綠色加工技術(shù)

綠色加工技術(shù)第一節(jié)概述第二節(jié)綠色加工的根本理論第三節(jié)綠色加工的評(píng)價(jià)體系第四節(jié)綠色加工的應(yīng)用技術(shù)1整理課件第一節(jié)概述

環(huán)境、資源、人口是當(dāng)今社會(huì)面臨的三大問題。依靠科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)節(jié)資增效，減少廢物排放，建立生產(chǎn)、消費(fèi)與環(huán)境、資源相互協(xié)調(diào)的開展模式已成為人類社會(huì)可持續(xù)開展的必由之路。進(jìn)入21世紀(jì)，在制造業(yè)實(shí)施綠色制造已勢(shì)在必行。切削加工作為制造業(yè)重要而應(yīng)用廣泛的加工方法正面臨新的挑戰(zhàn)，在此背景下，綠色切削加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。2整理課件什么是綠色加工綠色加工是指在不犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量、本錢、可靠性、功能和能量利用率的前提下，充分利用資源，盡量減輕加工過程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生有害影響的加工過程，其內(nèi)涵是指在加工過程中實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高效及清潔化。綠色制造GM－GreenManufacturing環(huán)境意識(shí)制造ECM－EnvironmentallyConsciousManufacturing面向環(huán)境的制造MFE－ManufacturingForEnvironment為何需要綠色加工環(huán)境污染、人身健康、能源危機(jī)可持續(xù)開展的觀點(diǎn)第一節(jié)概述3整理課件綠色加工的內(nèi)涵及目標(biāo)制造業(yè)在創(chuàng)造了高度興旺的物質(zhì)文明的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。綠色制造涉及的問題領(lǐng)域包括三局部：一是制造問題，包括產(chǎn)品生命周期全過程；二是環(huán)境保護(hù)問題；三是資源優(yōu)化利用問題。綠色制造就是這三局部的交叉和集成。目標(biāo)：優(yōu)質(zhì)、低耗、高效、清潔化綠色制造的問題領(lǐng)域第一節(jié)概述4整理課件綠色加工的分類

根據(jù)綠色加工的追求目標(biāo)：節(jié)約資源的加工技術(shù)節(jié)約能源的加工技術(shù)環(huán)保型加工技術(shù)根據(jù)采用的加工介質(zhì)不同：自然綠色加工輔助綠色加工第一節(jié)概述5整理課件綠色加工的研究?jī)?nèi)容

節(jié)省資源的加工方法的研究〔物質(zhì)流方面〕節(jié)省能源的加工方法的研究〔能量流方面〕少、無污染加工方法的研究〔環(huán)保的角度〕在實(shí)際加工中通過改進(jìn)加工工藝、工具、環(huán)境來實(shí)現(xiàn)第一節(jié)概述6整理課件綠色加工的開展

綠色加工與綠色制造1991日本“綠色行業(yè)方案〞1996SME?GreenManufacturing?1998SME“綠色制造的開展趨勢(shì)〞綠色切削技術(shù)：干切削、少切削液的切削等綠色長(zhǎng)成技術(shù)：激光快速成形等

第一節(jié)概述7整理課件綠色制造自提出以來受到了國(guó)內(nèi)外各單位的高度重視，并展開了大量的研究。在國(guó)際上，特別是美國(guó)在這方面的研究已經(jīng)比較深入。主要研究范圍包括環(huán)境意識(shí)機(jī)床系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)、廢物流的評(píng)價(jià)、工藝規(guī)劃方法以及低溫加工、干切削等先進(jìn)的綠色制造工藝技術(shù)等。局部研究結(jié)論已經(jīng)被開發(fā)成軟件原型系統(tǒng)。2003德國(guó)20％采用干切技術(shù)總制造本錢1.6％德國(guó)干式加工方面的研究和應(yīng)用處于國(guó)際領(lǐng)先地位第一節(jié)概述8整理課件國(guó)內(nèi)高校對(duì)綠色加工技術(shù)\綠色制造的研究探索：清華大學(xué)綠色工程技術(shù)列為優(yōu)先開展上海交通大學(xué)汽車可回收性綠色設(shè)計(jì)技術(shù)合肥工業(yè)大學(xué)產(chǎn)品可回收設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)及指標(biāo)評(píng)價(jià)體系重慶大學(xué)國(guó)家自然科學(xué)基金和863／CIMS的關(guān)于綠色制造的工程

第一節(jié)概述9整理課件華中理工大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高校也開展了綠色制造技術(shù)研究。國(guó)內(nèi)已形成了一支從事綠色制造技術(shù)研究的專業(yè)隊(duì)伍，為我國(guó)開展綠色制造技術(shù)奠定了根底。國(guó)內(nèi)對(duì)鑄造、壓力加工、焊接、切削加工、特種加工、熱處理、覆蓋層、裝配與包裝等九個(gè)工藝大類中的假設(shè)干典型工藝的資源環(huán)境特性進(jìn)行了研究，并初步建立了綠色制造工藝數(shù)據(jù)庫的原型系統(tǒng)；還對(duì)面向綠色制造的工藝規(guī)劃中局部關(guān)鍵技術(shù)，如工藝種類選擇、工藝參數(shù)優(yōu)化、單工件多機(jī)床的節(jié)能調(diào)度等進(jìn)行了初步的研究。第一節(jié)概述10整理課件我國(guó)“十五〞期間進(jìn)行的主要研究?jī)?nèi)容綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)模型的建立綠色產(chǎn)品清潔生產(chǎn)技術(shù)產(chǎn)品可拆卸、可回收技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品噪聲控制技術(shù)面向環(huán)境、面向能源、面向材料的綠色制造技術(shù)第一節(jié)概述11整理課件綠色加工技術(shù)的開展方向

最優(yōu)化綠色機(jī)械加工是最小的資源消耗和無環(huán)境污染。它是從整個(gè)企業(yè)和社會(huì)的綜合本錢考慮，對(duì)于不同的材料、零部件、設(shè)備經(jīng)過綜合分析，對(duì)冷卻方式、冷卻介質(zhì)用量、加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，選擇一個(gè)最合理的加工方案，使加工時(shí)間少，效益高，對(duì)環(huán)境無污染，綜合本錢最低(這是對(duì)整個(gè)企業(yè)乃至于整個(gè)社會(huì)來講，不是僅單純的指具體加工本錢最低)。也就是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合考慮各方面的因素，追求企業(yè)甚至社會(huì)整體最優(yōu)。第一節(jié)概述12整理課件集成化加工過程不應(yīng)是一個(gè)孤立的單獨(dú)的加工過程，而應(yīng)是考慮到各種因素的集成系統(tǒng)。通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫把其它系統(tǒng)如MIS、綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、物能資源系統(tǒng)等和設(shè)備互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)加工過程中的數(shù)據(jù)交換和信息共享，從而融入到整個(gè)企業(yè)集成制造系統(tǒng)里，便于決策。

