干運轉(zhuǎn) jRjQDK_"ka  
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僅僅20年前，切削液是便宜的且占多數(shù)加工過程的比重少于3%。所以很少有機(jī)械加工廠對它們關(guān)注很多。在那時以后隨著時間的推移發(fā)生了戲劇化的變化：如今的切削液費用估計達(dá)每年幾十億美圓且占生產(chǎn)成本高達(dá)15%。現(xiàn)在，機(jī)加工行業(yè)無時不刻都在為他們的切削液擔(dān)憂。 n8e}8.Bu  
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切削液，尤其是那些含油的，已成為巨大的負(fù)擔(dān)。不管某種切削液有多安全和環(huán)保，政府法令仍將要求你從傾倒到池里的那一刻起進(jìn)行特殊處理。即使你的當(dāng)?shù)卣�府允許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)床里夾雜油和金屬碎屑混合物它就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)行分類并如果它們含油和某些合金強(qiáng)加嚴(yán)格控制。 TUO#6  
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因為很多高速加工和切削液噴嘴產(chǎn)生細(xì)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量。提高機(jī)加工企業(yè)計劃成本和責(zé)任更多，環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)計劃更嚴(yán)格的針對控制這些空氣里的微粒的標(biāo)準(zhǔn)。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最大值到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的允許暴露量。 *icxK  
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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的價格迅速上漲。大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護(hù)切削液和只要有可能就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)正在就通過干切削來避免費用和伴隨切削液產(chǎn)生的副作用展開討論。 zhde1JE  
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雖然大多數(shù)工廠可能承認(rèn)有消滅切削液的愿望，但他們不能確定能做得到。他們相信要獲得更高的速度和切削更硬的材料他們必須使用切削液來維持競爭力是必要的。很多從濕式加工轉(zhuǎn)變到干加工的可見成本也是高的。如今都不成為問題。實際上，在很多加工中常規(guī)操作應(yīng)該是干加工。再者，干車硬材料和高速干銑削不僅是可行的而且是有利可圖的。其技巧是正確集成刀具、機(jī)床和切削技術(shù)。 z#|tl/aP9  
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切削液有損害而沒有幫助 UBy:W^\g  
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更多采用干切削最大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要的傳統(tǒng)認(rèn)識。雖然現(xiàn)實中對于許多應(yīng)用仍然是必要的，但是研究表明有了現(xiàn)代切削刀具材料和當(dāng)今更高的切削速度就不是這樣的。先進(jìn)的硬質(zhì)合金材質(zhì)等級，尤其是有涂層保護(hù)的，在高速高溫下不使用切削液實際上切得更有效率。實際上在斷續(xù)切削時切削區(qū)溫度越高，切削液越變得不合適。 1hgmlY`  
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這種似乎是跟直覺相反的趨勢的原因在于切削區(qū)變得非常熱，通常超過攝氏1000度，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)之前早已汽化并對那里幾乎沒有冷卻作用。 C0Ti9  
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結(jié)果是有一個在當(dāng)?shù)镀�切入切出時產(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�切出時冷卻，然后在切入時再一次被加熱。雖然在干加工時也發(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。跟著發(fā)生的熱沖擊會在刀片上產(chǎn)生應(yīng)力并會過早地破裂。 )u'
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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，暴露在冷卻液里不涂層硬質(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戲劇性地縮短刀具壽命。因為大多數(shù)生產(chǎn)車削少于40秒，對于刀具壽命來說干車通常是更可取的。 jCbxI^3A  
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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必須的。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必要的馬達(dá)扭矩。雖然涂層鉆頭在某種程度上會加倍切削液的潤滑效果，但是降低切削力的涂層最可能的趨勢是把摩擦降到最低。 2myHn/%C  
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因為還沒有用于預(yù)測切削液效果和性能的科學(xué)模型，是否采用干切削你必定取決于具體的案例。潤滑液通常針對低速加工、難加工材料、難加工和表面光潔度有要求，而一個有高冷卻能力的切削液會提高高速加工、易切材料、簡單加工、積屑瘤問題和緊尺寸公差加工的表現(xiàn)。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。在越來越多的應(yīng)用中，切削液簡直是不必要的或徹頭徹尾有害的因為現(xiàn)代切削刀具適合更高的溫度而且壓縮空氣能從切削區(qū)域帶走熱切屑。 C_Z[ul  
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涂層處理熱量 A5gdZZ'x  
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涂層是當(dāng)今使切削液通常不需要的另一個原因。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。涂層的作用象熱障，因為它有比刀具基體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并能承受更高的切削溫度，這意味著在車削和銑削不犧牲刀具壽命的前提下更高速的切削。 vg1p{^N!  
