機(jī)床加工如何擺脫切削液？-興達(dá)機(jī)床量具

    僅僅20年前，切削液還是比較便宜的，且占多數(shù)加工過程的比重小于3%。所以機(jī)械加工廠很少對它們關(guān)注。在那以后，隨著時間的推移，如今的切削液費(fèi)用估計達(dá)每年幾十億美元，且占生產(chǎn)成本比重高達(dá)15%。現(xiàn)在，機(jī)加工行業(yè)時刻都在為切削液擔(dān)憂。
　　
    切削液，尤其是那些含油的切削液。不管某種切削液有多么安全和環(huán)保，政府都要求你從傾倒到池里的那一刻起，_進(jìn)行特殊處理。即使當(dāng)?shù)卣试S你從桶中傾倒清潔的不含油的合成液到排水溝，一旦它同在機(jī)床里夾雜的油和金屬碎屑混合，它_變成一種受控的工業(yè)廢料。不僅美國環(huán)境保護(hù)局管理這種混合物的處理，而且許多州和地方政府也已把它們作為有害廢物進(jìn)行分類，如果它們含油和某些合金，更要加強(qiáng)嚴(yán)格控制。
　　
    因?yàn)楹芏喔咚偌庸ず颓邢饕簢娮飚a(chǎn)生油霧或工人能呼吸到的氣溶膠，政府機(jī)構(gòu)還限制空氣里切削油霧的允許含量。環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)計劃出臺更嚴(yán)格的針對控制這些空氣里微粒的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高機(jī)加工企業(yè)的計劃成本和責(zé)任。職業(yè)安全和健康管理局也正在考慮一個咨詢委員會推薦通過一個_值到0.5mg/m3和作用水平到0.25mg/m3的法令，來限制較低的切削液氣霧允許暴露量。
　　
    維護(hù)、記錄存檔和遵循現(xiàn)行和計劃的規(guī)定所產(chǎn)生的成本正迫使切削液價格迅速上漲。大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護(hù)切削液，只要有可能，_安裝和使用合適的附件和油霧收集器以及切屑、碎屑和用過的切削液的處理，來推遲它們的處理。其結(jié)果是，很多機(jī)加工企業(yè)正在_通過干切削來避_用和伴隨切削液產(chǎn)生的副作用展開討論。
　　
    雖然大多數(shù)工廠可能承認(rèn)有取消切削液的愿望，但他們不能確定能否做得到。他們相信，要獲得_的速度和切削更硬的材料，他們_使用切削液來維持競爭力。很多從濕式加工轉(zhuǎn)變到干加工的可見成本也很高。但如今都不成為問題。實(shí)際上，在很多加工中，常規(guī)操作應(yīng)該是干加工。再者，干車削硬材料和高速干銑削不僅是可行的，而且有利可圖。其技巧是正確集成刀具、機(jī)床和切削技術(shù)。
　　
    有害無益的切削液
　　
    更多采用干切削的_障礙之一是切削液對于取得較好光潔度和更長刀具壽命是必不可少的傳統(tǒng)認(rèn)識。雖然現(xiàn)實(shí)中切削液對于許多加工仍然是必要的，但是研究表明，有了現(xiàn)代切削刀具材料和當(dāng)今_的切削速度，并非_要使用切削液。_的硬質(zhì)合金材質(zhì)牌號，尤其是有涂層保護(hù)的，在高速高溫下不使用切削液實(shí)際上切削更有效率。實(shí)際上，在斷續(xù)切削時，切削區(qū)溫度越高，越不適合使用切削液。
　　
    這種似乎與直覺相反的趨勢原因在于：切削區(qū)溫度變得非常高，通常_1000℃，尤其是在高速切削和硬材料切削時。舉例來說，假定切削液能克服銑刀高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，切削液在到達(dá)切削區(qū)之前早已汽化，對那里幾乎沒有冷卻作用。
　　
    結(jié)果是有一個在當(dāng)?shù)镀腥肭谐鰰r產(chǎn)生先天的溫度波動更明顯的區(qū)別。隨著刀具的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)镀谐鰰r冷卻，然后在切入時再一次被加熱。雖然在干切削時也發(fā)生加熱和冷卻循環(huán)，但是當(dāng)有切削液時溫度波動更大。隨之發(fā)生的熱沖擊會在刀片上產(chǎn)生應(yīng)力，并會使其過早破裂。
　　