第一節(jié)概述13整理課件并行化通過Internet可以將CAD/CAM/CAPP、MIS、ERP、MRP等相連，使得生產(chǎn)產(chǎn)品的每一個(gè)步驟當(dāng)中都考慮到了產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有因素，如質(zhì)量、本錢、進(jìn)度方案、用戶需求、環(huán)境影響、資源消耗狀況等，這是一個(gè)并行的加工過程。柔性化企業(yè)必須對(duì)市場(chǎng)多樣化需求和外界環(huán)境變化做出動(dòng)態(tài)響應(yīng)，生產(chǎn)出多樣化的產(chǎn)品，因而在底層加工系統(tǒng)的柔性應(yīng)比較好，可以根據(jù)不同的材料，不同的工件，不同的設(shè)備更換不同的方法，同時(shí)綜合本錢也是最低的。第一節(jié)概述14整理課件第一節(jié)概述綠色加工的意義人們?cè)诨貞浺炎哌^的歷程的同時(shí)，都在認(rèn)真思考應(yīng)該把一個(gè)什么樣的地球留給子孫后代。綠色制造/綠色加工是實(shí)現(xiàn)生態(tài)工業(yè)和社會(huì)可持續(xù)開展戰(zhàn)略的決定性因素與必由之路，它對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)開展具有重要作用，采用綠色制造，使得在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期過程中，能最大限度地減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，真正做到解決環(huán)境污染、節(jié)約原材料和能源、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)本錢，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)、優(yōu)化的持續(xù)開展。綠色加工技術(shù)將帶來21世紀(jì)制造業(yè)的變革！15整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論綠色加工的根本特征技術(shù)先進(jìn)性〔實(shí)施前提〕加工綠色性〔最顯著特征〕加工經(jīng)濟(jì)性〔必不可少的條件〕最終特征：實(shí)現(xiàn)加工整體最優(yōu)化綠色加工的根本程序5個(gè)根本程序:預(yù)審→加工過程評(píng)審→綠色加工方案優(yōu)選→方案實(shí)施→持續(xù)綠色加工16整理課件實(shí)施綠色加工的根本程序17整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論核心局部：加工過程評(píng)審、綠色加工方案優(yōu)選綠色加工過程評(píng)審綠色加工過程評(píng)審是對(duì)加工過程的現(xiàn)狀及物流、能流等進(jìn)行調(diào)查了解、診斷認(rèn)識(shí)的過程。評(píng)審時(shí)，根據(jù)加工系統(tǒng)特點(diǎn)及其投入、產(chǎn)出關(guān)系，確定企業(yè)加工過程及加工系統(tǒng)中存在的“非綠色部位〞。通過對(duì)加工過程及加工系統(tǒng)進(jìn)行深入、客觀的現(xiàn)狀審核、分析研究以及對(duì)物料平衡和能流的分析，說明加工過程及各加工單元的功能狀態(tài)和特性，特別是有關(guān)加工過程中資源利用轉(zhuǎn)化、能源物料消耗、廢物產(chǎn)生排放的現(xiàn)狀及差距。18整理課件在加工過程評(píng)審的根底上，針對(duì)系統(tǒng)中存在的差距，圍繞加工過程中原材料投入、加工工藝及設(shè)備、生產(chǎn)運(yùn)行管理、產(chǎn)品和廢物內(nèi)部循環(huán)等環(huán)節(jié)，對(duì)可能的節(jié)能、降耗、減污部位進(jìn)行分析，尋找并確定可削減廢物、提高能效、提高效率、降低本錢等潛在因素。這些潛在因素包括：1〕原材料替代和復(fù)用(或綜合利用)；2〕實(shí)施技術(shù)革新，對(duì)工藝流程設(shè)備進(jìn)行改造;3〕加強(qiáng)運(yùn)行與維護(hù)管理；4〕調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；5〕產(chǎn)品報(bào)廢回用及再生。上述各因素僅表示對(duì)加工過程進(jìn)行優(yōu)化的一種可能性，是制定綠色加工方案時(shí)需要考慮的一個(gè)方面，因此并不等同于實(shí)施綠色加工的具體措施。第二節(jié)綠色加工的根本理論19整理課件綠色加工方案優(yōu)選綠色加工方案的優(yōu)選是按照綠色加工評(píng)價(jià)方法，對(duì)方案的根本特征進(jìn)行評(píng)估。第二節(jié)綠色加工的根本理論20整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論根據(jù)對(duì)方案技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境性的評(píng)估結(jié)果，即可推薦可具體實(shí)施的加工方案，要求所推選的方案與國(guó)內(nèi)外同類方案相比具有先進(jìn)性，并在本企業(yè)生產(chǎn)中具有適用性和可實(shí)施性，可獲得顯著的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于推薦方案應(yīng)編制可行性分析報(bào)告，供主管單位組織專家論證。如在評(píng)估過程中未找到可行方案，就必須返回重新進(jìn)行預(yù)審、評(píng)審程序。當(dāng)確定的方案實(shí)施完畢后，應(yīng)及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出缺陷與缺乏，然后再開始新一輪綠色加工的改進(jìn)，即實(shí)現(xiàn)持續(xù)綠色加工。21整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論實(shí)現(xiàn)綠色加工的主要途徑按照實(shí)施綠色加工的根本程序，確定了機(jī)械加工過程和加工系統(tǒng)中的“非綠色部位〞，就可以按照選定方案實(shí)施綠色機(jī)械加工。實(shí)施綠色機(jī)械加工的主要途徑為網(wǎng)絡(luò)化、信息化、柔性化。網(wǎng)絡(luò)化制造的網(wǎng)絡(luò)化，特別是基于Internet/Intranet的制造已成為重要的開展趨勢(shì)。作為機(jī)械制造重要根底的綠色加工也需要大力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化，通過企業(yè)局域網(wǎng)將各個(gè)分散的加工中心、數(shù)控設(shè)備等聯(lián)接起來，可便于機(jī)械加工控制中心對(duì)整個(gè)加工進(jìn)程進(jìn)行總體監(jiān)控，同時(shí)還可與企業(yè)中的工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，便于優(yōu)化決策。22整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論信息化綠色加工的追求目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)化加工，即從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，全面考慮企業(yè)和整個(gè)社會(huì)的綜合本錢，綜合分析不同的材料、零部件、設(shè)備等加工因素，優(yōu)化選擇冷卻方式、冷卻介質(zhì)及用量、加工參數(shù)等，確定最合理的加工方案，以實(shí)現(xiàn)加工時(shí)間少、生產(chǎn)效益高、環(huán)境污染小、綜合本錢低的目標(biāo)。信息化是實(shí)施綠色加工的關(guān)鍵要素及有效手段。為實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)化加工，需要建立加工設(shè)備、切削刀具、切削液、切削用量、工件材料、環(huán)境、能源等相關(guān)資料的機(jī)械加工數(shù)據(jù)庫，采用有限元法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)對(duì)各種綠色加工方法(如高速切削、干切削、硬切削、MQL等)進(jìn)行建模、仿真、虛擬加工和決策，并通過Intranet與企業(yè)的其它數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)互聯(lián)共享,實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。23整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論柔性化現(xiàn)代生產(chǎn)方式已由大批量、單一品種生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種生產(chǎn)，要求生產(chǎn)企業(yè)能夠根據(jù)市場(chǎng)變化作出敏捷反響，快速適應(yīng)市場(chǎng)需求。綠色機(jī)械加工的柔性包括機(jī)器柔性、工藝柔性、運(yùn)行柔性和擴(kuò)展柔性。加工系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)快速重構(gòu)，對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)品更新?lián)Q代具有快速響應(yīng)能力，以最小本錢和最短時(shí)間適應(yīng)加工任務(wù)及環(huán)境的變化。24整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論綠色加工工藝從節(jié)約資源的工藝技術(shù)方面來說，在機(jī)械加工中，綠色加工工藝技術(shù)主要應(yīng)用在少無切屑加工技術(shù)、干式加工技術(shù)、新型特種加工技術(shù)三個(gè)方面。在機(jī)械加工中，綠色加工工藝技術(shù)主要是在切削和磨削上采用干切削和干磨削的方法來進(jìn)行加工。常規(guī)的加工方法例如車削、銑削、磨削等，都需要切削液來幫助加工，切削液在加工中的作用主要有冷卻、潤(rùn)滑、排屑和清洗的作用。干式加工是在加工過程中不采用切削液的一種加工方法。由于在加工過程中不采用切削液，所以可獲得潔凈無污染的切屑，省去了切削液及其處理的大量費(fèi)用。25整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論綠色加工工藝技術(shù)26整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論綠色加工的關(guān)鍵技術(shù)綠色機(jī)械加工技術(shù)主要從選材、生產(chǎn)加工方法、加工設(shè)備三方面來實(shí)現(xiàn)。材料選擇材料選擇包括產(chǎn)品材料和輔助材料的選擇，應(yīng)立足于減少不可再生資源和短缺資源的使用量，且應(yīng)符合易加工、低耗能、少污染、可回收的原那么。綠色加工關(guān)鍵技術(shù)27整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論綠色生產(chǎn)相對(duì)于真正的綠色生產(chǎn)技術(shù)而言，這里所提到的綠色生產(chǎn)僅僅指生產(chǎn)加工過程。在這一環(huán)節(jié)，要想為綠色制造做出奉獻(xiàn)，需從綠色制造工藝技術(shù)、綠色制造工藝設(shè)備與裝備等入手。在實(shí)質(zhì)性的機(jī)械加工中，在鑄造、鍛造沖壓、焊接、熱處理、外表保護(hù)等過程中都可以實(shí)行綠色制造工藝。具體可以從以下幾方面入手：改進(jìn)工藝，提高產(chǎn)品合格率；采用合理工藝，簡(jiǎn)化產(chǎn)品加工流程，減少加工工序，謀求生產(chǎn)過程的廢料最少化，防止不平安因素；減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染物排放，如減少切削液的使用等。目前多通過干式切削技術(shù)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。28整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論加工設(shè)備1、刀具技術(shù)干式加工對(duì)刀具材料要求很高，它要求材料要具有很高的紅硬性和熱韌性，良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘結(jié)性，在對(duì)刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足干切削對(duì)斷屑和排屑的要求。對(duì)韌性材料的加工來說，斷屑是很關(guān)鍵的，目前車刀三維曲面斷屑槽方面的設(shè)計(jì)制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可針對(duì)不同的工件材料和切削用量很快設(shè)計(jì)出相應(yīng)的斷屑槽結(jié)構(gòu)與尺寸，并能大大提高切屑折斷能力和對(duì)切屑流動(dòng)方向的控制能力。刀具材料的開展使刀片可承受更高的溫度，減少了對(duì)潤(rùn)滑的要求；真空或噴氣系統(tǒng)可以改善排屑條件；復(fù)雜刀具的制造可解決封閉空間的排屑問題等。29整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論2、機(jī)床技術(shù)我國(guó)是擁有機(jī)床最多的國(guó)家，但我國(guó)機(jī)床技術(shù)落后，特別是數(shù)控、高效和自動(dòng)化機(jī)床的占有率低，而干式加工技術(shù)的出現(xiàn)給機(jī)床設(shè)備提出了更高的要求。干式加工在切削區(qū)域會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，如果不及時(shí)散熱，會(huì)使機(jī)床受熱不均而產(chǎn)生熱變形，這個(gè)熱變形就成為影響工件加工精度的一個(gè)重要因素，因此機(jī)床應(yīng)配置循環(huán)冷卻系統(tǒng)，帶走切削熱量，并在結(jié)構(gòu)上有良好的隔熱措施。實(shí)驗(yàn)說明，干式切削理想的條件應(yīng)該是在高速切削條件下進(jìn)行，這樣可以減少傳到工件刀具和機(jī)床上的熱量。干切削時(shí)產(chǎn)生的切屑是枯燥的，這樣可以盡可能的將干切削機(jī)床設(shè)計(jì)成立軸和傾斜式床身。工作臺(tái)上的傾斜蓋板用絕熱材料制成，在機(jī)床上配置過濾系統(tǒng)排出灰塵，對(duì)機(jī)床主要部位進(jìn)行隔離。30整理課件第二節(jié)綠色加工的根本理論3、輔助設(shè)備技術(shù)輔助設(shè)備作為制造系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，它的綠色化程度，對(duì)整個(gè)制造過程的綠色化水平有著極為重要的影響，甚至是關(guān)鍵性的影響。因此，人類在實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)綠色化的征途上，輔助設(shè)備的綠色化是無法回避的。輔助設(shè)備包括工裝夾具、量具等，夾具又分為通用夾具和專用夾具，其綠色技術(shù)主要表達(dá)在選用時(shí)盡量滿足低本錢、低能耗、少污染、可回收的原那么。31整理課件第三節(jié)綠色加工的評(píng)價(jià)體系確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行綠色加工評(píng)價(jià)的首要問題評(píng)價(jià)體系〔目標(biāo)〕傳統(tǒng)加工：加工時(shí)間T(Time)加工質(zhì)量Q(Quality)加工本錢C(Cost)綠色加工：加工時(shí)間T(Time)加工質(zhì)量Q(Quality)加工本錢C(Cost)資源消耗R(Resource)環(huán)境影響E(Environment)··32整理課件第三節(jié)綠色加工的評(píng)價(jià)體系綠色加工在追求TQC的根底上，強(qiáng)調(diào)盡可能少地消耗資源R(這里的R主要指物料、設(shè)備資源和能源)和盡可能少地影響環(huán)境E，即形成綠色加工規(guī)劃的T、Q、C、R、E的評(píng)價(jià)目標(biāo)。

