金屬切削技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上金屬切削技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展2010-8-4 關(guān)鍵字： 制造業(yè)是人類創(chuàng)造財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)叉造成了對(duì)環(huán)境的污染。國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)提倡運(yùn)用有利于保護(hù)環(huán)境的綠色制造技術(shù)，節(jié)資增效，減少?gòu)U物排放，而干式切削技術(shù)與傳統(tǒng)的切削技術(shù)不同，正是一項(xiàng)值得推廣的具有環(huán)保性質(zhì)的切削加工技術(shù)。 一、傳統(tǒng)的切削加工中存在的問(wèn)題 傳統(tǒng)的濕式切削加工是以大量資源消耗和粗放廢棄物為特征的，對(duì)加工過(guò)程中產(chǎn)生的三廢(廢氣、廢液和廢渣)采用末端治理技術(shù)，即等到產(chǎn)生了廢棄物和污染后再處理，使治理污染的投入高，環(huán)保效果差。而且，濕式切削加工中使用大量的冷卻潤(rùn)滑液，造成的負(fù)面影響也越來(lái)越明顯。 (一)造成環(huán)境污

2、染 在傳統(tǒng)的切削加工過(guò)程中，切削液參與的比例很大。含有多種化學(xué)成分的切削液主要作用是冷卻、潤(rùn)滑、防銹和清洗，分為油基和水基兩種。切削液對(duì)環(huán)境的危害主要來(lái)自于其廢液對(duì)水資源的污染。礦物油是切削液的主要成分之一，其生物降解性差，能長(zhǎng)期滯留在水和土壤中。美國(guó)環(huán)保局指出，油對(duì)水生物有急性致死毒性，也有長(zhǎng)期亞急性致死毒性。切削液的添加劑對(duì)環(huán)境的污染是多方面的，如常用作極壓添加劑的短鏈氯化石蠟是海水污染物之一；在水基切削液中常用磷酸鈉作防銹劑，而研究證明，磷酸鹽類化合物的直接排放嚴(yán)重污染環(huán)境，會(huì)使河流、湖泊和海洋出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，出現(xiàn)藍(lán)藻和赤潮。還有，切屑中帶有的殘存切削液會(huì)污染土壤，切屑再生利用時(shí)切削液的有

3、毒有害成分也會(huì)污染環(huán)境。 (二)危害車間工人的身體健康 首先，在使用切削液時(shí)產(chǎn)生的油霧以及切削液散發(fā)的氣味對(duì)工人的呼吸器官有危害。油基切削液在高速或重載切削條件下，產(chǎn)生高溫化學(xué)反應(yīng)，釋放刺激性的有害氣體和油霧，燃點(diǎn)和黏度越低，煙霧就越大，污染越重。其次，切削液中的添加劑具有毒性。為改善切削性能，人們?cè)谒邢饕褐屑尤肓烁鞣N添加劑，如：極壓劑、防銹劑、防霉劑等。普通水基液含有數(shù)十種不同的化學(xué)成份，而且在使用中遇高溫時(shí)會(huì)形成新的化合物，對(duì)人體健康危害較大。 (三)零件的生產(chǎn)成本大幅度提高 德國(guó)VDMA和日本精密工程協(xié)會(huì)的研究表明：冷卻潤(rùn)滑液的供給、保養(yǎng)、處理和冷卻潤(rùn)滑液設(shè)備的折舊以及環(huán)境保護(hù)等所需

4、的費(fèi)用，還有加工中采用傳統(tǒng)切削液發(fā)生的相關(guān)費(fèi)用，約占到工件制造成本的1217；磨削加工中切削液的費(fèi)用可高達(dá)制造成本的30左右。而這些費(fèi)用常常被低估，因?yàn)樗鼈儼陂g接費(fèi)用之中。據(jù)測(cè)算，如果20的切削加工采用切削，總的制造成本可降低16。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的切削技術(shù)存在著降低產(chǎn)品成本的巨大空間。二、綠色制造與清潔切削技術(shù) 綠色制造的概念最早由美國(guó)制造工程師學(xué)會(huì)提出，它是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的負(fù)作用最小，對(duì)資源的利用率最高。環(huán)境、資源、人口是當(dāng)今社會(huì)面臨的三大主要問(wèn)題。依靠科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)節(jié)資增效，減少?gòu)U

