 {3 D　　使用效果：TH系列在干式铣削高硬度钢(HRC60)时，刀具耐磨，其寿命是TiAlN涂层立铣刀的1.8～2.5倍；干式立铣SKD11(HRC60)模具钢，使用寿命和加工效率是TiAlN涂层立铣刀的2倍以上。
　　CS系列在干式立铣碳钢模具时，解决了其它模具铣刀磨损快和不能保证模具精度的难题。适合于干式切削奥氏体不锈钢。
　　东芝坦葛洛依公司
* ]& P4 J0 [5 V4 q% _　　产品名称：干式及半干式加工铝合金用钻头
6 k, [( r% N8 |) U+ Z3 W　　产品特点：干式钻削用钻头：加大钻头的螺旋角、横刃进行修磨、加大钻沟横截面积及改进钻沟形状、改变钻头角度；为减少摩擦，硬质合金钻头表面进行表面抛光处理，使用天然金刚石和人造金刚石、使用金刚石涂层及DLC涂层。半干式钻削用钻头：钻沟型面进行抛光处理，靠近钻头部分表面粗糙度为Ra0.01～0.05μm，提高了平滑性，可减轻粘刀的程度；加大钻沟宽度，切削刃外圆部分的前角为正前角，易于形成切屑，提高排屑性能。
  \' T) J, X: @　　使用效果：为解决铝合金的钻孔，则采用半干式钻削——利用最低限量润滑加工的微粒雾状润滑，从钻头内部或外部供给钻芯部位进行半干式钻削。如果使用最大供油量10ml/h的供油装置，钻头直径在5mm以上，钻头长径比为9的孔加工，可采用干式加工，但与湿式加工相比，其钻削范围较窄。
　　人造金刚石钻头适于铝合金的半干式加工，其加工效率、工件表面粗糙度及使用寿命均优于硬质合金钻头，但不适于铝合金的干式加工。虽然开发出能胜任干式钻削的钻头，但仍不能用于加工难加工材料、铝合金的深孔干式钻削。
. z3 E) H1 R$ i; O$ d# h　　住友电工公司
　　产品名称：新DLC“奥罗拉涂层”刀具：波形刃可转位端铣刀、立铣刀
9 i" g( b' x0 p5 i$ a　　产品特点：该刀具的结晶结构由碳元素构成，具有类似于金刚石的特性，但结晶构造是非晶体物质，其涂层的碳之间的结合状态是金刚石结构(SP3结合)和石墨结构(SP2结合)组成。刀具表面光滑，表面粗糙度为Ra0.01μm，Ry0.27μm。涂层与基体结合强度高，不易剥落。摩擦系数低，仅为0.1，故抗粘结性好。“奥罗拉”波形刃端铣刀具有35°正前角，故刃口锋利，前刀面经抛光处理；立铣刀具有大容屑槽、大前角，基体为铝合金。
4 \* J  D! h, Y7 [3 ^* g  c$ o　　使用效果：表面粗糙度低、不会产生粘刀、抗振性好。
　　不二越公司
　　产品名称：半干式拉削用拉刀
　　产品特点：采用耐磨性、耐热性和韧性好的粉末高速钢制造，采用润滑性、耐热性好的TiAlN复合涂层处理；选用最佳前角、后角及每点切深量；设置了切削刃侧后角，以减少接触面，防止产生挤压切削；切削刃侧后面的形状设计合理，提高了刀具的耐压性和切削液渗透性。
, {2 ]! ^. [9 k( C5 @+ _　　使用效果：在通常的拉削速度下，其TiAlN复合涂层粉末高速钢拉刀的寿命比非涂层拉刀提高20%以上，加工表面质量优于非涂层拉刀。
+ }0 R) s1 P! |& R3 o4 Y　　京陶公司
　　产品名称：高效干式切削用刀具监控装置
　　产品特点：该装置有S、C、T、D四个型号。在绝缘体刀片上有能通电的薄膜电路，可检测出由于磨损量变化而导致电阻的变化。由于磨损、破损等切断了电路，电阻值迅速增大就终止切削。它可从刀片取出电信号进行直接测量。
　　该装置由带传感器的刀片、接触式测头、带信息收集器的刀杆、数字多测量程测量仪和电脑组成。当刀片的导电涂层没有磨损时，电阻值显示低值，当磨损增大或破损时，导电涂层被切断，电阻值急速增大就可判断刀片已达到使用寿命；用数字多测量程测量仪检测电阻，将测量值输入电脑，对电阻信号进行信号处理来判断后面磨损量、刀具寿命极限及有无崩刃产生。
　　本装置用于数控车床和加工中心，可减少停机时间，提高产品精度和生产效率，减少人工费用，降低加工成本，提高工艺制造水平。【MechNet】
文章关键词： 切削加工