綠色加工的評(píng)價(jià)目標(biāo)33整理課件第三節(jié)綠色加工的評(píng)價(jià)體系各目標(biāo)本身包括復(fù)雜的組成局部，可以用一個(gè)向量組表示：T(t1，t2，…….，tt)Q(q1，q2，……，qq)C(c1，c2，……，cc)R(r1，r2，……，rr)E(e1，e2，……，er)

綠色加工包括五大方面的目標(biāo)，而每一個(gè)目標(biāo)又包含多個(gè)指標(biāo)，通過對(duì)加工工藝的分析研究，就可以得出綠色加工的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系34整理課件第三節(jié)綠色加工的評(píng)價(jià)體系

綠色加工的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系35整理課件第四節(jié)綠色加工的應(yīng)用技術(shù)

傳統(tǒng)的切削與磨削加工中，切削液幾乎是不可少的，它對(duì)保證精度、提高外表質(zhì)量和生產(chǎn)效率有重要作用。前面也提到，隨著人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)以及環(huán)保法律法規(guī)的要求日趨嚴(yán)格，切削液的負(fù)面影響愈加被人們所重視，如污染環(huán)境、危害操作者身體健康、切削液的供給和管理費(fèi)用高、切削液中的添加劑會(huì)造成零件的質(zhì)量事故等。切削過程的研究亦說明，切削液具備的冷卻潤(rùn)滑、和排屑等作用沒有得到充分有效的發(fā)揮。因此，人們正試圖少使用或不使用切削液，以適應(yīng)21世紀(jì)清潔生產(chǎn)和降低本錢的要求。因而產(chǎn)生了一系列的綠色加工應(yīng)用技術(shù)。36整理課件第四節(jié)綠色加工的應(yīng)用技術(shù)綠色加工技術(shù)從使用冷卻液的情況可以分為以下幾種：無冷卻液機(jī)械加工微量冷卻機(jī)械加工高壓水射流切割其它綠色加工37整理課件無冷卻液機(jī)械加工干切技術(shù)目前切削加工工藝的綠色化主要集中在不使用切削液，這是因?yàn)槭褂们邢饕簳?huì)消耗大量的切削液和電能，日本一年消耗的切削液就達(dá)8億升，而使用切削液所消耗的能量大約占整個(gè)機(jī)械制造工廠能量的1/10；切削液和切屑的處理費(fèi)用高，目前與切削液相關(guān)的費(fèi)用已占零件加工本錢的14％～17％，假設(shè)排出未經(jīng)處理的切削液那么會(huì)污染周圍地區(qū)的生態(tài)環(huán)境；會(huì)直接污染車間環(huán)境和危害工人健康，切削液受熱揮發(fā)易形成煙霧和產(chǎn)生異味，特別是極壓添加劑所含硫、磷、氯等化學(xué)元素在切削過程中形成的物質(zhì)會(huì)引發(fā)多種疾病。

38整理課件無冷卻液機(jī)械加工然而，不使用切削液的干切削并不能簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榍邢饕浩鹬齻€(gè)重要作用：1〕吸收和帶走大量切削熱，使傳入刀具和工件的切削熱非常少；2〕在刀具與工件以及刀具與切屑接觸界面上形成潤(rùn)滑膜，既減少摩擦又抑制切屑粘連到刀具上；3〕把切屑迅速?zèng)_走。最近十幾年興起的干切削技術(shù)，就是要在沒有切削液的條件下創(chuàng)造與濕切削相同或近似的切削條件，這涉及刀具、機(jī)床、工件、加工方式與切削參數(shù)等多方面。干切削技術(shù)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要從刀具技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)和工藝過程等各方面采取一系列的措施。39整理課件無冷卻液機(jī)械加工干切削技術(shù)研究的現(xiàn)狀干切削技術(shù)是為適應(yīng)全球日益高漲的環(huán)保要求和可持續(xù)開展戰(zhàn)略而開展起來的一項(xiàng)綠色切削加工技術(shù)。1995年正式確立干切削的科學(xué)意義1997年德國(guó)F.Klocke教授“干切削〞的主題報(bào)告1999年B.P.Erdel博士美國(guó)干切削開展的主題報(bào)告干切削技術(shù)已經(jīng)在各國(guó)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注。目前包括歐洲、美國(guó)和日本等工業(yè)興旺國(guó)家，非常重視干切削的研究。德國(guó)處于領(lǐng)先地位。我國(guó)干切削技術(shù)的研究也已起步，但在干切削理論研究方面和國(guó)外還存在較大的差距，在工業(yè)中的應(yīng)用規(guī)模更小。40整理課件無冷卻液機(jī)械加工干切加工的刀具設(shè)計(jì)干式切削刀具時(shí)，不僅要選擇適用的刀具材料和采用的涂層，而且應(yīng)當(dāng)綜合考慮刀具材料、刀具涂層和刀具幾何形狀之間的相互兼顧和優(yōu)化。不同的切削加工方式對(duì)刀具設(shè)計(jì)提出了不同要求，干式切削刀具必須滿足以下條件:1)刀具材料應(yīng)具有良好的耐熱性和耐磨性;2)切屑與刀具之間的摩擦系數(shù)應(yīng)盡可能小;3)刀具的槽型應(yīng)保證排屑流暢、易于散熱;4)刀具應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和抗沖擊韌性。下面分別從刀具材料、涂層和幾何形狀三個(gè)方面討論。41整理課件無冷卻液機(jī)械加工

1、采用新型的刀具材料近十幾年，高硬度材料的出現(xiàn)，為干式切削提供了可能。干切削不僅要求刀具材料具有極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。目前應(yīng)用于干式切削加工的刀具材料主要是:超細(xì)硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石等超硬度材料。42整理課件無冷卻液機(jī)械加工超細(xì)硬質(zhì)合金可以提高普通硬質(zhì)合金的韌性，具有很好的耐磨性和耐高溫性，可制作大前角的深孔鉆頭和刀片，用于銑削和鉆削的干式加工。陶瓷刀具(Al203,Si3N4、金屬陶瓷(Cennet)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而無須冷卻液。但是這類材料一般較脆，即熱韌性不好，故不適用于進(jìn)行斷續(xù)切削。也就是說，陶瓷刀具較適合用于進(jìn)行干車削而不適用于干銑削。43整理課件無冷卻液機(jī)械加工立方氮化硼(CBN)材料的硬度很高，達(dá)HV3200～HV4000，僅次于金剛石，熱傳導(dǎo)率好，達(dá)1300W/MK，具有良好的高溫化學(xué)穩(wěn)定性，在1200℃下熱穩(wěn)定性很好。采用CBN刀具加工鑄鐵，可大大提高切削速度，用于加工淬火鋼，可以以車削代替磨削。聚晶金剛石(PCD)刀具硬度非常高，可達(dá)HV7000～HV8000，熱導(dǎo)率可達(dá)2100W/MK，線膨脹系數(shù)小。PCD刀具切削時(shí)產(chǎn)生的熱能可以很快從刀尖傳遞到刀體，從而減少刀具熱變形引起的加工誤差。PCD刀具比較適用于干式加工銅、鋁及鋁合金工件。但在溫度高于700度以上時(shí)易出現(xiàn)炭化現(xiàn)象。44整理課件無冷卻液機(jī)械加工2、采用涂層技術(shù)對(duì)刀具進(jìn)行涂層處理，是提高刀具性能的重要途徑。近十年來，刀具涂層技術(shù)開展非常迅速，涂層材料多達(dá)15種，有的刀具在刀體上的涂層多達(dá)13層。涂層工藝也越來越成熟，隨著技術(shù)的開展，現(xiàn)已解決了涂層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度低的技術(shù)難題。涂層刀具分兩大類:一類是“硬〞涂層刀具，如TiN,TiC和Al203等涂層刀具。這類刀具外表硬度高，耐磨性好。其中TiC涂層刀具抗后刀面磨損的能力特別強(qiáng)，而TiN涂層刀具那么有較高的抗“月牙洼〞磨損能力。

45整理課件無冷卻液機(jī)械加工另一類是“軟〞涂層刀具，如:MoS2,WS等涂層刀具。這類涂層刀具也稱為“自潤(rùn)滑刀具〞，它與工件材料的摩擦系數(shù)很低，只有0.01左右，能有效減少切削力和降低切削溫度。例如瑞士開發(fā)的“MoViC〞涂層絲錐，刀具外表涂覆有一層MoS2。切削實(shí)驗(yàn)說明：未涂層絲錐只能加工20個(gè)螺孔；用TiAlN涂層絲錐時(shí)可加工1000個(gè)螺孔，而MoS2涂層的絲錐可加工4000個(gè)螺孔。高速鋼和硬質(zhì)合金經(jīng)過PVD涂層處理后，可以用于干切削。原來只適用于進(jìn)行鑄鐵干切削的CBN刀具，在經(jīng)過涂層處理后也可用來加工鋼、鋁合金和其他超硬合金。46整理課件無冷卻液機(jī)械加工

實(shí)際上，涂層有類似于冷卻液的功能，它產(chǎn)生一層保護(hù)層，把刀具與切削熱隔離開來，使熱量很少傳到刀具，從而能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持刀尖的堅(jiān)硬和鋒利。外表光滑的涂層還可以減少摩擦來降低切削熱，保持刀具材料不受化學(xué)反響的作用，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)高速干切削中，高溫對(duì)化學(xué)反響有很大的催化作用。TiAlN涂層和MoS2軟涂層還可交替涂覆，形成一個(gè)多涂層刀具，既有硬度高、耐磨性好的特性，又有摩擦系數(shù)小、切屑易流出的優(yōu)點(diǎn)，有優(yōu)良的替代冷卻液的功能。在干切削技術(shù)中，刀具涂層發(fā)揮著非常重要的作用。