5、物排放，建立生產(chǎn)、消費(fèi)與環(huán)境、資源相互協(xié)調(diào)的發(fā)展模式已成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。21世紀(jì)在制造業(yè)實(shí)施綠色制造已勢(shì)在必行。 傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)作為制造業(yè)的主要加工方法由于其對(duì)環(huán)境具有嚴(yán)重的污染性，正面臨新的挑戰(zhàn)，因此，綠色切削加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在自動(dòng)化程度較高的數(shù)控機(jī)床、加工中心和自動(dòng)線上，零件的加工冷卻是以使用切削液的濕式方式進(jìn)行的。在金屬切削加工中選用合適的金屬切削液可以起到良好的冷卻、潤(rùn)滑、清洗、排屑、防銹等作用，從而提高了刀具壽命，保證了加工質(zhì)量和加工精度，提高了生產(chǎn)效率。然而，隨著金屬切削液的廣泛使用，人們發(fā)現(xiàn)切削液是金屬切削加工的主要污染源。因此，許多國(guó)家都制定了嚴(yán)格的工業(yè)排

6、放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步限制了切削液的使用，這就迫使人們探索新的冷卻方法，創(chuàng)造清潔的生產(chǎn)環(huán)境，這使得污染小、廢物少的“綠色制造”技術(shù)成為制造領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)。 清潔切削技術(shù)是一種充分考慮環(huán)境和資源問(wèn)題的加工技術(shù)，它要求在整個(gè)加工過(guò)程中做到對(duì)環(huán)境的污染最小和對(duì)資源的利用率最高。所謂清潔切削加工就是對(duì)人及環(huán)境無(wú)害化的綠色環(huán)保切削加工，主要包括以下二方面的內(nèi)容：一要對(duì)生態(tài)環(huán)境和小加工現(xiàn)場(chǎng)都無(wú)毒副作用或作用很??；二是在加工過(guò)程中產(chǎn)生的三廢(廢氣、廢液和廢渣)已降低到最小，并在鏈條末端可回收或自然降解，達(dá)到無(wú)公害的環(huán)保要求。三、采用干切削加工技術(shù)，實(shí)施清潔切削加工的途徑。 干切削加工技術(shù)或稱干式切削技術(shù)起源于歐

7、洲，目前在西歐各國(guó)使用較多。2003年，德國(guó)制造業(yè)有20以上采用了干切削技術(shù)。在干切削研究和應(yīng)用方面，德國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先地位。干式切削技術(shù)即是在切削加工過(guò)程中完全不使用任何切削液，這就完全避免了切削液的負(fù)面影響，是一種理想的綠色切削加工方式。干切削是實(shí)現(xiàn)清潔高效加工的新工藝，是制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。 干式切削具有以下特點(diǎn)：一是形成的切屑干凈、清潔、無(wú)污染，易于回收和處理；二是省去了與切削液有關(guān)的傳輸、回收、過(guò)濾等有關(guān)裝置及費(fèi)用，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng)，節(jié)約了生產(chǎn)成本，省去了與切屑及切削液處理有關(guān)的費(fèi)用；三是不污染環(huán)境，也不發(fā)生與切削液有關(guān)的安全及質(zhì)量事故。然而，在干切削過(guò)程中，由于缺少切削液的潤(rùn)滑、冷卻

8、、輔助排屑等作用，切削刀具承受的負(fù)荷大，熱源強(qiáng)，切削溫度高刀屑界面是完全的二相固體接觸狀態(tài)，刀具磨損過(guò)程異常復(fù)雜，刀具和工件易發(fā)生熱變形，刀具耐用度和加工表面質(zhì)量降低。所以，干切削不是簡(jiǎn)單地停止使用切削液，而是在停止使用切削液的同時(shí)，保證效率高、產(chǎn)品質(zhì)量高和刀具壽命長(zhǎng)。 (一) 干切削技術(shù)實(shí)施的前提 第一，采用熱穩(wěn)定、快速排屑的高速機(jī)床； 第二，采用新型的刀具材料和涂層技術(shù)； 第三，合理選擇和刃磨刀具的幾何形狀。 隨著刀具材料和性能的不斷改進(jìn)，刀具的幾何參數(shù)變化很大，如近年來(lái)日本、德國(guó)、美國(guó)等開(kāi)發(fā)的各式裝配硬質(zhì)合金刀片的涂層銑刀，在刀片上采用了各種特殊形狀的三維斷屑槽，刀刃也由原來(lái)的直線型變?yōu)?/p>

