干式和半干式切削加工的最新成果
住友ac800p系列刀片介绍
AC810P
400
300
AC700G
AC820P
AC2000
200
AC830P
切削速度 (m/min)
100 AC3000
连续
部份断续
断续
图2 钢件车削用涂层材质的种类与使用领域
1
2-1 高速用材质AC810P的开发目标 我们从既存产品「AC700G」的客户处回
收了使用过的刀片并分析了损伤情况,发现大 约一半为月牙洼磨损。所谓月牙洼磨损,如照 片1所示,是刀具前刀面发生的损伤形态,主 因为切削加工时的切屑擦过。伴随着月牙洼磨 损的进展,将引起切削处理恶化、刃口强度降 低所导致的崩损等情况。特别是钢件连续车削 时由于切屑不断地与前刀面接触,因摩擦热导 致刃口温度上升。通常随着温度上升,硬质合 金母材与涂层膜的硬度会降低,从而月牙洼磨 损的发展会有加速倾向。而高效率加工、干式 加工时上述倾向则更为显著,令月牙洼磨损成 为最主要的损伤形态。为了提高耐月牙洼磨损 性、降低与钢的亲和性,高温下不易发生化学 反应、阻热性优异的氧化铝膜的厚膜化是重要 技术。AC700G虽然在低速~中速领域有较好 的耐磨损性,但由于氧化铝膜较薄因此在高速 加工领域经常因月牙洼磨损导致达到寿命。因 此我们将AC810P的开发目标定为:高效率加 工、干式加工时耐月牙洼磨损性为以往材质 AC700G的1.5倍以上。
以前陶瓷涂层
超级FF涂层
(2) 耐前刀面损伤性的提高 除了TiCN膜和α型氧化铝膜的高强度·平
滑化,我们还将TiCN膜增厚至以前的1.3倍, 氧化铝膜增厚至原来的4倍,从而实现了耐 磨损性的提高。图6所示为高效率加工条件 下的耐磨损性评价结果。我们对新开发的 AC820P、以前材质AC2000、和市售的其他公 司的材质进行了耐磨损性对比。AC820P相比 以前材质与其他公司材质皆达到了2倍以上的 耐前刀面损伤性和耐后刀面磨损性。
MQL 加工技术(微量润滑加工技术)
MQL 加工技术(微量润滑加工技术) 1 引言在金属切屑加工中, 切削液具有冷却、润滑、排屑、清洗和防锈等功能, 使用切屑液对延长刀具使用寿命、减少切削力、保证加工精度和加工质量起着重要作用。
然而随着人类对环境、健康和成本的日益关注, 切削液所带来的负面影响已不容忽视: 切削液的处理和排放易引起环境污染。
切削液雾对操作工人的健康构成威胁, 易诱发多种皮肤病、呼吸道和肺部疾病甚至是癌症。
此外, 切削液的使用成本相当昂贵。
据德国最新统计数据表明:与切削液有关的费用相当于全部制造费用的7%~17%, 而工具费用仅占2%~4%[1]。
在可持续发展战略下, 国家对环境污染的要求越来越严格,切削液的处理费用也越来越高。
鉴于环境保护和降低成本的需要, 干切削和半干切削加工技术成为必然选择。
干切削技术是在切削过程中不使用任何切削液的加工方法, 它可完全消除切削液带来的负面影响。
但是由于缺少切削液的润滑、冷却等作用, 切削刀具承受的负荷大, 切削热无法及时移走, 刀具磨损快, 加工精度和表面光洁度难以保证, 因此它只适用于特定的切削条件。
半干切削加工, 具有多种不同的方法: 低温冷风、液氮冷却、水蒸气冷却和MQL 等。
其中MQL 是近年来各国学者研究得较多的一种技术, 它综合了干切削和浇注式切削的优点, 是一种经济的绿色环保加工技术, 对此加以介绍。
2 MQL 加工技术MQL 是将压缩空气和微量切削液( 一般为2- 30mL/h) 混合雾化后, 喷射到加工区, 对刀具和工件进行有效润滑的一种半干切削技术。
在MQL 加工中, 切削液的使用量极少, 润滑效果却十分显著, 它可以大大减少工件—刀具—切屑之间的摩擦和粘着,抑制温升, 保证加工质量, 既降低成本, 又不会对环境造成污染,并且加工后的工件和切屑保持干燥, 缩短工时。
2.1 MQL 切削液在传统的浇注式切削中, 切削液的选择主要依据其冷却润滑等切削性能, 而在MQL 加工中, 切削液耗量低, 使用时间长,这就要求切削液不仅具有良好的切削性能, 还必须与环境相容,并保持化学稳定性。
干式切削加工技术的现状与未来
铰孔所得 工件表 面 比刃 口锋 利的未涂层 细晶粒 硬质 合金铰
刀铰 出的表面更光 洁 , 刀具寿命更 长。 且 德 国在干式 切 削领 域 中处 于领 先地 位 , 有 8 现 %左右 的企 业 采 用 了干 式 切 削 , 计 到 2 0 预 0 3年 或 2 0 0 4年 会 有 2 %的企 业采用干式 切削技 术 0 5。这预示着干 式切 削技术 是未来切 削加工发展 的一个方 向。 目前 , 国对干式切 削技术 的研究 还 比较少 , 我 应用 也 只 是传统 的铸铁铣 削) 。为了跟 上 国 际形 势 , 应世 界切 jq n- 顺 削技术 的发展趋势 , 国应加快对 干式切 削技 术的研究 。 我