47整理課件無冷卻液機(jī)械加工

美國(guó)學(xué)者開發(fā)的納米涂層(Nanocoatings)刀具，可采用多種材料的不同組合(如金屬/金屬組合、金屬/陶瓷組合、陶瓷/陶瓷組合、固體潤(rùn)滑劑/金屬組合等)，以滿足不同的功能和性能要求。納米涂層可使刀具的硬度和韌性顯著增加，具有優(yōu)異的抗摩擦磨損及自潤(rùn)滑性能。48整理課件無冷卻液機(jī)械加工3、刀具幾何形狀設(shè)計(jì)

干切削刀具通常以月牙洼磨損為主要失效原因，這是因?yàn)榧庸ぶ袥]有切削液，刀具和切屑接觸區(qū)域的溫度升高所致。因此，通常應(yīng)使刀具有大的前角和刃傾角，但前角增大后，刀刃強(qiáng)度會(huì)受影響，此時(shí)應(yīng)配以適宜的負(fù)倒棱或前刀面加強(qiáng)單元，這樣使刀尖和刃口會(huì)有足夠體積的材料和較合理的方式承受切削熱和切削力，同時(shí)減輕了沖擊和月牙洼擴(kuò)展對(duì)刀具的不利影響，使刀尖和刃口可在較長(zhǎng)的切削時(shí)間里保持足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

49整理課件無冷卻液機(jī)械加工目前為止，國(guó)外已開發(fā)了許多大前角車削刀片(如美國(guó)Carboloy公司推出的一種ME-13新型硬質(zhì)合金刀片上的前角達(dá)34°)和帶正前角的螺旋形刀刃銑削刀片(這種刀片沿切削刃幾乎有恒定不變的前角，背前角或側(cè)前角可由負(fù)變正或由小變大)，旨在減少機(jī)床的驅(qū)動(dòng)功率，并通過減小切削力，降低切削溫度來滿足干切削時(shí)對(duì)刀具的要求。日本三菱金屬公司開發(fā)出一種適用于干切削的“回轉(zhuǎn)型車刀〞，該刀具采用圓形超硬刀片，刀片的支持局部裝有軸承，在加工中刀片能自動(dòng)回轉(zhuǎn)，使切削刃始終保持鋒利，具有工效高、加工質(zhì)量好、刀具壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

50整理課件無冷卻液機(jī)械加工以下圖是一種熱管式刀具也可以獲得較理想的干切削效果。它們的結(jié)構(gòu)與普通車刀根本相同，所不同的是在刀桿體內(nèi)部制成了熱管。熱管內(nèi)的工作介質(zhì)一般為丙酮、乙醇和蒸溜水三種。熱管是一種高效的傳熱元件，它利用的是沸騰吸熱和冷凝放熱這兩個(gè)最強(qiáng)的傳熱機(jī)理，熱管的熱導(dǎo)率是相當(dāng)?shù)你y、銅棒的幾百倍。熱管刀具是一種自冷卻刀具，故無需再從外部澆注切削液，尤其適合于在數(shù)控機(jī)床、加工中心和自動(dòng)生產(chǎn)線上應(yīng)用。熱管式刀具結(jié)構(gòu)51整理課件無冷卻液機(jī)械加工對(duì)刀具的一些研究成果日本住友電氣工業(yè)公司開發(fā)了能以較高速度對(duì)淬硬鋼進(jìn)行干式切削加工的刀具材料——住硼磨料(立方氮化硼磨料工具商品名)BNX10、BNX25。住硼磨料BNX10適用于淬硬鋼的高速連續(xù)干切削。對(duì)軸的外徑加工實(shí)例說明，與陶瓷刀具相比，BNX10可獲得較高的加工外表光潔度和穩(wěn)定的尺寸精度，且刀具的壽命大大提高。住硼磨料BNX25通過優(yōu)化CBN粒度及含有率，以及采用特殊陶瓷材料作為結(jié)合相，提高了耐缺損性和耐月牙洼磨耗性，適用于淬硬鋼的高速斷續(xù)切削加工。對(duì)套筒材料外徑的高速切削加工實(shí)例說明，與以往的刀具材料相比，在高速切削的條件下使用BNX25刀具的壽命也有所提高。

52整理課件無冷卻液機(jī)械加工鄧建新等人以TiB2為添加劑、Al203為基體，研制了Al203/TiB2陶瓷刀具材料。用該陶瓷刀具對(duì)淬硬鋼進(jìn)行高速干切削試驗(yàn)，結(jié)果說明，當(dāng)切削速度大于12Om/min時(shí)，刀具開始表現(xiàn)出高溫自潤(rùn)滑性能，自潤(rùn)滑膜的組成為Al203/TiBz陶瓷刀具中TiB2的氧化物，它能在刀具外表起到固體潤(rùn)滑劑的作用，進(jìn)而降低前刀面的摩擦，減輕刀具的粘著磨損，提高刀具的耐磨性能，具有良好的減摩和抗磨作用。53整理課件無冷卻液機(jī)械加工

楊海東等人利用YT15基體的氮化碳薄膜涂層刀具干車削硅鋁合金，試驗(yàn)結(jié)果說明，刀尖積屑瘤非常小，工件外表粗糙度值較小，刀具的使用壽命遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金。54整理課件無冷卻液機(jī)械加工干切加工的機(jī)床干切削不但對(duì)刀具要求很高，也對(duì)機(jī)床的排屑、防塵和熱特性提出較高要求。干切削機(jī)床最好采用立式布局，至少床身應(yīng)是傾斜的，理想的加工方式是工件在上、刀具在下，并在一些滑動(dòng)導(dǎo)軌副上方設(shè)置可伸縮角形蓋板，工作臺(tái)上的傾斜蓋板可用絕熱材料制成，總的原那么是盡可能依靠重力排屑。干切削易出現(xiàn)金屬懸浮顆粒，故機(jī)床常加裝真空吸塵裝置和對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行密封。干切削機(jī)床的根底大件要采用熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)并盡量由熱膨脹系數(shù)小的材料制成，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步采取熱平衡和熱補(bǔ)償?shù)却胧?5整理課件無冷卻液機(jī)械加工干切削加工的工藝技術(shù)

干切削時(shí)切削區(qū)的溫度明顯高于濕切削，所以在不少情況下干切削加工比濕切削加工時(shí)的切削用量要小。不過，在高速切削條件下，95%的切削熱將被切屑帶走，切削力也可降低30%，所以高速切削也是干和準(zhǔn)干切削的開展方向之一。當(dāng)然，干和準(zhǔn)干切削采用的切削用量還要根據(jù)具體加工條件進(jìn)行優(yōu)選。

56整理課件無冷卻液機(jī)械加工在高速干切削方面，美國(guó)Makino公司提出“紅月牙〞(RedCrescent)干切工藝。其機(jī)理是由于切削速度很高，產(chǎn)生的熱量聚集于刀具前部，使切削區(qū)附近工件材料到達(dá)紅熱狀態(tài)，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度明顯下降，從而提高材料去除率。實(shí)現(xiàn)“紅月牙〞干切工藝的關(guān)鍵在刀具，目前主要采用PCBN和陶瓷等刀具來實(shí)現(xiàn)這種工藝，如用PCBN刀具干車削鑄鐵車盤時(shí)切速已到達(dá)1000m/min。當(dāng)然，選用什么刀具材料還要視工件材料而定。雖然上述PCBN很適合進(jìn)行高速干切削，但主要是對(duì)高硬度黑色金屬和外表熱噴涂的硬質(zhì)工件材料進(jìn)行干切削，由于CBN與鐵素體有親和性，故不宜用于低硬度(HRC45以下)工件的加工。又如金剛石刀具的碳與鐵元素有很強(qiáng)的化學(xué)親和力，故不能用來加工黑色金屬。57整理課件無冷卻液機(jī)械加工干切削的難易程度與加工方法和工件材料的組合密切相關(guān)。從實(shí)際情況看，車削、銑削、滾齒等加工應(yīng)用干切削較多，因?yàn)檫@些加工方法切削刃外露，切屑能很快離開切削區(qū)。而封閉式的鉆削、鉸削等加工，干切削就相對(duì)困難一些，不過目前已有不少此類孔加工刀具出售，比方德國(guó)Titex公司可提供適用于干切削的特殊鉆頭Alpa22，其鉆深與直徑之比到達(dá)7～8。就工件材料而言，鑄鐵由于熔點(diǎn)高和熱擴(kuò)散系數(shù)小，最適合進(jìn)行干切削，鋼的干切削特別是高合金鋼的干切削較困難，這方面曾進(jìn)行大量試驗(yàn)研究并已取得重大進(jìn)展。鋁及鋁合金雖然是難于進(jìn)行干切削的材料，但通過采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干高速切削，在解決切屑與刀具粘連及鋁件熱變形方面獲得突破，實(shí)際生產(chǎn)中已有加工鋁合金零件的準(zhǔn)干切削生產(chǎn)線在運(yùn)行。對(duì)于難加工材料，那么有使用激光輔助進(jìn)行干切削的。58整理課件無冷卻液機(jī)械加工在特殊氣體氣氛中進(jìn)行干切削

干切削一般是在大氣氣氛中進(jìn)行，但也包括在特殊氣體氣氛中(氮?dú)庵小⒗滹L(fēng)中或采用干式靜電冷卻技術(shù))不使用切削液進(jìn)行的切削。試驗(yàn)說明，在某些特殊氣體氣氛中進(jìn)行干切削加工，有利于減少刀具磨損，從而開展成為干切削技術(shù)的另一分支。

