速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展，加工過程中使用的切削液用量越來越大，其流量有時高達80～100L/min。但大量切削液的使用造成了非常突出的負面影響：(1)零件的生產(chǎn)成本大幅度提高，在零件加工的總成本中，切削液費用約占16% ，而刀具的費用只占總成本的4%。(2)造成對環(huán)境的嚴重污染，如把未經(jīng)處理的切削液排入江河湖海，就會污染土地、水源和空氣，嚴重影響動植物的生長，破壞生態(tài)環(huán)境。(3)直接危害車間工人的身體健康，目前生產(chǎn)中廣泛使用的水基切削液含有對人體有害的化學(xué)成分。在切削(磨削)過程中，切削液受熱揮發(fā)形成煙霧，在車間常常彌漫著難聞的異味，會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，還會誘發(fā)多種皮膚病，直接影響工人健康。 上述負面影響，已成為機械工業(yè)發(fā)展的一大障礙。這就使人們會提出這樣一個問題：機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)運而生，并從90年代中期以來迅速發(fā)展起來的。 干切削技術(shù)起源于歐洲，目前在西歐各國也最為盛行。據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)在已有8%左右的德國企業(yè)采用了干切削技術(shù)。到2003年，德國制造業(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，目前德國處于國際領(lǐng)先地位。 日本已開發(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氣，常溫下以5～6個大氣壓的壓力將液氮送往切削區(qū)，可順利實現(xiàn)干切削。 我國成都工具研究所、山東工業(yè)大學(xué)和清華大學(xué)等單位對超硬刀具材料及刀具涂層技術(shù)進行過系統(tǒng)的研究，陶瓷刀具在我國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)。北京機床研究所最近開發(fā)成功了能實現(xiàn)高速干切削的KT系列加工中心。 2 切削液的功能和實現(xiàn)干切削的主要難點干切削并不是簡單地停止使用切削液就能實現(xiàn)的。必須分析在停用切削液以后，會出現(xiàn)什么問題？應(yīng)采取什么措施來消除這些不利影響？為此，首先應(yīng)對切削液在機械加工中的作用和功能有一個全面、深入的認識。 在機械加工中，切削液主要有三大功能：進行干切削時，由于缺少了切削液的上述潤滑、冷卻和輔助排屑與斷屑等作用，因而切削熱會急劇增加，機床加工區(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行，達到或超過濕加工時的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度，就必須從刀具、機床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技術(shù)是一項龐大的系統(tǒng)工程，其中最大的難點在于如何提高刀具在干切削中的性能，同時也對機床結(jié)構(gòu)、工件材料及工藝過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巨大的熱能，是實現(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@類材料般較脆，熱韌性不好，不適用于進行斷續(xù)切削。立為氮化硼(CBN)、聚晶金剛石(PCD)、超細晶粒硬質(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：×表示難于進行干切削

硬車是一種“以車代磨”的新工藝，用于某些不適宜進行磨削的回轉(zhuǎn)休零件的加工，是一種高效的干切削技術(shù)。在對氮化硅(Si3N4) 工件進行硬車時．由于該材料有極高的抗拉強度，使任何刀具都很快破損。可采用激光輔助切削，用激光束對工件切削區(qū)進行預(yù)熱，使工件材料局部軟化 (其抗拉強度由750MPa降至400MPa)，則可減小切削阻力30%～70% ，刀具磨損可降低80%左右，干切削過程中的振動也大為減?。蟠筇岣吡瞬牧锨谐剩垢汕邢鞯靡皂樌M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。 在車刀前刀面上倒裝了個金屬帽狀物，其內(nèi)腔與刀片的上表面共同組成一個密閉室。帽狀物上有液氮的入口和出口。在干切削過程中，液氮不斷在密閉室中流動，吸收刀片上的切削熱，使刀具不產(chǎn)生過高的溫升．始終保持良好的切削性能，順利實現(xiàn)干切削。在不使用液氮冷卻刀具時PCBN刀具車削長度僅40mm，后刀面磨損量便高達3mm，切削無法再進行下去。采用上述液氮裝置后，刀具磨損情況大為改善，車削長度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很難進行，此時可采用最小量潤滑技術(shù) (Minimal Quantity Lubrication)，簡稱MQL。這種方法是將壓縮空氣與少量潤滑液混合氣化后，噴射到加工區(qū)，對刀具和工件之間的加工部位進行潤滑。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。它所使用的潤滑液很少．而效果卻十分顯著，既提高了工效，又不會對環(huán)境造成污染。例如用(Ti, Al)N+MoS2徐層刀具對鋁合金工件進行純粹的干切削時．刀具鉆16個孔后，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320個．鉆頭也還沒有發(fā)生明顯的磨損或粘連，加上出來的所有孔都滿足要求。 MQL法所使用的潤滑液用量一般為0.03～0.2L/h ，約為濕切削的6萬分之一。清潔和干凈的切屑經(jīng)過壓縮還可以回收使用，完全不污染環(huán)境。因此MQL法又稱為“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涂層高速鋼鉆頭進行純粹干鉆削時，鉆3.5m的叨削長度后鉆失便被損壞；采用(TiAlN+MoS2)復(fù)合涂層鉆頭和最小潤滑法，其鉆削長度增加到115m。 7 總結(jié)和展望干切削技術(shù)是對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的一個重大創(chuàng)新，是種嶄新的清潔制造技術(shù)。世界各國日益嚴厲的環(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)．對實施人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要的意義，是新世紀的前沿制造技術(shù)。