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厚度范圍在2到18微米的涂層在刀具性能里扮演一個重要的角色。因為薄涂層比厚涂層在快速冷卻和加熱過程中引起更低的應(yīng)力并且不易破裂，對于斷續(xù)切削這個厚度帶寬較薄的一端承受溫度波動更佳。厚涂層經(jīng)受相同的應(yīng)力，當(dāng)你加熱或冷卻太快時容易破裂。因此，用薄涂層刀片干加工通常延伸刀具壽命達(dá)40%。 # 1,(I  
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這是為什么圓刀片和銑刀片代表性地用物理氣相沉積（PVD）的一個重要原因。和相對應(yīng)的化學(xué)氣相沉積（CVD）相比PVD涂層更薄，粘著力更佳。除了更薄，它們的沉積溫度要低很多。所以在車削和銑削刀具發(fā)現(xiàn)更多使用鋒利切削刃和大的正前角。 Re b^w,  
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雖然氮化鈦（TiN）占所有涂層刀具的80%，氮鋁化鈦（TiAlN）作為針對高速精加工的最佳PVD涂層出現(xiàn)了。象高速車削那樣的連續(xù)高溫切削時它超過TiN性能的3倍。在象干銑和小直徑深孔鉆削由于切削液很難滲透等高熱應(yīng)力工況下它也勝出很多。 PTvP;  
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在切削溫度下TiAlN比TiN更硬，它是目前最熱穩(wěn)定和抗化學(xué)磨損的PVD涂層。其硬度高達(dá)維氏硬度3500，而且它的工作溫度高達(dá)華氏1470度。雖然沒有人知道為什么會如此，但是科學(xué)家猜想這些特性來自一種當(dāng)某些高溫下涂層表面氧化時在切屑-刀具接觸面形成的非晶質(zhì)的氧化鋁膜。 ^@`dsll  
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應(yīng)用更薄的多層PVD涂層使其更適合于干加工的研究正在進(jìn)行。這種沉積工藝建立一種由數(shù)百層僅幾納米厚的涂層構(gòu)成。相反，傳統(tǒng)PVD工藝由幾層微米級的涂層沉積而成。 I=pTfkTT  
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盡管對PVD涂層有強(qiáng)烈的興趣，與之相對應(yīng)的CVD對于大多數(shù)黑色金屬工件材料來說一直是受歡迎的。CVD工藝很高的沉積溫度有助于粘著并且允許基體生成強(qiáng)化刃口和幫助基體抵抗變形的富鈷區(qū)。由于它們比PVD涂層更厚，因此需要對切削刃更重的珩磨來防止象墻角厚層涂料的剝落那樣的開裂。這個設(shè)計抗磨性也好且能在進(jìn)給量超過每轉(zhuǎn)0.076毫米到每轉(zhuǎn)0.89毫米下工作。 }o?@  
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CVD也是唯一使用已知最佳抗熱和氧化磨損的氧化鋁涂層沉積工藝。氧化鋁導(dǎo)熱差，因此隔離切屑形成過程中產(chǎn)生的熱量并迫使熱量流入切屑。使得它成為硬質(zhì)合金里最適合干加工的優(yōu)異的CVD涂層。在高速下它保護(hù)基體，是抗磨料磨損和月牙洼磨損的最佳涂層。 :nw4K(:f  
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先進(jìn)材料喜歡干加工 e2%Y8ZJG.  