统高速钢 刀具湿式滚 切相 比可减 少 切削 时 间 5 % , 加工 0 且
得干式 切削加工 的应 用又受到 了限制 。未来 切 削加工 中 的
冷却技 术应是 一个 多形式 的绿 色冷却技 术。
1 干 式 切 削 加 工 技 术 的提 出和 应 用
质量也有 明显提高 … 德 国格 林公 司采 用 的钛 基硬 质 合金 4;
钻头干式 钻孔切削 速度高于 2 0 ri, 0 m/ n 同材料 的铰 刀干式 a
传统 的金 属切 削 加工 大 多数 情 况是 需 要 使用 切 削液
的。在金 属切 削加 工 中, 削液 主 要有 3大 功 能 : 滑 作 切 润 用, 冷却作 用 , 清洗和排屑作用 。这些功能 对工 件 已加工表 面质量 和刀具耐用 度具有 明显的影响 。 随着高速切 削加工 技 术的迅 猛 发展 , 工 过程 中切削 加 液 的用 量越来越 大 , 时高 达 8 ~1 0 / n 。但 大 量使 有 0 0 L mi… 用 切削液造成 了许 多负面影 响 , 主要 表现在 以下 3个方 面。 a 增 加 了制造成 本。据 国外 许 多统计 资料 表 明 , . 切削
绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术_489
绿色高速干式切削技术的研究内容及其发展_绿色制造_先进制造技术1 引言制造业是人类社会的传统产业,它的历史可以追溯到远古时代,人们磨制石器、铜器和铁器用来捕猎。
制造业为人类社会带来物质财富的同时,又给环境造成了严重的污染。
而切削加工作为制造技术的主要基础工艺,是产生污染的重要原因之一。
金属切削加工方法有湿式和干式切削法之分。
目前采用最多的是湿式切削法(即在金属切削加工时,用一定压力和流量的液体(切削液)连续不断地冷却、润滑刀具和工件加工部件的方法)。
这种方法已经使用多年,通常在金属切削加工时使用切削液主要有3个功能:润滑作用,冷却作用,清洗和排屑作用。
这些功能对工件已加工表面质量和刀具耐用度具有明显的影响。
随着高速切削加工技术的迅猛发展,加工过程中切削液的用量越来越大,有时高达80-1OOL/min。
但大量使用切削液造成了许多负面影响,主要表现在以下几个方面。
(1)增加了制造成本。
据国外许多统计资料表明,切削液及切削液的供给、保养、回收及切削废液的处理等费用加在一起,占总制造成本的13%-17%,而刀具消耗的费用仅占制造成本的2%-4%。
(2)造成了环境污染问题。
切削液是金属切削加工中造成环境污染的一个重要根源。
如乳化液不仅含有油,而且含有烧碱、油酸酯、乙醇和苯酚等有害物质。
如果这些切削液未经处理直接排人外界,会对环境造成严重污染。
(3)直接危害操作工人的身体健康。
切削液产生的油烟会引起工人肺部和呼吸道的多种疾病。
切削液与人体直接接触会诱发多种皮肤病[1]。
人类社会已经迈入2l世纪,随着制造技术的发展和环保意识的提高,发展以绿色无污染的高速切削工艺和加工方法成为人们追求的目标。
在这种背景下,取消或减少切削液和润滑剂的使用已成为金属切削工艺发展的必然趋势,于是干式切削工艺的研究便应运而生,干式切削(Dry Cutting)的概念逐步形成。
2 高速干式切削加工技术的提出及发展从20世纪90年代开始,国外对干式切削技术进行了大量研究,1995年干切削的科学意义被正式确立,1997年的国际生产工程研究会(CIRP)年会上,德国Aachen工业大学的F.Klocke教授作了“干切削”的主题报告;1999年1月在美国国家科学基金“设计与制造学科”受资助者会议上,国际著名的刀具制造厂MAPAL公司的总裁B.P.Erdel博士也作了有关美国干切削发展的主题报告[2]。
半干式(微量切削油)切削加工
半干式(微量切削油)切削加工作者:文章来源:录入时间:2009-2-4 10:13:31 点击次数:421——微量切削油)切削加工 MQL微量切削加工的必要性在德国、北欧,不使用切削油的切削加工方法作为当前主要课题进行研究。
对于切削油产生的污染逐年收紧,所有与切削油废液处理有关的成本费用都在上升。
在切削油中,为了提高切削性而加入各种高压添加剂,其中也有氯系高压添加剂。
在焚烧切削油的废液时,会产生剧毒性、致癌性、畸形性的二氧环己烷。
因此,迫切要求切削油的非氯化。
在德国和北欧、较早以前就已禁止使用氯系高压添加剂。
其次,必须加强切削油的管理。
对于饮用水大多取自地下水的欧洲来说,切削油废液的排放,就直接影响饮用水的污染。
因此,不仅禁止切削油废液的随意排放,就连切削油洒落在机床外部也是不许可的。
使用后的切削油废液的管理及其限制也必须严格执行。
减少切削油废液的方式就显得很有必要。
在德国,要从切削油废液中除去油渣(污泥),进行切削油的回收再循环使用相当普遍。
这些为保护环境而加强的规定,使得切削油的设备、管理、废液处理等的总成本费用上升,因而直接促使生产加工费用的上升。