59整理課件無冷卻液機(jī)械加工A.在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行干切削〔吹氮加工〕氮?dú)庹伎諝獾?9%，吹氮加工使用的氮?dú)饪山柚獨(dú)馍裳b置除去空氣中的氧、水份和CO2而獲得，然后經(jīng)由噴嘴吹向切削區(qū)。氮?dú)馐遣蝗夹詺怏w，如果切削加工在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行自然不會(huì)起火，這對(duì)干切削加工具有易燃性的鎂合金很有意義(濕切削加工時(shí)鎂屑處理是個(gè)難題)。更重要的是氮?dú)鈿夥找种频毒叩难趸p，可保護(hù)刀具涂層和防止切屑粘連到刀具，能提高刀具的耐用度。日本人曾經(jīng)作過吹氮加工和其它加工方式端銑碳鋼的比照試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)吹氮加工的刀具磨損，特別是后刀面磨損比干切削(或者吹空氣)加工時(shí)低得多。60整理課件無冷卻液機(jī)械加工B.干式靜電冷卻技術(shù)這是原蘇聯(lián)在上世紀(jì)80年代創(chuàng)造的干切削技術(shù)，其根本原理是通過電離器將壓縮空氣離子化、臭氧化(所消耗的功率不超過25W)，然后經(jīng)由噴嘴送至切削區(qū)，在切削點(diǎn)周圍形成特殊氣體氣氛。這樣不僅降低切削區(qū)的溫度，更重要的是能在刀具與切屑和刀具與工件接觸面上形成起潤(rùn)滑作用的氧化薄膜，并使被加工外表呈壓縮壓力(可增加零件使用壽命)。俄羅斯羅士技術(shù)公司曾對(duì)此作大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在多數(shù)情況下，采用干式靜電冷卻技術(shù)的刀具壽命與濕切削相當(dāng)或超過，在少數(shù)情況下，也能到達(dá)濕切削時(shí)刀具壽命的0.8-0.9。據(jù)介紹，目前在俄羅斯的國(guó)防和汽車企業(yè)中，大約已有5,000臺(tái)使用此項(xiàng)技術(shù)的機(jī)床。

61整理課件無冷卻液機(jī)械加工C.冷風(fēng)干切削冷風(fēng)切削加工的簡(jiǎn)單工作原理和設(shè)計(jì)方案是：讓低溫冷風(fēng)射流機(jī)生成的枯燥低溫冷風(fēng)〔-30℃～-50℃〕〔或混入非常微量的植物油〕，并噴射到切削點(diǎn)，對(duì)刀具的前、后刀面實(shí)施冷卻、潤(rùn)滑和排屑以降低切削溫升，同時(shí)引發(fā)被加工材料的低溫脆性，使切削過程較為容易，并相應(yīng)改善刀具磨損狀況。該系統(tǒng)主要由：空氣壓縮機(jī)、低溫冷風(fēng)射流機(jī)、微量油霧化器、噴射器、刀具等機(jī)構(gòu)組成。62整理課件無冷卻液機(jī)械加工高速干切削：新型的綠色加工技術(shù)高速干切削的出現(xiàn)與高速切削和干切削有密切關(guān)系。高速切削具有切削效率高、切削力小、加工精度高、切削熱集中、加工過程穩(wěn)定以及可以加工各種難加工材料等特點(diǎn)。隨著高速機(jī)床、加工中心的不斷開展，切削速度和切削功率急劇提高，使得單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量大大增加，機(jī)床的切削液用量也越來越大。但高速切削時(shí)切削液實(shí)際上很難到達(dá)切削區(qū)，大量的切削液根本起不到實(shí)際的冷卻作用。這不僅增加了制造本錢，還加重了切削液對(duì)資源、環(huán)境等方面的負(fù)面影響。

63整理課件無冷卻液機(jī)械加工與高速切削相比，由于干切削在加工過程中不用〔或微量使用〕切削液，是一種對(duì)環(huán)境污染源頭進(jìn)行控制的清潔制造工藝。干切削作為一種新型的綠色制造技術(shù)，不僅環(huán)境污染小，而且能大幅度降低產(chǎn)品的生產(chǎn)本錢。作為一種環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益俱佳的切削技術(shù)，干切削已成為目前綠色制造工藝研究的一個(gè)熱點(diǎn)，并已在車、銑、鉆、鉸、鏜削等加工中得到了成功應(yīng)用。64整理課件無冷卻液機(jī)械加工高速干切削技術(shù)是在高速切削技術(shù)的根底上，結(jié)合干切削技術(shù)或微量切削液的準(zhǔn)干切削技術(shù)，將高速切削與干切削技術(shù)有機(jī)地融合，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)它們的缺乏進(jìn)行了有效補(bǔ)償?shù)囊豁?xiàng)新興先進(jìn)制造技術(shù)。切削技術(shù)、刀具材料和刀具設(shè)計(jì)技術(shù)的開展，使高速干切削的實(shí)施成為可能。采用高速干切削技術(shù)可以獲得高效率、高精度、高柔性，同時(shí)又限制使用切削液，消除了切削液帶來的負(fù)面影響，因此是符合可持續(xù)開展要求的綠色制造技術(shù)。

65整理課件無冷卻液機(jī)械加工高速干切削技術(shù)有以下特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高。高速干切削的切削速度遠(yuǎn)高于常規(guī)切削。目前在實(shí)際生產(chǎn)中高速切削鋁合金的速度范圍為1500～5500m/min，鑄鐵為750～4500m/min，普通鋼為600～800m/min。切削進(jìn)給速度已高達(dá)20～40m/min。而且，高速切削技術(shù)還在不斷開展。

采用高速切削技術(shù)能使整體加工效率提高幾倍乃至十幾倍。傳統(tǒng)的切削加工方式為"重切削"方式，每一刀切削排屑量大〔切削深度大，但進(jìn)給速度低〕；而高速干切削為"輕切削"方式，采用小吃刀深度、高主軸轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度，每一刀切削排屑量小，切削深度小，但切削線速度大，進(jìn)給速度高，這樣可顯著提高工件材料切除率，切削效率高。66整理課件無冷卻液機(jī)械加工加工質(zhì)量好。干切削是依靠刀具涂層起到潤(rùn)滑減摩作用，無論切削速度多高，涂層的前后刀面都始終在接觸區(qū)內(nèi)，所以，高速切削時(shí)更容易顯示出干切削的優(yōu)勢(shì)。盡管干式切削由于缺少切削液的潤(rùn)滑、冷卻、沖洗和排屑斷屑作用，會(huì)導(dǎo)致刀具與工件、切屑之間的摩擦加劇，切削力增大，切屑變形加劇，切削熱急劇增加，切削區(qū)溫度顯著升高，刀具耐用度降低，工件加工質(zhì)量不易保證。但可通過分析干切削的各種特定條件和影響干切削的各種因素，尋求相應(yīng)的技術(shù)解決方案及措施來彌補(bǔ)不使用切削液所造成的上述缺陷。如針對(duì)不同的工件材料和切削用量設(shè)計(jì)刀具結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)和相應(yīng)的斷屑槽形，以滿足干切削的加工要求；某些刀具涂層材料具有類似切削液的功能，可隔離切削熱，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持刀尖硬度和鋒利性，使刀具材料不易發(fā)生化學(xué)反響等。應(yīng)用這些措施來保證干切削的加工質(zhì)量，使干切削加工順利進(jìn)行，到達(dá)甚至超過濕切削時(shí)的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度。

67整理課件無冷卻液機(jī)械加工生產(chǎn)本錢低。濕切削加工中切削液的使用本錢太高。德國(guó)汽車制造業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，把切削液的費(fèi)用和有關(guān)設(shè)備費(fèi)、能消耗、處理費(fèi)、人工費(fèi)、維修費(fèi)、材料費(fèi)加在一起到達(dá)全部制造費(fèi)用的7%～17%，而全部刀具費(fèi)用僅為總制造費(fèi)的2%～4%，可見使用切削液的本錢已數(shù)倍于刀具費(fèi)用。同時(shí)，由于排放的切削液和帶有切削液的固體物被當(dāng)作有毒材料進(jìn)行處理，大大增加了切削液的供給、保養(yǎng)和回收處理本錢，在與切削液有關(guān)的總費(fèi)用中回收處理費(fèi)用高達(dá)22％。而采用高速干切削技術(shù)后由于不使用或使用最少量的切削液，加工的本錢就會(huì)大幅度降低。68整理課件無冷卻液機(jī)械加工另一方面，由于在高速干切削過程中，大局部的切削熱被切屑和刀具承載，切屑被快速處理掉，而刀具卻持續(xù)承受切削熱和切削力。因此，高速干切削對(duì)刀具材料和工藝的要求很高〔要求刀具有很高的紅硬性和高溫穩(wěn)定性〕，使刀具的本錢相應(yīng)有所提高。此外，在大多數(shù)情況下，高速干切削刀具都是針對(duì)某種材料的具體工藝要求專門設(shè)計(jì)制作的，這就需要在刀具設(shè)計(jì)中融入高效冷卻手段或進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的獨(dú)特設(shè)計(jì)〔如在切削發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)，刀具前刀面可加一個(gè)液氮循環(huán)冷卻裝置〕，這在一定程度上也增加了刀具的本錢。

69整理課件無冷卻液機(jī)械加工綜上所述，盡管高速干切削加工的刀具和機(jī)床本錢有所增加，但由于節(jié)省了大量的切削液本錢，而且切削速度提高、切削時(shí)間變短、設(shè)備利用率提高，使得綜合生產(chǎn)本錢大幅度下降。開展高速干切削的關(guān)鍵技術(shù)同樣表達(dá)在以下方面：

一是刀具技術(shù)。包括刀具涂層技術(shù)、刀具材料技術(shù)、刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)、可靠的刀具監(jiān)測(cè)裝置等二是機(jī)床技術(shù)。設(shè)計(jì)高速干切削機(jī)床時(shí)要考慮的特殊問題主要有：設(shè)計(jì)和制造高速度、大功率的主軸單元、進(jìn)給單元和輔助裝置；切削熱的散發(fā)；切屑和灰塵的排出等。70整理課件無冷卻液機(jī)械加工采用低溫冷卻氣對(duì)刀具降溫目前干式干式切削技術(shù)還不完善，往往還需要輔助壓縮空氣〔液氮等〕、冷卻氣降溫，有時(shí)候還會(huì)用到少量潤(rùn)滑油或噴霧潤(rùn)滑。但是我們有理由相信，隨著干式切削的快速開展，必然會(huì)帶動(dòng)刀具的不斷革新，在不久的將來會(huì)涌現(xiàn)出更多新技術(shù)、新設(shè)計(jì)、新材料的刀具。

