1 引言
可持续发展战略是人类为摆脱资源匾乏、环境恶化的困境,实现从工业文明向生态文明过渡的重大战略,它至少包含以下两层含义:首先是发展,再就是发展的可持续性。具体到金属切削领域的可持续发展,就是既要向高效率、高精度、高柔性、自动化的方向继续发展,又要采用清洁的切削方法,实现绿色制造。高速干切削既是采用高效率的高速数控加工手段,由此获得高精度、高柔性,同时又限制使用切削液,消除了切削液带来的种种负面影响(如增加成本、污染环境、危害工人健康等),因此它是符合可持续发展要求的先进制造技术。
高速切削具有切削效率高、切削力小、加工精度高、切削热集中、加工过程稳定以及可以加工各种难加工材料等特点,由此产生的经济效益更是显而易见,因此,目前高速切削加工的应用非常迅速和广泛。但随着高速机床、加工中心切削速度和切削功率的急剧提高,单位时间内金属切除量大量增加,机床的切削液用量也越来越大,一些高速加工中心使用的高压冷却液像瀑布一样淋向工件、刀具以及工作台,这不仅加重了切削液的负面作用,而且也产生了新的问题,具体表现在:高速切削时,切削液实际上很难到达切削区,大量的切削液根本起不到作用。与之相比,干式切削采用其他技术措施取代切削液在切削过程中的作用,能有效地降低生产成本、改善生产环境,彻底解决切削液对工件微淬火和对刀具热冲击的问题,但同时也带来了切削区温度升高、刀具磨损加剧、加工质量下降的问题。而高速干切削技术是在高速切削技术的基础上,融人干切削技术或最小量有效润滑的准干切削技术,它是结合两者的优点,并对它们的不足进行了有效补偿的一项新兴先进制造技术。
从表面上看,采用高切速、大功率的切削方法,单位时间内将产生更多的切屑和切削热,从而更加依赖于切削液的排屑和冷却,同时,由于没有了切削液的润滑,刀具也将加剧磨损。而实际上我们在分析了高速切削的一些特性,并通过一些实验验证后,发现高切速对实施干切削固然是在一方面增加了难度,但在另一方面却具有一定的优势,具体表现在:高速切削速度快,大量的切削热来不及传人工件,虽然产生的热量多,但95%~98%的切削热已被切屑带走,工件基本处于冷态。例如,高速切削性能比较好的铝合金材料,在普通切削中,铝屑常常会在大量的切削热作用下部分熔化,粘附在刀具上,严重影响工件表面加下质量,而采用高速干切削可使铝屑在来不及熔化的时候就脱离刀具和工件,一次加工就能达到很高的表面质量。因此高速干切削技术的关键在于切削过程中的快速排屑,以及机床、刀具的高温性能,我们下面就从高速干切削机床和刀具两方面对高速干切削技术进行论述
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