9、各種螺旋形、波形刃等。 (二)干切削技術(shù)存在的問(wèn)題 在同樣的工藝條件下，當(dāng)不使用切削液時(shí)有可能發(fā)生： 第一，直接加工能耗（加工變形能耗和摩擦能耗）增大，切削溫度增高。 第二，第二變形區(qū)的摩擦狀態(tài)及磨損機(jī)理發(fā)生改變。刀具磨損加快；刀具的磨損已由濕式切削的磨料磨損轉(zhuǎn)變?yōu)橐詿釘U(kuò)散和氧化磨損為主。 第三，刀屑的接觸長(zhǎng)度增加，切屑形成過(guò)程發(fā)生較為明顯的塑性變形，這種較高的熱塑性導(dǎo)致切屑難于折斷和控制。切屑的收集和排除較為困難。 第四，加工表面質(zhì)量易于惡化。 (三)其它干切削技術(shù) 在干切削的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的特殊的切削方式有： 第一，靜電冷卻干切削； 第二，導(dǎo)電加熱切削。 (四) 準(zhǔn)干式切削技術(shù) 準(zhǔn)干式切削

10、法是用氣體加微量無(wú)害油劑代替切削液的切削方式，常見(jiàn)的有以下幾種方法： 第一，MQL(Minimal Quantity Lubrication)微量潤(rùn)滑切削。這種國(guó)外較為流行的準(zhǔn)干式切削方法，它在壓縮空氣中混入微量的無(wú)公害油霧，用來(lái)代替大量油劑對(duì)切削點(diǎn)實(shí)施冷卻、潤(rùn)滑和排屑。 第二，氮?dú)饬髑邢?。使用低沸點(diǎn)介質(zhì)，在壓力作用下，將氮?dú)獍l(fā)生裝置所生成的氮?dú)馑腿肭邢鼽c(diǎn)它是一種代替大量油劑的切削方法，主要有兩種形式：一是用液氮自身瓶裝壓力將氮?dú)饬鲊娚涞角邢鲄^(qū)直接潤(rùn)滑冷卻刀具，二是用液氮受熱蒸發(fā)循環(huán)間接使刀具潤(rùn)滑冷卻。 第三，用水蒸氣做冷卻潤(rùn)滑劑的切削加工。用水蒸氣做冷卻潤(rùn)滑劑大大加強(qiáng)了冷卻潤(rùn)滑的滲入能力，取

11、消了液相滲入階段；同時(shí)，還能夠保證冷卻均勻，使硬質(zhì)合金刀具斷續(xù)切削效果好，而且也提高了硬質(zhì)合金刀具的使用壽命。 第四，渦流管制冷切削。用渦流管將壓縮空氣溫度降低到2030，對(duì)切削區(qū)實(shí)施冷卻、潤(rùn)滑和排屑。這種使用冷風(fēng)為刀具和工件的切削冷卻方法，在日本應(yīng)用較廣，與MQL切削法不同的是：它可以將切削點(diǎn)的溫度降低。 第五，噴霧冷卻技術(shù)。霧化的切削液滴易于滲透到切削區(qū)，利用霧滴汽化散熱的方法實(shí)現(xiàn)冷卻，能夠充分發(fā)揮切削液的潤(rùn)滑作用，提高工件表面質(zhì)量和切削效率。 第六，空氣絕熱膨脹制冷切削。利用高壓空氣的絕熱膨脹降低氣體本身的溫度，從而降低切削區(qū)溫度，完成切削任務(wù)，但其溫度不易控制，成本較高。 國(guó)際生產(chǎn)工程

12、學(xué)會(huì)一直對(duì)生態(tài)平衡、環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展給予充分重視，提倡運(yùn)用有利于保護(hù)環(huán)境的綠色制造技術(shù)。在保證切削液綜合性能的基礎(chǔ)上，人們正在大力推廣應(yīng)用低毒、低污染的綠色切削液，并努力實(shí)現(xiàn)：原料和化學(xué)反應(yīng)綠色化，達(dá)到污染物“零排放”；反應(yīng)條件綠色化，使用無(wú)毒無(wú)害的溶劑和催化劑等；產(chǎn)品綠色化，使切削液成為對(duì)人體健康和環(huán)境無(wú)害的綠色產(chǎn)品 蘭亭序永和九年，歲在癸丑，暮春之初，會(huì)于會(huì)稽山陰之蘭亭，修禊事也。群賢畢至，少長(zhǎng)咸集。此地有崇山峻嶺，茂林修竹；又有清流激湍，映帶左右，引以為流觴曲水，列坐其次。雖無(wú)絲竹管弦之盛，一觴一詠，亦足以暢敘幽情。是日也，天朗氣清，惠風(fēng)和暢，仰觀宇宙之大，俯察品類之盛，所以游目騁懷，足以極視聽(tīng)之娛，信可樂(lè)也。夫人之相與，俯仰一世，或取諸懷抱，晤言一室之內(nèi)；或因寄所托，放浪形骸之外。雖取舍萬(wàn)殊，靜躁不同，當(dāng)其欣于所遇，暫得