71整理課件無冷卻液機(jī)械加工

液氮冷卻切削主要有兩種應(yīng)用形式：一種是利用瓶裝壓力將液氮像切削液一樣直接噴射到切削區(qū)；另一種是利用液氮受熱蒸發(fā)循環(huán)來間接冷卻刀具或工件。氮?dú)馐谴髿庵泻孔疃嗟某煞?，氮?dú)庾鳛橹蒲豕I(yè)的副產(chǎn)品，資源十分豐富，由于液氮使用后直接揮發(fā)成氣體返回大氣中，因此不會(huì)留下任何污染。72整理課件無冷卻液機(jī)械加工目前低溫切削加工主要應(yīng)用于鈦合金、高錳鋼、淬硬鋼等難加工材料的加工中。KPRaijurkar采用H13A硬質(zhì)合金刀具、并用液氮循環(huán)冷卻刀具的方法對(duì)鈦合金進(jìn)行了低溫切削加工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果說明，與傳統(tǒng)的切削方法相比，刀具磨損明顯減少，切削溫度降低30％，工件外表加工質(zhì)量得到很大改善。萬光民采用間接冷卻方法對(duì)高錳鋼進(jìn)行了低溫切削加工試驗(yàn)，結(jié)果說明，采用間接冷卻方法低溫加工高錳鋼時(shí)，刀具所受沖擊力減少，刀具磨損減小，加工硬化現(xiàn)象得到改善，工件外表質(zhì)量也有所提高。王連鵬等人采用液氮噴淋的方法在數(shù)控機(jī)床上低溫切削加工45淬硬鋼，試驗(yàn)結(jié)果說明，采用液氮噴淋式低溫加工45淬硬鋼可以提高刀具耐用度，改善工件外表質(zhì)量。73整理課件無冷卻液機(jī)械加工冷卻氣降溫是國(guó)內(nèi)近幾年新興的刀具降溫方式，也稱作干式冷卻。它通過渦旋管(vortex

tube)將常溫下的壓縮空氣降低到零下10～20℃之間。由一個(gè)單頭、多頭或扁平萬象管輸送冷空氣直接吹向刀具和工件的接觸外表，降低溫度，減少熱沖擊?；蚧烊胛⒘康闹参镄詽?rùn)滑劑(每小時(shí)10～20ml)，從而起到降溫、排屑、潤(rùn)滑的作用。

74整理課件無冷卻液機(jī)械加工低溫冷風(fēng)切削與傳統(tǒng)切削相比，能夠提高加工效率，改善工件外表質(zhì)量，而且對(duì)環(huán)境幾乎無污染。日本安田工業(yè)公司的加工中心采用在電機(jī)軸、刀桿軸的中心插入絕熱風(fēng)管的結(jié)構(gòu)，使用-30℃的低溫冷風(fēng)直接通向刀刃。該結(jié)構(gòu)大大改善了切削條件，有利于低溫冷風(fēng)切削加工工藝的實(shí)施。橫川和彥對(duì)車削和銑削中的冷風(fēng)冷卻進(jìn)行了研究。在銑削試驗(yàn)中，分別采用水基切削液、常溫風(fēng)(+10℃)和冷風(fēng)(-30℃)三種條件進(jìn)行比較，結(jié)果說明，采用冷風(fēng)切削時(shí)刀具耐用度顯著提高。在車削試驗(yàn)中，冷風(fēng)(-20℃)切削時(shí)刀具磨損率比常溫風(fēng)(+20℃)切削時(shí)顯著下降。75整理課件采用低溫冷卻氣對(duì)刀具降溫渦旋管的工作方式類似于龍卷風(fēng)，壓縮空氣(0.55～0.69MPa)經(jīng)過發(fā)生器的螺旋口進(jìn)入渦旋管的腔體內(nèi)，形成1000000r/min的高速渦旋氣流流向尾端。此過程中釋放出巨大的熱能，使腔體外表溫度急劇升高。到達(dá)尾端的渦旋氣流經(jīng)過錐形排氣閥，排出少量的壓縮空氣并帶走大量的熱量。剩余的渦旋氣流沿排氣閥的錐形外表調(diào)轉(zhuǎn)180°由腔體另一端流出，此時(shí)的渦旋氣流因?yàn)橐呀?jīng)釋放出了大量熱能，自身溫度非常低，通常能下降到-10℃左右。而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中最低溫度能下降到-46℃的低溫，是局部降溫的最正確方式。渦旋管工作原理示意圖76整理課件采用低溫冷卻氣對(duì)刀具降溫渦旋管生產(chǎn)-10℃低溫氣體，外表結(jié)冰77整理課件

法國(guó)物理學(xué)者George

Ranque在1928年一次實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)他正在試驗(yàn)的渦流式泵一端排出熱空氣而另一端排出的是冷空氣。這立刻讓Ranque產(chǎn)生了濃厚的興趣，并試圖制造出第一個(gè)渦旋管，可惜Ranque的努力失敗了。這也使得渦流管的真正問世延后到1945年，德國(guó)物理學(xué)家Rudolph

Hilsch發(fā)表了一篇受人矚目的關(guān)于渦流管的科學(xué)報(bào)告。此后，歷經(jīng)理論和實(shí)踐的不斷更新完善，渦流管逐漸成為工業(yè)制冷的新工具，并迅速在歐美工業(yè)強(qiáng)國(guó)廣泛使用。渦旋管的應(yīng)用也不斷創(chuàng)新，推出了冷卻槍用于機(jī)床行業(yè)刀具降溫和機(jī)箱冷卻器用于高溫控制柜降溫。配備過濾器和消音器的機(jī)箱冷卻器78整理課件干式切削加工的應(yīng)用由于采用干式切削有利于環(huán)境保護(hù)和降低加工本錢(可節(jié)省加工費(fèi)用10％～15％)，因此干式切削加工技術(shù)的研究開發(fā)日益受到重視，目前歐洲約10％～15％的批量機(jī)械加工已采用干式或準(zhǔn)干式切削技術(shù)。從加工方法上看，車削、銑削、滾齒等加工應(yīng)用干切削較多。日本堅(jiān)藤鐵工所用開發(fā)的KC250H型干式滾齒機(jī)和硬質(zhì)合金滾刀，在冷風(fēng)冷卻、微量潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑的條件下進(jìn)行了高速滾齒加工，與傳統(tǒng)的濕式滾齒機(jī)(KA220型)和高速鋼滾刀加工相比，加工速度提高了2.3倍，加工齒輪精度也得到明顯提高。

79整理課件就工件材料而言，鑄鐵由于熔點(diǎn)高、熱擴(kuò)散系數(shù)小，最適合進(jìn)行干切削。Spur和Lachmund用陶瓷刀具和CNB刀具高速切削鑄鐵的試驗(yàn)結(jié)果說明，由于CNB具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，能快速帶走工件的熱量，因此CNB刀具比陶瓷刀具更適合鑄鐵材料的高速切削。鋁及鋁合金是難于進(jìn)行干切削的材料，但通過采用MQL潤(rùn)滑的高速準(zhǔn)干式切削，在解決切屑與刀具粘結(jié)及鋁件熱變形方面已獲得突破，在實(shí)際生產(chǎn)中已有加工鋁合金零件的準(zhǔn)干式切削生產(chǎn)線投入運(yùn)行。對(duì)于難加工材料，那么已開發(fā)了使用激光輔助進(jìn)行干切削的加工技術(shù)。無冷卻液機(jī)械加工80整理課件無冷卻液機(jī)械加工總之，干切削加工從根本上解決了切削液帶來的弊端，不僅有利于保護(hù)環(huán)境和工人健康，而且可以降低加工本錢，無疑是一種很有開展前途的綠色零件加工工藝。據(jù)資料報(bào)道，在歐洲的大批量機(jī)械加工中，目前大約有10%-15%的加工使用干或準(zhǔn)干切削，而干切削技術(shù)的研究開發(fā)工作，近十余年已經(jīng)成為制造工程和企業(yè)界人士關(guān)注的熱點(diǎn)之一。無論在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用還是在研究開發(fā)方面，中國(guó)與國(guó)外都存在相當(dāng)差距，需要采取措施加快開展步伐。應(yīng)該看到，重視環(huán)保是時(shí)代潮流，本世紀(jì)在中國(guó)推行干和準(zhǔn)干切削技術(shù)也是大勢(shì)所趨。81整理課件干磨技術(shù)磨削加工是一種高效的加工方法，具有加工精度高和能加工高硬度零件等優(yōu)點(diǎn)，有時(shí)是其它切削加工方法所不能替代的。由于加工時(shí)需要在砂輪和工件外表之間參加磨削液來起潤(rùn)滑及冷卻和消塵作用，需要大量使用磨削液，但廢液污染環(huán)境。因此在磨削加工中如何減少或不用磨削液，同時(shí)減少粉塵對(duì)環(huán)境的污染，以求綠色的磨削加工，是加工制造業(yè)努力的方向。由于磨削速度高，磨屑和磨料粉塵細(xì)小，易使周圍空氣塵化，為防止空氣塵化要用磨削液；同時(shí)為了防止工件燒傷、裂紋，要冷卻降溫，冷卻降溫也要用磨削液，從而帶來廢液污染環(huán)境的問題。無冷卻液機(jī)械加工82整理課件由于常規(guī)的磨削加工產(chǎn)生一些環(huán)境問題，因此世界各國(guó)都在進(jìn)行有利于環(huán)保的磨削加工的研究，其根本的思路是不使用或少使用磨削液于是就產(chǎn)生了干式磨削技術(shù)。干式磨削就是不使用磨削液的磨削加工技術(shù)。但因?yàn)楦墒侥ハ鞑皇褂媚ハ饕壕褪ツハ饕旱淖饔?，因此，通常很少使用。如果使用熱傳?dǎo)性良好的CBN砂輪進(jìn)行低效率磨削，或用金剛石砂輪進(jìn)行點(diǎn)式磨削，以及采用具有適宜散熱方式的冷風(fēng)磨削，仍可使用干式磨削。

