速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，加工過(guò)程中使用的切削液用量越來(lái)越大，其流量有時(shí)高達(dá)80～100L/min。但大量切削液的使用造成了非常突出的負(fù)面影響：(1)零件的生產(chǎn)成本大幅度提高，在零件加工的總成本中，切削液費(fèi)用約占16% ，而刀具的費(fèi)用只占總成本的4%。(2)造成對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，如把未經(jīng)處理的切削液排入江河湖海，就會(huì)污染土地、水源和空氣，嚴(yán)重影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)，破壞生態(tài)環(huán)境。(3)直接危害車(chē)間工人的身體健康，目前生產(chǎn)中廣泛使用的水基切削液含有對(duì)人體有害的化學(xué)成分。在切削(磨削)過(guò)程中，切削液受熱揮發(fā)形成煙霧，在車(chē)間常常彌漫著難聞的異味，會(huì)引起操作工人肺部和呼吸道的諸多疾病，人手和切削液直接接觸，還會(huì)誘發(fā)多種皮膚病，直接影響工人健康。 上述負(fù)面影響，已成為機(jī)械工業(yè)發(fā)展的一大障礙。這就使人們會(huì)提出這樣一個(gè)問(wèn)題：機(jī)械加工中能不能不用或少用切削液呢？干切削(Dry Cutting)技術(shù)就是在這樣的歷史背景下應(yīng)運(yùn)而生，并從90年代中期以來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的。 干切削技術(shù)起源于歐洲，目前在西歐各國(guó)也最為盛行。據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在已有8%左右的德國(guó)企業(yè)采用了干切削技術(shù)。到2003年，德國(guó)制造業(yè)將有20%以上采用干切削技術(shù)。在干切削研究和應(yīng)用方面，目前德國(guó)處于國(guó)際領(lǐng)先地位。 日本已開(kāi)發(fā)成功不使用切削液的干式加工中心。裝有液氮冷卻的干切削系統(tǒng)，從空氣中提取高純度氮?dú)?，常溫下?～6個(gè)大氣壓的壓力將液氮送往切削區(qū)，可順利實(shí)現(xiàn)干切削。 我國(guó)成都工具研究所、山東工業(yè)大學(xué)和清華大學(xué)等單位對(duì)超硬刀具材料及刀具涂層技術(shù)進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，陶瓷刀具在我國(guó)目前已形成了一定的生產(chǎn)能力，這些都為干切削技術(shù)的研究與應(yīng)用打下了初步的技術(shù)基礎(chǔ)。北京機(jī)床研究所最近開(kāi)發(fā)成功了能實(shí)現(xiàn)高速干切削的KT系列加工中心。 2 切削液的功能和實(shí)現(xiàn)干切削的主要難點(diǎn)干切削并不是簡(jiǎn)單地停止使用切削液就能實(shí)現(xiàn)的。必須分析在停用切削液以后，會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？應(yīng)采取什么措施來(lái)消除這些不利影響？為此，首先應(yīng)對(duì)切削液在機(jī)械加工中的作用和功能有一個(gè)全面、深入的認(rèn)識(shí)。 在機(jī)械加工中，切削液主要有三大功能：進(jìn)行干切削時(shí)，由于缺少了切削液的上述潤(rùn)滑、冷卻和輔助排屑與斷屑等作用，因而切削熱會(huì)急劇增加，機(jī)床加工區(qū)溫度明顯上升，刀具耐用度大大降低。要使干切削得以順利進(jìn)行，達(dá)到或超過(guò)濕加工時(shí)的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度，就必須從刀具、機(jī)床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技術(shù)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，其中最大的難點(diǎn)在于如何提高刀具在干切削中的性能，同時(shí)也對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、工件材料及工藝過(guò)程等提出了新的要求。 3 干切削的刀具技術(shù)刀具能否承受干切削時(shí)巨大的熱能，是實(shí)現(xiàn)干切削的關(guān)鍵。主要措施有：

采用新型的刀具材料 干切削不僅要求刀具材料有很高的紅硬性和熱韌性，而且還必須有良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘結(jié)性。陶瓷刀具(Al2O3，Si3N4)、金屬陶瓷(Cermet)等材料的硬度在高溫下也很少降低，即具有很好的紅硬性，因此很適合于一般目的的干切削?？墒沁@類(lèi)材料般較脆，熱韌性不好，不適用于進(jìn)行斷續(xù)切削。立為氮化硼(CBN)、聚晶金剛石(PCD)、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等超硬刀具材料則廣泛用于干切削。