据说在德国与切削油有关连的费用已上升至生产加工费用的15~30%。
因此,在欧洲,干式加工用的刀具和刀具涂料的开发、新的切削油的开发等在加紧进行之中。
在日本,明治大学横川教授研究的把零下30℃的冷风吹到加工点上进行干式切削加工的方法已取得了成果。
虽然可以期望在将来使用完全干式切削加工,但是要完全干式切削,则在刀具寿命、加工精度、表面光洁度等方面,还有许多必须克服的问题,所以可以预料,根据当前的现状而转换使用不影响环境的切削油。
特别是,重新评价在过去使用大量切削油的方法,研究切削油的适量化、微量化以及给油定点化等。
微量油雾式切削加工“MQL”方法最适合微量油雾式切削加工系统是MQLS微滴油雾方法。
MQLS微滴油雾方法,是通过切削油的微量化和供给油的定点化来进行半干式切削加工。
干式(绿色)切削技术
4.3.1 风冷却切削
冷却原理
(4)涡流管直接制冷
1—喷嘴,2—孔板,3—涡流室,4—控制阀 图4-8 涡流管直接制冷原理
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4.3.1 风冷却切削
冷却原理
制冷方法
低沸点液体制冷
压缩机循环制冷 空气绝热膨胀制
冷 涡流管制冷
表4-2 四种制冷方法性能的比较
装置复 杂程度
初始成本 运行成本
可控性
现代机械加工新技术
第4章干式(绿色)切削技术
4.1 概述
1
4.1 概述
概述
人们正试图少使用或不使用切削液,以适应21世纪清洁 生产和降低成本的要求。干式切削技术就是这样的实用绿色 切削技术,可以较好地解决当前的生态环境、技术与经济间 的协调与持续发展。
图4-1 干式切削
2
现代机械加工新技术
第4章干式(绿色)切削技术
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4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
uc = 230 m/min, ap = 1 mm, f = 0.15 mm/r
uc = 50 m/min, ap = 1 mm, f = 0.1 mm/r
1—干切,2—浇水,3—水蒸气
图4-10 用水蒸气作为冷却润滑剂的车刀磨损VB值
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4.3.4 用水蒸气作冷却润滑剂
6
4.2.2 实施干式切削的必要条件
干式切削的刀具技术
(3)减少对切削液排屑作用的依赖 对于干式切削,排屑则成了要解决的主要问题。 ① 重力排屑法。 ② 虹吸原理排屑法。 ③ 利用真空或喷气系统改善排屑条件,以实现干式切削。 ④ 用复杂的刀具几何结构解决封闭空间的排屑问题。
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4.2.2 实施干式切削的必要条件
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国内外先进陶瓷材料加工技术的进展
国内外先进陶瓷材料加工技术的进展300072 天津大学高温陶瓷材料及工程陶瓷加工技术教育部重点实验室 于思远 林 滨 林 彬摘要 随着先进陶瓷材料的开发和应用,陶瓷材料的加工技术受到人们的普遍观注,本文查阅了近二十年来有关的文献资料,对国内外陶瓷材料加工技术的研究成果进行了系统地综述,并着重从材料的去除机理,优质高效加工新工艺及加工工艺装备三方面介绍了陶瓷材料的切削加工,磨削加工,研磨,抛光和孔加工技术的进展。
先进陶瓷是采用优化配方和精细生产工艺制造,具有优良的机械、物理性能的陶瓷材料,许多性能是金属材料无法比拟的,而且与传统陶瓷不同,在70-80年代,先进陶瓷由于其优良的耐高温抗磨损性能在电子和光学高科技器件中应用日益广泛。
近年来随着材料机械性能的改进,先进陶瓷作为机械结构零件新材料也显示出广阔的应用前景和巨大的市场。
CIRP文献报导,到2000年日本先进陶瓷材料和器件的销售额将达到300亿日元,尤其是具有优良热性能的Si3N4, SiC非氧化物陶瓷的应用,将有更加快速的增长,由此可见这一诱人的应用前景。
从毛坯到产品,陶瓷材料需要二次加工,但由于硬脆特性,陶瓷的加工性比多属材料困难得多,因此需要开发优质高效的陶瓷加工新工艺新技术。
先进陶瓷的加工,涉及到陶瓷材料的性能,加工技术,检测,连结和涂覆等许多方面,本文由于篇幅所限,只重点介绍先进陶瓷的切削加工,磨削加工,研磨抛光和孔加工技术等方面的进展。
1 先进陶瓷材料的切削加工1.1 切削机理的研究·1980年,日本学者杉田忠彰,根据线性断裂力学原理,研究了陶瓷切削过程的材料去除机理,提出了材料去除的三种模型:(1)不稳定裂纹扩展型,(2)裂纹残留型,(3)塑性变形型。