83整理課件干式磨削在磨削過程中不用任何磨削液，它的優(yōu)點(diǎn)是形成的磨屑易回收處理，且可節(jié)省下涉及到磨削液保存、回收處理等方面的的裝備及費(fèi)用，節(jié)約了生產(chǎn)本錢，也不會(huì)造成環(huán)境污染。但實(shí)現(xiàn)起來比較困難這是因?yàn)椋瓉碛衫鋮s液承擔(dān)的任務(wù)，如磨削區(qū)潤(rùn)滑、工件冷卻以及磨屑排除，都需要另外的方法完成。其中關(guān)鍵問題是如何降低磨削熱的產(chǎn)生或使產(chǎn)生的磨削熱很快地散發(fā)出去。為此可采取以下措施：干磨技術(shù)84整理課件

〔1〕選擇導(dǎo)熱性好或能承受較高磨削溫度的砂輪，降低磨削對(duì)冷卻的依賴程度。新型磨料磨具的開展已為此提供了可能性，如具有良好導(dǎo)熱性的CBN砂輪可用于干式磨削?！?〕減少同時(shí)參加磨削的磨粒數(shù)量，以降低磨削熱的產(chǎn)生，如點(diǎn)式磨削。〔3〕在滿足切磨條件的情況下，減少砂輪圓周速度vs與工件圓周速度vw間的比值〔q=vs/vw〕，這樣可使磨削熱源快速地在工件外表移動(dòng)，熱量不容易進(jìn)入工件內(nèi)部。〔4〕提高砂輪的圓周速度，以減少砂輪與工件的接觸時(shí)間。同時(shí)為了保持上述的速比q不變，應(yīng)等量地提高工件的圓周速度?！?〕用新型冷卻方式，如采用強(qiáng)冷風(fēng)磨削。干磨技術(shù)

85整理課件干磨技術(shù)強(qiáng)冷風(fēng)干式磨削強(qiáng)冷風(fēng)磨削加工是日本最近開發(fā)成功的一項(xiàng)新技術(shù)。強(qiáng)冷風(fēng)磨削是通過熱交換器，把壓縮空氣用液氮冷〔-190°C〕卻到-110℃，然后經(jīng)噴嘴噴射到磨削點(diǎn)上〔由于溫度下降，原來空氣中的水份會(huì)凍結(jié)在管道中，因此需使用空氣枯燥裝置〕，將磨削加工所產(chǎn)生的熱量帶走。同時(shí)，由于壓縮空氣溫度很低，產(chǎn)生熱量少，所以在磨削點(diǎn)上很少有火花出現(xiàn)，因而工件熱變形極小，可得到10μm以內(nèi)的橢圓度。

86整理課件干磨技術(shù)

實(shí)施強(qiáng)冷風(fēng)磨削最理想的是與CBN砂輪結(jié)合使用，可充分發(fā)揮CBN的優(yōu)越性。這是因?yàn)镃BN磨粒的導(dǎo)熱率是傳統(tǒng)砂輪磨粒Al2O3、SiC及鋼鐵材料的15倍。如果用傳統(tǒng)砂輪磨削，加工點(diǎn)上產(chǎn)生的熱量不易從工件上散出，工件的溫度會(huì)上升到1000℃左右；如果用CBN砂輪磨削，加工點(diǎn)上產(chǎn)生的熱量可經(jīng)導(dǎo)熱率大的CBN磨粒傳遞出去，工件溫度約有300℃左右。因此，使用CBN砂輪進(jìn)行干式磨削時(shí)，再對(duì)磨削點(diǎn)實(shí)行強(qiáng)冷風(fēng)吹冷，可得到良好的效果。

87整理課件干磨技術(shù)

強(qiáng)冷風(fēng)磨削也為被加工材料的再生利用開辟了道路，設(shè)置在磨削點(diǎn)下方的真空泵吸走磨削產(chǎn)生的磨屑，這些磨屑粉末純度很高，幾乎沒有混入磨料和粘結(jié)劑顆粒。這是因?yàn)锳l2O3砂輪的磨削比是600，而CBN砂輪的磨削比約為30000。CBN砂輪幾乎不磨損，磨屑中沒有砂輪的粉末，因此，磨屑粉末融化后再生材料的成分幾乎沒有發(fā)生變化。88整理課件干磨技術(shù)點(diǎn)磨削點(diǎn)磨削是另一種形式的干式磨削，它是由德國(guó)容克公司首先開展起來的一種超硬磨料高效磨削新工藝，目前在我國(guó)汽車工業(yè)中已得到應(yīng)用。該工藝有極高的金屬去除率和很高的加工柔性，在一次裝夾中可以完成工件上所有外形的磨削，同時(shí)產(chǎn)生的熱量少，散熱條件好。89整理課件干磨技術(shù)點(diǎn)磨削是利用超高線速度〔120～250m/s〕的單層CBN薄砂輪〔寬度僅幾毫米〕來實(shí)現(xiàn)的。點(diǎn)磨削主要有以下特點(diǎn)：〔1〕點(diǎn)磨削用提高磨削速度的方法來提高加工效率，而CBN磨料的高硬度、高耐磨性為提高磨削速度提供了可能，并且此砂輪是由電鍍和釬焊單層超硬磨料而成型，更允許進(jìn)行超高速磨削。以這種速度磨削，去除率高、砂輪壽命長(zhǎng)，同時(shí)磨削時(shí)變形速度超過熱量傳導(dǎo)速度，大量變形能轉(zhuǎn)化成的熱量隨磨屑被帶走，而來不及傳到工件和砂輪上，是一種冷態(tài)磨削。這樣提高了加工精度和加工外表質(zhì)量，砂輪外表溫度幾乎不升高。90整理課件點(diǎn)磨削〔2〕點(diǎn)磨削在提高砂輪速度的同時(shí)，還減薄了砂輪的厚度，使砂輪的厚度只有幾個(gè)毫米，這可以降低砂輪的造價(jià)，提高砂輪制造質(zhì)量。薄砂輪還降低砂輪的重量和不平衡度，大大降低運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)施加在軸上的離心力?！?〕為減少砂輪與工件間的磨削接觸，加工時(shí)，砂輪軸線與工件軸線形成一定的傾角，這使砂輪與工件之間的接觸變成點(diǎn)接觸〔這也是點(diǎn)磨削名稱的由來〕。這樣降低了磨削接觸區(qū)的面積，不存在磨削封閉區(qū)，更利于磨削熱的散發(fā)。91整理課件點(diǎn)磨削〔4〕點(diǎn)磨削時(shí)，砂輪與工件間磨削接觸區(qū)為點(diǎn)接觸，磨削力大大減小，這實(shí)際上等于增加了機(jī)床剛度，減輕了磨削產(chǎn)生的振動(dòng)，使磨削平穩(wěn)，同時(shí)提高了砂輪壽命和加工質(zhì)量。〔5〕點(diǎn)磨削砂輪壽命長(zhǎng)〔可使用一年〕，修整頻率低〔每次修整可磨削加工20萬件〕。92整理課件微量冷卻機(jī)械加工采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削對(duì)于某些加工方式和工件材料組合，純粹的干式切削目前尚難于在實(shí)際生產(chǎn)中使用，故又產(chǎn)生了極微量潤(rùn)滑〔MinimalQuantityLubrication，簡(jiǎn)稱MQL〕技術(shù)。MQL是將極微量的切削油與具有一定壓力的壓縮空氣混合并油霧化，然后一起噴向切削區(qū)，對(duì)刀具與切屑和刀具與工件的接觸界面進(jìn)行潤(rùn)滑，以減少摩擦和防止切屑粘到刀具上，同時(shí)也冷卻了切削區(qū)〔油霧在切削區(qū)汽化也會(huì)吸收不少切削熱〕并有利于排屑，從而顯著地改善切削加工條件。MQL也即在切削中，切削工作處在最正確狀態(tài)下(即不縮短刀具使用壽命，不降低已加工外表質(zhì)量)，切削液的使用量到達(dá)最少。93整理課件采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削效果相當(dāng)好，曾經(jīng)有人使用涂有TiAIN+MoS2涂層的鉆頭，對(duì)鋁合金材料工件鉆孔，采用純粹的干切削鉆16孔后，切屑就粘連在鉆頭的容屑槽，使鉆頭不能繼續(xù)使用，采用MQL潤(rùn)滑后，鉆出320個(gè)合格孔后，鉆頭還沒有明顯的磨損和粘連。日本稻崎一郎等人曾用直徑f10mm的硬質(zhì)合金端銑刀，以60m/min的切削速度銑削碳鋼，比較干切削、吹高壓空氣、濕切削〔250L/h切削液〕和準(zhǔn)干式切削〔20mL/h切削油〕四種加工方式的刀具磨損。盡管準(zhǔn)干式切削所使用的切削液不及濕切削的萬分之一，但其銑刀后刀面的磨損不僅大大低于干切削，且與濕切削相近甚至略低。