工件材料加工方法

車(chē)削銑削鉸削攻絲鉆孔

鑄鐵          

鋼   × × ×  

鋁合金   ×   ×  

超硬合金 × × × × ×

復(fù)合材料          

注：×表示難于進(jìn)行干切削

硬車(chē)是一種“以車(chē)代磨”的新工藝，用于某些不適宜進(jìn)行磨削的回轉(zhuǎn)休零件的加工，是一種高效的干切削技術(shù)。在對(duì)氮化硅(Si3N4) 工件進(jìn)行硬車(chē)時(shí)．由于該材料有極高的抗拉強(qiáng)度，使任何刀具都很快破損。可采用激光輔助切削，用激光束對(duì)工件切削區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，使工件材料局部軟化 (其抗拉強(qiáng)度由750MPa降至400MPa)，則可減小切削阻力30%～70% ，刀具磨損可降低80%左右，干切削過(guò)程中的振動(dòng)也大為減?。蟠筇岣吡瞬牧锨谐剩垢汕邢鞯靡皂樌M(jìn)行。 鈦鋁釩合金(Ti6Al4V)和反應(yīng)燒結(jié)氮化硅(RBSN)是典型的難加工材料，其傳熱系數(shù)很小，干加工中產(chǎn)生大量的熱，使刀具材料發(fā)生化學(xué)分解，刀具很決磨損。 在車(chē)刀前刀面上倒裝了個(gè)金屬帽狀物，其內(nèi)腔與刀片的上表面共同組成一個(gè)密閉室。帽狀物上有液氮的入口和出口。在干切削過(guò)程中，液氮不斷在密閉室中流動(dòng)，吸收刀片上的切削熱，使刀具不產(chǎn)生過(guò)高的溫升．始終保持良好的切削性能，順利實(shí)現(xiàn)干切削。在不使用液氮冷卻刀具時(shí)PCBN刀具車(chē)削長(zhǎng)度僅40mm，后刀面磨損量便高達(dá)3mm，切削無(wú)法再進(jìn)行下去。采用上述液氮裝置后，刀具磨損情況大為改善，車(chē)削長(zhǎng)度160mm后，后刀面僅磨損0.4mm。被加上工件的圓度誤差也從20μm減至3.2μm。液氮是一種很容易獲得的原料價(jià)格便宜還可以反復(fù)使用。 6 準(zhǔn)干切削純粹的干切削有時(shí)很難進(jìn)行，此時(shí)可采用最小量潤(rùn)滑技術(shù) (Minimal Quantity Lubrication)，簡(jiǎn)稱(chēng)MQL。這種方法是將壓縮空氣與少量潤(rùn)滑液混合氣化后，噴射到加工區(qū)，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行潤(rùn)滑。MQL技術(shù)可以大大減少“刀具—工件”和“刀具—切屑”之間的摩擦，起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用。它所使用的潤(rùn)滑液很少．而效果卻十分顯著，既提高了工效，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。例如用(Ti, Al)N+MoS2徐層刀具對(duì)鋁合金工件進(jìn)行純粹的干切削時(shí)．刀具鉆16個(gè)孔后，切屑就粘結(jié)在鉆頭容屑槽中，使刀具完全不能使用。采用MQL技術(shù)后．鉆孔數(shù)高達(dá)320個(gè)．鉆頭也還沒(méi)有發(fā)生明顯的磨損或粘連，加上出來(lái)的所有孔都滿(mǎn)足要求。 MQL法所使用的潤(rùn)滑液用量一般為0.03～0.2L/h ，約為濕切削的6萬(wàn)分之一。清潔和干凈的切屑經(jīng)過(guò)壓縮還可以回收使用，完全不污染環(huán)境。因此MQL法又稱(chēng)為“準(zhǔn)干切削” (Near-Dry Cutting)。 準(zhǔn)干切削技術(shù)和涂層刀具相結(jié)合，能夠取得最好的效果。例如，用高速鋼涂層鉆頭加工X90CrMoV18合金鋼．當(dāng)用TiAlN涂層高速鋼鉆頭進(jìn)行純粹干鉆削時(shí)，鉆3.5m的叨削長(zhǎng)度后鉆失便被損壞；采用(TiAlN+MoS2)復(fù)合涂層鉆頭和最小潤(rùn)滑法，其鉆削長(zhǎng)度增加到115m。 7 總結(jié)和展望干切削技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的一個(gè)重大創(chuàng)新，是種嶄新的清潔制造技術(shù)。世界各國(guó)日益嚴(yán)厲的環(huán)保法規(guī)，有利于加速干切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用；各種超硬、耐高溫刀具材料及其涂層技術(shù)的發(fā)展，為干切削技術(shù)創(chuàng)造了極為有利的條件；最小量潤(rùn)滑裝置的有效應(yīng)用和各種中心小孔的孔加工標(biāo)準(zhǔn)刀具的出現(xiàn)，使準(zhǔn)干切削在鋁合金和各種難加工材料的孔加工中獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。干切削技術(shù)從出現(xiàn)到現(xiàn)在只有短短10年的歷史，它是一種新興的綠色制造技術(shù)．對(duì)實(shí)施人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要的意義，是新世紀(jì)的前沿制造技術(shù)。