他研制成功微细切削装置,放在SE M中直接观察了〈30-1000〉倍倍率下裂纹的产生,扩展和材料去除的脆性断裂过程。
·1983年,日本Kanazawa大学,K.Ueda利用断裂力学理论,初步探讨了材料的脆性断裂和塑性流动的关系,研究了材料塑性流动时的切削。
机械加工中的半干式切削工艺优化
机械加工中的半干式切削工艺优化在机械制造的过程中,切削是一项常见而重要的工艺。
而半干式切削工艺则是在干式切削和湿式切削之间的一种创新型工艺。
本文将阐述半干式切削工艺的优势及其在机械加工中的优化应用。
半干式切削工艺是利用液体冷却剂以降低温度并减小工具磨损的同时,又尽量减少对环境的污染。
相比于湿式切削,半干式切削工艺能有效降低机器工作的噪音、环境中水处理的成本,并且增强工件表面的质量。
与干式切削相比,半干式切削能够提供更好的冷却效果,同时降低高切削温度引起的工具寿命的下降。
在半干式切削工艺中,冷却剂的使用起到关键的作用。
根据具体的加工要求,可以选择水基或油基的冷却剂。
在使用水基冷却剂时,可以通过控制其浓度和流量来调整切削温度。
油基冷却剂则主要通过其润滑性和冷却性来提高切削的效果。
在半干式切削工艺中,合理选择和调整冷却剂的类型和使用参数,能够有效提高加工质量和工具寿命。
除了冷却剂的选择,半干式切削还可以通过其他方式来优化工艺。
例如,在切削参数方面,可以通过调整刀具的几何形状、切削速度和进给速度来控制切削温度。
适当增加切削速度和进给速度能够减少切削时间和热温影响区的尺寸,从而减少切削过程中的热变形和刀具磨损。
此外,在机床方面,可以使用高速切削机床和高效切削刀具来提高加工效率和质量。
半干式切削工艺还可以结合其他先进技术来进一步优化。
例如,可以采用切削液雾化技术,通过将冷却液雾化成小颗粒喷射到切削区域,实现切削过程的冷却和润滑。
此外,还可以使用超声波技术和液压技术来控制切削液的涂敷和清洗,提高加工精度和表面光洁度。
这些技术的应用能够进一步降低切削温度、减小热变形和提高加工品质。
在机械加工中,半干式切削工艺的优化应用已经显现出了巨大的潜力和优势。
通过合理选择和调整冷却剂、切削参数和机床设备,结合先进的切削液技术和涂敷清洗技术,半干式切削工艺能够提高加工的效率、质量和环保性。
在未来的机械制造领域,半干式切削工艺将会成为一种重要的加工手段,为机械加工提供更高的精度和更好的经济效益。
绿色高速干式切削技术
1干式切削加工的确立
干 切 削 的 科 学 意 义 在 1 9 年 被 正式 确 5 9 立 , 9 7 的 国 际 生 产 工程 研 究 会( I ) 19年 c RP 年会 上 , 国 F. o k 教授 作 了“ 切 削 ” 德 Kl c e 干 的主 题 报 告 ; 国际 刀具 制造 厂 MAP 公司 AL 的总 裁 B P. r e 博士 l 9 年 1 . Edl 9 9 月也 作 了有 关美国干切削发 展的主题报 告 , 洲和 日 欧 本等 国家 也 展 开 研 究 。 目前 , 式 切 削技 术 干 已应 用 到 生 产 领 域 , 得 了 良好 的 社 会 和 取 经济 效 益 。 国 已有 2 %~2 %的 加 工 采 用 德 0 5 干 式 切 削 , 预 示 着 干 式 切 削 技 术 是 未 来 这 切 削加 工 发 展 的 一 个 方 向 。
( ) 高 切 削速 度 , 位 时 间 内 的 材 料 1提 单 切 除率 增 加 , 削加 工时 间减 少 , 大 幅度 切 可 提 高加 工 效 率 , 降低 加 工 成本 。2 提高 切 削 () 速 度 , 削 力 随 之 减 小 (0 切 3 %以上 ) 利 于 刚 , 性 较 差 和 薄 壁 零 件 的加 工 。 3 切 屑 的高 速 () 排 出 , 走 9 %以 上 的 切 削热 , 带 O 工件 受热 大 幅 减 少 , 件 内应 力 和 热变 形 减 小 , 工精 零 加 度 提 高 。 4 作为 切削 中产 生 振 动 的 主 要 激 () 励源 , 削 力 随切 削速 度 的 提 高 而 降低 。 切 使 切 削 系统 的工 作 频 率 远 离 机 床 的粗 糙 度 敏 感 的低 阶 固有 频 率 , 大 降 低表 面粗 糙 度 。 大
汽车零件加工中的环保技术
汽车零件加工中的环保技术--铝件的干式切削加工新闻摘要:在机械加工领域,一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。
其中,对节约能源和减少废物的主要加工方式,即干式、半干式加削加工技术的研究,正在加速进行。
在铣削加工、齿轮的切齿加工等方面已实用化,并取得令人满意的效果。
但在铝件特别是铝件的孔加工方面,由于产生铝屑粘刀而导致刀具折断、加工精度恶化,这保护地球环境是21世纪最优先考虑的课题。