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雖然涂層材質(zhì)等級有更好的刀具壽命且在干銑加工時比濕式加工更可靠，但是對于高速加工的要求使切削溫度超越硬質(zhì)合金刀具的經(jīng)濟(jì)極限。譬如在每分鐘14000轉(zhuǎn)和線速度每分鐘400米下干加工灰鑄鐵，刀具前面的切削區(qū)能加熱到600到700攝氏度之間。金屬切除率同那些用更傳統(tǒng)技術(shù)銑削鋁接近，但是對于傳統(tǒng)切削刀具來說加工灰鑄鐵產(chǎn)生的溫度太高。
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因此，更高的切削速度將要求有更高紅硬性更耐磨的切削刀具材料。金屬陶瓷、立方氮化硼（CBN）和兩種陶瓷（氧化鋁和氮化硅）很適合這種要求。（今天，術(shù)語‘陶瓷’包括氧化鋁和氮化硅兩種，而不是過去僅指的氧化鋁。）雖然不是針對黑色金屬材料，聚晶金剛石（PCD）也是一種適合干加工刀具材料。然而，在所有材料里權(quán)衡更大的紅硬性和抗磨料磨損性能的后果是易碎性。 Y9 ,KOs  
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金屬陶瓷，一種先進(jìn)的硬質(zhì)合金。舉例講，金屬陶瓷同傳統(tǒng)硬質(zhì)合金相比能在更高的溫度下工作，但不如硬質(zhì)合金耐沖擊、中等到重載下的韌性和低進(jìn)給和高進(jìn)給時的強(qiáng)度。然而，金屬陶瓷在同傳統(tǒng)硬質(zhì)合金一樣的輕載下具有大致相等的刃口強(qiáng)度并在更高的切削速度下承受溫度和磨損更好，持續(xù)時間更長且表面光潔度更佳。對于延展性好的和粘的材料，在抗積屑瘤形成和生成表面良好光潔度方面金屬陶瓷也表現(xiàn)更好。 $}7/mS@c  
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更好的紅硬性來自組成刀具材料的鈦化物。金屬陶瓷，一個陶瓷和金屬的首字母縮略字，是一種包含硬的鈦基化合物（碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦）的燒結(jié)碳化物，它是以鎳或鎳鉬做粘接劑而不象制造傳統(tǒng)硬質(zhì)合金那樣用鈷做粘接劑。由于金屬粘接劑的溫度限制，典型的金屬陶瓷材質(zhì)等級的紅硬性不能用于加工硬度超過洛氏40的材料。 y%\kgWV  
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金屬陶瓷也對破壞和進(jìn)給引起的應(yīng)力要比涂層和不涂層硬質(zhì)合金敏感得多。因此，它在需要高精度和良好光潔度并工作在高切削速度、低進(jìn)給、小切深的加工時表現(xiàn)最佳。理想的加工操作是那些切削時沒有嚴(yán)重斷續(xù)的情況。對于車削碳鋼進(jìn)給的上限通常是每轉(zhuǎn)0.63毫米，并且也能處理主軸高速且合適進(jìn)給下的普通銑削。 pl V]hu27K  
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如果保持在這些操作限制內(nèi)，大量生產(chǎn)情況下金屬陶瓷能在很長時間里保持鋒利的切削刃。雖然金屬陶瓷能在傳統(tǒng)速度和進(jìn)給下僅通過提高硬質(zhì)合金的刀具壽命和光潔度而值得使用，但它能通過在加工合金鋼提高20%速度和加工碳鋼、不銹鋼和球墨鑄鐵提高50%速度而提高生產(chǎn)率。 izow=}  
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陶瓷，是刀具材料的一個分支。陶瓷切削刀具同它們相對應(yīng)的金屬陶瓷相似，對工件材料化學(xué)穩(wěn)定性好，刀具壽命長而且能在高速下切削。純氧化鋁有極高的熱阻抗但強(qiáng)度和韌性低，如果工況不佳的話較低的強(qiáng)度和韌性的組合會似得它容易破壞。為了使它對破裂敏感性降低，刀具制造商要么添加少量氧化鋯來提高韌性，要么混入20%到40%的碳化鈦和氮化鈦來提高抗沖擊性和熱導(dǎo)性。但是，韌性仍然要比硬質(zhì)合金低很多。 SV}I+O_w  
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另外一種提高氧化鋁韌性的方法是植入碳化硅加強(qiáng)物的晶隙或晶須。雖然這些晶須典型的平均直徑只有一微米長度是20微米，但它們很牢固并明顯地增加韌性和抗熱沖擊性。晶須最多能占到總量的30%。 vVmoV0kGt  
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和氧化鋁相象，氮化硅在比硬質(zhì)合金能承受的溫度更高的條件下維持良好的紅硬性，并且它能承受的熱沖擊和機(jī)械沖擊更好。同氧化鋁相比它的主要缺點是加工鋼件時化學(xué)穩(wěn)定性沒有氧化鋁好。盡管如此，氮化硅能以線速度每分鐘435米干式加工灰鑄鐵，氮化硅通常被用于加工這樣的工件。 CbA!  
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