    相似的結(jié)果也在車削時發(fā)生。譬如當(dāng)在切削速度高于130m/min時切削碳鋼，暴露在冷卻液里的未涂層硬質(zhì)合金刀片能承受顯著的熱沖擊少于40秒。這種沖擊通過輕微增加前刀面磨損和劇烈的后刀面磨損，顯著縮短刀具壽命。因?yàn)榇蠖鄶?shù)車削加工少于40秒，對于刀具壽命來說，干車削通常更可取。
　　
    另一方面，在鉆削時，為了提供潤滑和把切屑從孔里沖出來，切削液通常是_的。沒有切削液，切屑會堵在孔里，而且平均表面粗糙度Ra是濕式加工的兩倍。切削液通過潤滑邊緣碰到孔壁的鉆尖，也能降低需要的加工扭矩。雖然涂層鉆頭在某種程度上會增加切削液的潤滑效果，但是，降低切削力的涂層_可能的趨勢是把摩擦降到_。
　　
    因?yàn)檫€沒有用于預(yù)測切削液效果和性能的科學(xué)模型，是否采用干切削取決于具體的加工案例。潤滑液通常針對低速加工、難加工材料和對表面光潔度有要求的加工場合，而冷卻能力強(qiáng)的切削液會提高高速加工、易切削材料、簡單加工、積屑瘤問題和緊尺寸公差加工的性能。然而，很多時候，切削液提供的額外性能并不值得額外的開銷。在越來越多的加工中，切削液簡直是不必要的或有害的，因?yàn)楝F(xiàn)代切削刀具適合_的溫度，而且壓縮空氣能從切削區(qū)域帶走熱切屑。
　　
    用涂層處理熱量
　　
    涂層通常是當(dāng)今不再需要切削液的另一個原因。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片或刀具的熱傳遞來控制溫度波動。涂層的作用_像熱屏障，因?yàn)樗斜鹊毒呋w和工件材料低很多的熱導(dǎo)性。因此涂層刀片和刀具吸收較少的熱量，能承受_的切削溫度，這意味著車削和銑削時，可在不犧牲刀具壽命的前提下進(jìn)行_速的切削。
　　
    厚度范圍在2～18μm的涂層在刀具性能里扮演著重要角色。因?yàn)楸⊥繉颖群裢繉釉诳焖倮鋮s和加熱過程中引起應(yīng)力更低，并且不易破裂。對于斷續(xù)切削，這個厚度范圍較薄的一端承受溫度波動的能力更佳。在相同的應(yīng)力下，厚涂層在加熱或冷卻太快時容易破裂。因此，用薄涂層刀片進(jìn)行干加工通常可以延長刀具壽命達(dá)40%。
　　
    機(jī)床是否適合干加工
　　
    指定和裝備合適的機(jī)床也是這個戰(zhàn)略的一個重要部分。由于速度通常很快、材料通常很硬、切削溫度很高，所以機(jī)床_要剛性好、功率大。因此，對于加工中心，使用者應(yīng)該努力縮短刀具懸伸量，并且，除了考慮速度和功率外，還要判斷主軸的內(nèi)在剛性。
　　
    在車床上切削接近成型的零件和淬硬零件時，解決了切削力問題后，刀塔能靠機(jī)床剛性實(shí)現(xiàn)很長的切削行程。一臺設(shè)計良好的機(jī)床將解決那些沿著短的直接通路的力并且包含盡可能少的移動和支撐刀具的機(jī)床零件。在權(quán)衡精度和柔性后，你也許認(rèn)為，直接裝在橫刀架的刀具組能消除回轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)。這種設(shè)計能縮短刀具懸伸量，平衡作用于導(dǎo)軌上的切削力，并使支撐面_小化。
　　
    對于加工精度來說，熱穩(wěn)定性也很關(guān)鍵。所以，一些機(jī)床制造商用軟件補(bǔ)償熱膨脹的辦法來改進(jìn)其加工中心的機(jī)械部分性能。然而，控制溫度變化將開始有效地外排熱切屑來消除工作系統(tǒng)內(nèi)部的重要熱源。好的機(jī)床設(shè)計將沒有積聚切屑的腔和托盤而是有不靠切削液幫助_能排出干切屑螺旋推運(yùn)器和切屑運(yùn)送裝置。如果需要用切削液協(xié)助排屑的話，考慮用壓縮空氣來代替切削液。
　　
    為了保護(hù)滾珠絲杠和導(dǎo)軌，避免操作工吸入空氣中的灰塵，還需要安裝伸縮蓋、防護(hù)罩、密封和吸塵裝置。從濕式加工轉(zhuǎn)變到干切削的機(jī)床設(shè)計是可行的，買一臺干加工的機(jī)床總體來講費(fèi)用較低、問題更少。它的吸塵裝置和壓縮空氣輸送系統(tǒng)也比相應(yīng)濕式加工需要的油霧收集器和冷卻泵更便宜，運(yùn)行成本也由于干加工取消了冷卻液管理和處理費(fèi)用而大幅下降。此外，干加工可使你從現(xiàn)在和將來的切削液使用責(zé)任規(guī)章制度中解放出來。