在机械加工领域,一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。
其中,对节约能源和减少废物的主要加工方式,即干式、半干式加削加工技术的研究,正在加速进行。
在铣削加工、齿轮的切齿加工等方面已实用化,并取得令人满意的效果。
但在铝件特别是铝件的孔加工方面,由于产生铝屑粘刀而导致刀具折断、加工精度恶化,这一问题有待于进一步研究解决,目前铝件的孔加工采用干式加工的实例还不多。
数年前,日本アイシン精机株式会社开始对铝件的半干式切削加工技术进行了研究,其研究成果已在6种产品、7条生产线上使用。
本文将该公司的研究成果及实用化实例介绍如下。
环保技术的发展动向在机械加工领域,有各种各样的环保技术,大体上可分为节约能源、减少废弃物、确保工作环境安全、舒适性三大类。
在节约能源方面有:减少液压管路的阻力而使切削液泵的规格减小和无液压化等。
通常情况下,工作中即使泵的额定功率很小,但它消耗的功率一般都很大,特别是切削液所消耗的功率要占总功率的60%以上,因此,前述技术对节约能源是切实有效的。
减少废弃物主要是指减少切削液的废液量。
各公司都在致力于切削液的长效化和重复循环使用等技术的开发与应用。
在切削液长效化(长寿命化)方面,切削液的合成化是开发的项目之一。
由于合成切削液是以化学合成的油剂为基液来使用的,因此,应充分注意它和水的亲和性,能够人为地设计分子量等。
由于钙等的金属离子与其它油的混合而导致界面活性剂的恶化,所以油水分离等都是可控制的有利一面;同时也应充分注意对设备的不利影响(如滑动部分润滑液被洗掉及泄漏对电气系统的影响)和废水可处理性。
高速切削加工技术的现状和发展
高速切削技术发展现状一、概述机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化,切削加工的发展方向是高速切削加工,在发达国家,它正成为切削加工的主流。
50年来,切削技术的极大进步说明了这一点:今天切削速度高达8000m/min,材料切除率达150~1500cm3/min,超硬刀具材料硬度达3000~8000HV,强度达1000Mpa,加工精度从10µm到0.1µm。
干(准)切削日益广泛应用。
随切削速度提高,切削力降低大致为25~30%以上;切削温度增加逐步缓慢;加工表面粗糙度降低1~2级;生产效率提高,生产成本降低。
数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺,随着制造技术的发展,在20世纪末也取得了很大的进步,进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。
它是制造业中重要工业部门,如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术,也是这些工业部门迅速发展的重要因素。
因此,在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。
金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备,在数控加工技术的带动下,进入了“数控刀具”的发展阶段,显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。
显而易见,在21世纪初,尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺,但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。
从当前制造业发展的趋势中可以看到,制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战,这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力,成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
因此,发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。
当代的高速切削不是切削速度的少量提高,是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上,包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步,才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高,才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
先进制造—微量润滑技术