94整理課件采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削，除了需要油氣混合裝置和確定最正確切削油量外，還要解決一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題，就是如何保證極微量的切削油順利送入切削區(qū)。最簡(jiǎn)單的方法，當(dāng)然是從外部將油氣混合物噴向切削區(qū)，但這種外噴法有時(shí)并不很有效，比方加工較深的孔。更有效的方法是讓油氣混合物經(jīng)過機(jī)床主軸和工具中間的通道噴向切削區(qū)，稱為內(nèi)噴法。內(nèi)噴法按照切削油和壓縮空氣在進(jìn)入機(jī)床主軸之前混合還是在進(jìn)入之后混合，又進(jìn)一步分為外部混合式和內(nèi)部混合式。95整理課件采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削在鉆孔過程中，MQL系統(tǒng)向刀具尖端噴射出小滴的冷卻液96整理課件采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削機(jī)床制造商為適應(yīng)市場(chǎng)需求，相繼推出準(zhǔn)干式切削的機(jī)床，如德國(guó)HuelerHille公司的500/630T高速加工中心，就可提供進(jìn)行準(zhǔn)干式切削的品種；日本豐田工機(jī)的小型高速加工中心Piccocenter，那么是專門為準(zhǔn)干式切削小型鋁合金零件設(shè)計(jì)的。上述兩種準(zhǔn)干式切削機(jī)床，都是通過內(nèi)噴法進(jìn)行MQL潤(rùn)滑。內(nèi)噴法的效果良好，但也存在不可無視的缺點(diǎn)：使機(jī)床主軸和工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速過高時(shí)，受離心力作用影響，切削油易粘附在主軸和工具的內(nèi)孔壁不易到達(dá)切削區(qū)，目前情況主軸轉(zhuǎn)速一般不宜超過20000～30000r/min。

97整理課件采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削美國(guó)密執(zhí)安技術(shù)大學(xué)對(duì)切削加工中有關(guān)切削液的適當(dāng)用量問題進(jìn)行了研究，試圖在滿足加工要求的情況下，使切削液用量最少、與切削液有關(guān)的費(fèi)用也降至最低。他們?cè)诟Ｌ仄嚬舅龅脑囼?yàn)中，對(duì)切削液的濃度、工件材料、刀具類型及幾何參數(shù)等都進(jìn)行了測(cè)試與研究，并對(duì)工件外表粗糙度、積屑瘤和切削力等作了分析，通過試驗(yàn)得出了最適當(dāng)?shù)那邢饕河昧俊?8整理課件采用MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削美國(guó)Thyssen制造公司對(duì)“最小潤(rùn)滑〞加工技術(shù)進(jìn)行了研究，使切削液流或氣霧通過刀具作用于加工區(qū)域，切削液的流量由CNC程序控制，取得了很好的效果。王成勇等人采用最小潤(rùn)滑技術(shù)鉆削多種復(fù)合板。在鉆削鋁一鈦多層復(fù)合板時(shí)，鉆削鈦板切屑的摩擦磨損作用，會(huì)導(dǎo)致鋁板孔呈喇叭形，孔徑波動(dòng)幅度和平均孔徑值增大并可能超差。試驗(yàn)采用了最少量潤(rùn)滑技術(shù)，使用涂層刀具并采用退刀排屑和擴(kuò)孔方式加工，減小刃帶寬度，增大進(jìn)給角和使用階梯軸，保證了孔的加工質(zhì)量。99整理課件準(zhǔn)干式磨削準(zhǔn)干式磨削由于不使用磨削液又很難進(jìn)行磨削加工，因此如何盡量減少磨削液的使用是當(dāng)前研究的重點(diǎn)——即準(zhǔn)干式磨削。準(zhǔn)干式磨削首先是采用適宜的供液方法，使磨削液有效地送到磨削區(qū)，增強(qiáng)冷卻效果；其次是不斷探索磨削液的最正確流量，實(shí)現(xiàn)用量微量化。

100整理課件準(zhǔn)干式磨削

準(zhǔn)干式磨削就是在磨削過程中施加微量磨削液，并采取一定的措施，使這些磨削液全部消耗在磨削區(qū)并大局部被蒸發(fā)掉，沒有多余磨削液污染環(huán)境。較多使用的射流冷卻磨削加工就是一種準(zhǔn)干式磨削。射流冷卻是一種比較經(jīng)濟(jì)的冷卻方法。它把冷卻介質(zhì)直接強(qiáng)行送入磨削區(qū)，用較少的冷卻介質(zhì)到達(dá)大量澆注的效果，同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)境的污染。依照射流介質(zhì)不同，又分為液體射流、氣體射流、混合射流三種。從環(huán)境角度講，三者相比，氣體射流冷卻是一種比較好的冷卻方式。選擇一定的氣壓，通過各種控制元件將介質(zhì)送到射流口，以沖刷加工區(qū)，加強(qiáng)磨削區(qū)與周圍的熱交換，改善磨削區(qū)的散熱條件。射流冷卻著重針對(duì)磨削區(qū)，比其它冷卻方法更能使冷卻介質(zhì)進(jìn)入磨削區(qū)，冷卻的針對(duì)性強(qiáng)，效果顯著。射流的沖刷作用使磨削時(shí)產(chǎn)生的磨屑粉末不易粘附在砂輪上，有利于加工質(zhì)量的提高。101整理課件干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況

采用冷卻液(無論是純油或油水混合物)的金屬切削實(shí)現(xiàn)了以下功能，包括冷卻機(jī)床、工件，調(diào)整機(jī)床刀具，使刀具和工件之間潤(rùn)滑，沖洗切屑等。干加工和MQL系統(tǒng)能否提供相同的功能？雖然切削液原料本錢高并且還在增長(zhǎng)，但是干式和MQL系統(tǒng)需要專門的機(jī)床和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以幫助去除切屑，冷卻機(jī)床和主軸。許多機(jī)床生產(chǎn)商猶豫不決，不敢徹底地重新設(shè)計(jì)新機(jī)床和輔助設(shè)備；102整理課件通過使用非傳統(tǒng)的切削液——包括酯類，環(huán)境本錢顯著減少。這些產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括具有清潔劑、分散劑的性能，低發(fā)泡，快速放氣，著火點(diǎn)相對(duì)較高以及表層兼容。基于植物的潤(rùn)滑油可迅速被生物降解，大多數(shù)情況下，潤(rùn)滑油在21天內(nèi)即被分解，這樣就無長(zhǎng)期清潔的后顧之憂。這些潤(rùn)滑油也已經(jīng)得到改進(jìn)，具有低霧化的特點(diǎn)，有助于短期清潔。Fuchs石油公司已開發(fā)出Planto系列冷卻液，它們是基于植物的冷卻潤(rùn)滑油，在全球取得了巨大的成功。使用新型節(jié)能泵以大大減少機(jī)床的年耗電量；103整理課件干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況只有某些刀具，主要是銑刀和嵌入刀片，可以利用干切削和MQL切削。鉆深孔還存在著相當(dāng)大的問題，因?yàn)殡y以去除切屑。鋁合金難以進(jìn)行干銑，因?yàn)榧?xì)小的切屑微粒變熱，容易粘在切削刀具上，這樣會(huì)顯著縮短刀具的使用壽命；干式切削可使刀刃溫度高達(dá)800攝氏度104整理課件利用干式和MQL系統(tǒng)可以縮短加工時(shí)間，但是有一些限制條件，例如不可能執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)切削。記住冷卻液的功能之一是冷卻工件、刀具、切屑和機(jī)床。在快速加工時(shí)，這些區(qū)域的高溫對(duì)操作者很危險(xiǎn)(切屑的外表溫度高達(dá)800攝氏度)，并且會(huì)使工件預(yù)硬化或變形，由于機(jī)床、支柱和刀具的膨脹導(dǎo)致工件尺寸發(fā)生變化。MQL不能降低切削溫度。干式切削在工廠環(huán)境中引起噪聲污染。使用冷卻液沖洗工件和切削區(qū)域能消除許多這類問題；干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況105整理課件干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況雖然干式和MQL切削系統(tǒng)消除了冷卻液霧，但是生產(chǎn)商和操作者們關(guān)心的一個(gè)主要問題是金屬粉塵。IPT在德國(guó)亞琛對(duì)銑削傳統(tǒng)鑄造材料時(shí)所產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果說明每加工一千克材料將產(chǎn)生4.5克及其細(xì)小的粉塵。最大允許值是MAK閾值6mg/m3。雖然可以把機(jī)床設(shè)計(jì)成大局部采用垂直外表，并用刷子清潔水平外表，但是加工粉塵會(huì)堆積在導(dǎo)軌面上，進(jìn)入縫隙中，附著在傳感器和窗戶上，使得機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)變得很困難。用壓縮空氣或干冰鼓風(fēng)這種做法不切實(shí)際，本錢高昂，而且會(huì)加劇金屬粉塵的問題。金屬粉塵的附著也是導(dǎo)致切削刀具使用壽命縮短的一個(gè)重要原因。齒輪干式切削滾刀外表附著了金屬粉塵106整理課件干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況應(yīng)用實(shí)例：一家德國(guó)汽車制造商安裝了一條靈活的生產(chǎn)線來生產(chǎn)輪轂，在該生產(chǎn)線上使用機(jī)械手來裝載和卸載零件，并且采用最小量潤(rùn)滑技術(shù)。據(jù)稱從一組輪轂到下一組輪轂的總制造時(shí)間為43秒。通過使用MQL系統(tǒng)，乳化劑以每小時(shí)80ml的速率被輸送貫穿至整個(gè)軸，而傳統(tǒng)的切削加工每分鐘需要300升乳化劑。機(jī)床經(jīng)專門設(shè)計(jì)和建造來實(shí)現(xiàn)“懸掛加工〞，因此，切屑可以直接落下，而不會(huì)粘在機(jī)床上。

107整理課件干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況在群眾汽車公司的扎耳茨吉特工廠，采用干式切入磨削技術(shù)來制造他們的新型“泵/噴嘴〞柴油機(jī)的鍛壓凸輪軸。凸輪軸的材料為16MnCr5，所到達(dá)的公差必須小于5/100mm。已經(jīng)開發(fā)出了專門的刀具來從事該磨削加工。從上面的例子可以看出干切或MQL技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，及綠色特性，但也請(qǐng)注意這兩個(gè)實(shí)例的相似之處——既不能使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)床，也不能使用現(xiàn)有的刀具。為了利用干切削或MQL切削技術(shù)，需要預(yù)先規(guī)劃、設(shè)計(jì)、專門的制造技術(shù)以及投資，這在一定程度上削弱了干式或MQL切削技術(shù)較傳統(tǒng)加工原理的本錢優(yōu)勢(shì)。因而他們技術(shù)的開展還需要解決很多的實(shí)際問題。108整理課件高壓水射流切割

高壓水射流切割自本世紀(jì)50年代起，人們開始研究一種獨(dú)