先进制造微量润滑加工技术在金属切削加工过程中,通常都要使用切削液。
切削液在切削加工中主要起冷却、润滑、排屑和防锈的作用,有助于提高刀具耐用度,减少工件热变形,保证工件已加工表面质量等。
但是切削液的大量使用也造成了很多负面影响,不仅导致生产成本大大增加,还给环境和人体健康带来了巨大的潜在危害。
据有关统计数据表明:与切削液有关的费用相当于全部制造费用的7~17%,而工具费用仅占2~4%。
面对降低生产成本,改善生产条件和实施可持续发展对环境保护的要求,更迫于有关法律的压力,合理利用制造资源、废弃物少、环境污染小、安全性高、可进行良性循环的“绿色切削”技术是新时期机械制造技术领域的主要发展趋势之一。
其中微量润滑(Minimum Quantity Lubrication,简称MQL)技术是一种具有极大发展潜力和广阔应用前景的绿色加工技术。
MQL的概念和优点微量润滑技术亦称为半干式切削或准干式切削,是将压缩气体(空气、氮气、二氧化碳等)与极微量的润滑油混合汽化后,形成微米级的液滴,喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。
微量润滑的主要作用是润滑,借此起到减小摩擦、降低切削热和改善切屑的流动。
切削液的用量一般仅为0.03~0.2L/h(传统湿法切削的用量为20~100L/min),可有效减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦,防止粘结,延长刀具寿命,提高加工表面质量。
MQL切削技术大大降低了冷却液成本,使切削区域外的刀具、工件和切屑保持干燥,改善了工作环境,避免了处理废液的难题,应用优势明显,适用范围广阔,国内外关于MQL的研究包含了几乎所有的切削工艺,如钻削、铣削、车削和磨削等。
MQL的方式微量润滑技术主要包括气雾外部润滑和气雾内部冷却两种方式。
①气雾外部润滑方式:将切削液送人高压喷射系统并与气体混合雾化,然后通过一个或多头喷嘴将雾滴尺寸达毫、微米级的气雾喷射到加工刀具表面,对刀具进行冷却和润滑;②气雾内冷却方式:通过主轴和刀具中的孔道直接将冷却气雾送至切削区域,进行冷却和润滑。
欧洲刀具涂层的最新状况及发展模式
欧洲刀具涂层的最新状况及发展模式发布时间:2006-06-031.引言自1980年Balzers将其物理涂层工具投人市场以来,几十年来,欧洲地区该项技术的应用及发展在世界领域起到了举足轻重的作用,随着现代机械加工业高速加工时代的到来,世界各国也愈加注重涂层技术的应用与发展。
欧洲刀具涂层技术自上世纪80年代中期以来得到了广泛发展,尤其是物理涂层技术,可以说代表了当前世界最高水平。
目前,欧洲物理涂层设备制造厂有十余家,涂层服务中心六十多家,主要采用阴极电弧及磁控溅射技术,在机械工业较发达国家或地区已形成了完备的服务体系。
2.欧洲刀具涂层技术最新状况目前欧洲在刀具涂层领域较有影响的涂层设备制造及服务公司有瑞士的Balzers公司、Platit 公司,德国的CemeCon公司、PVT公司、Metaplas公司(公司总部位于美国)等,现将这些公司的最新状况介绍如下。
2.1 Balzers公司Balzers公司是目前世界上规模最大的刀具涂层公司,自上世纪70年代开始从事物理涂层技术的研发,以工具、精密零件涂层及装饰镀膜为主;1980年推出了热阴极离子镀膜机BAI830,完成了成套技术的开发工作,成功地应用于高速钢刀具涂层并达到了工业化生产水平。
在20多年里的发展过程中,该公司一直坚持设备制造、成套技术转让及涂层服务的方针,其所开发的设备主要有BAI830、BAI830C、BAI730D、BAIl200、RCS,包含了CVD技术和PVD技术两类,而目前PVD主要采用BAIl200、RCS设备,该类设备以阴极电弧技术为主,也可附加磁控溅射靶进行WC/C膜的涂层。
到目前为止,Balzers公司在全球已开办了57家涂层服务中心,其涂层设备超过400台。
BAIl200、RCS采用了圆形平面阴极靶技术和辐射加热技术,可进行快速镀膜生产,该公司更注重新型涂层薄膜材料的开发,目前在该类设备中可进行BALINIT A,BALINIT B,BALINIT D,BALINIT FUTURA NANO,BALINIT X.TREME,BALINIT HARDLUBE,BALINIT X.CEED等薄膜涂层,目前其比较具有代表性的涂层为FUTURA NANO和X.CEED。
干式、半干式钻孔加工
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开发了适应于碳素钢及合金钢浅孔 (/ 3以 L D= 下) 的干式 加工 的 D U型 钻头 ( D 照片 1。 )
设定 分类 切屑 颜色 切 屑 表面
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干 式加工 由于不 能获得 切削 油的冷却效
在 紧 锣 密 鼓 地 开 展 节 能 、 资 源 、 少 废 弃 物 果 , 件 、 具 、 屑 的 发 热 剧 烈 。因 此 , 利 省 减 工 工 切 顺 的 工 作 。切 削 工 具 的长 寿 命 化 , 有 减 少 废 弃 进 行 干 切 的 要 点 之 一 是 ,怎 样 抑 制 加 工 中 的 也 物 的 效 果 。尤 其 是 最 近 不 使 用 切 削 油 的加 工 发 热 ,选 择 最 佳 工 具 及 切 削 条 件 是 重 要 的 问 及 其 工 具 引人 注 目。 题 。其 选 择 方 法 之 一 有 采 用 热 电 偶 测 定 工 具
另 外 , 1 分 析 连 续 干 切 钢 材 时 , 头 图 是 钻
照 片 1 干 式加 工 钻 头 D DU型
可以让企业节省一百万的工艺变革——干式切削
可以让企业节省一百万的工艺变革——干式切削具数据统计,在过去的二十年机械制造型企业中采购、管理和处理润滑液的费用平均要占到生产成本的16%,在这16%中有22%是切削液的处理费用。
这么说可能有些抽象,假设我们生产一批工件的总成本是一千万,那么其中160万是采购、管理和处理润滑液的费用。
在国内可持续发展成为为基本国策的时候,所有企业的审核中环保都称为的硬性指标。
切削液的处理已经成为工业制造型企业中尾大不掉的一部分。
如果在企业中把50%的切削加工采用干式切削加工,拿总成本一千万计算,就可以节约成本100万。
也就是说,传统制造企业中每年把这一百万都打了“水漂”。
不仅如此,你还可能为这个“水漂”付出更多——工业污水处理费。
今天我们要讲的就是方兴未艾的干切削工艺技术。
在加工过程中,切削液的主要作用是冷却、润滑和排屑作用。
那么在少用甚至完全不用切削液的干式切削中对刀具的要求必然更高。
1.由于工件切削过程中会产生大量的热,因此干切削过程中必须保证刀具的高温红硬性和耐磨性要好。
2.降低刀具与切屑、刀具与工件表面之间的摩擦系数,在一定程度上可替代切削液的润滑作用,抑制切削温度上升。
刀具材料的摩擦系数要小。
3.刀具和工件接触时在高温环境下会产生化学反应,因此刀具涂层的化学稳定性必须要好。
4.在加工过程中刀具必须具备合理的刀具角度和形状以加快排屑和降低切削热。
干切削工艺除了对刀具有要求之外,对机床也有一定的要求,采用干切削工艺,机床必须达到以下要求。
1.选用三刚度高的高速机床。
由于高速干式切削加工过程中会产生更大的切削力和更多的切削热,从而导致刀具与工件之间的振动以及机床的热变形明显增大,因此选用的机床基础构件(如立柱、床身、工作台等)的三刚度要大。
2.采用快速排屑布局。
应用高速干式切削加工的要点之一是要在切屑中的大部分热量传入机床之前迅速将其排出。
3.采用热稳定性好的结构和适当的隔热措施。
机床床身采用热稳定性好的结构和材料,可将切削热的影响降到最低程度。
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干式和半干式切削加工的最新成果为了满足润滑、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,在进步切削效率、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用度,在总的加工本钱中占有相当大的比重,而且使用冷却液还会造成环境污染。
在当今国际市场竞争十分激烈和要求注重环保的形势下,降低产品本钱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,他们投进了充足的资金和技术气力研究开发新技术,以降低产品加工本钱,进步产品的竞争能力。
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,降低了加工本钱,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。
下面先容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。
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进步进给量,即便进步到1.6倍,刀具也不会崩刃或折断。
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)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。
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。
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进步近2倍;GC4035刀片和其它公司的P35刀片在干切S50C钢时,前者的抗后面磨损明显优于后者。
(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。
在干式加工中效果明显,和GC4000系列材质组合,最适于干式车削。
使用效果:使用Wiper刀片进行干式车削可进步进给量,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,延长了刀具的寿命三菱综合材料公司产品名称: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天生反相,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进步。
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。
日本特殊陶业公司产品名称:陶瓷刀具(1)HW2陶瓷刀具产品特点: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。
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。
(3)SXI氮化硅刀具产品特点: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,当铣削速度进步到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。
使用效果:刀具寿命长,尤其加工淬硬钢时。
OSG公司产品名称: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,可进步表面粗糙度;用于干式加工,可进步抗粘刀性能。
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,并可进步加工质量和效率。
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。
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困难。
适合于干式切削奥氏体不锈钢。
东芝坦葛洛依公司产品名称:干式及半干式加工铝合金用钻头产品特点: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外形、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,使用自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,进步了平滑性,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,进步排屑性能。
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。
假如使用最大供油量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。
固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。
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。
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;切削刃侧后面的外形设计公道,进步了刀具的耐压性和切削液渗透性。
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进步20%以上,加工表面质量优于非涂层拉刀。
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。
在尽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丈量。
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、数字多丈量程丈量仪和电脑组成。
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定刀片已达到使用寿命;用数字多丈量程丈量仪检测电阻,将丈量值输进电脑,对电阻信号进行信号处理来判定后面磨损量、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,进步产品精度和生产效率,减少人工用度,降低加工本钱,进步工艺制造水平。