干式切削

数控技术之绿色制造一、绿色制造简介在全球经济高速发展的同时, 人类对自然资源的任意开发利用带来了全球的生态破坏、资源短缺和环境污染等一系列问题。

制造业是创造人类财富的支柱产业, 为人类社会的发展起到了很大促进作用, 但是又是环境污染的主要源头。

为缓解这些问题带来的危害, 必须坚持科学发展观, 实施可持续发展战略, 各国专家普遍认同, 绿色制造是解决机械制造业环境污染问题的根本方法之一, 是控制环境污染源头的主要途径。

绿色制造又称为面向环境制造( MFE) 、环境意识制造( ECM) 等, 其基本观点是协调解决环境和资源两大社会问题,目的是充分利用资源, 减少废弃物的产生, 减少机械制造业对环境的负面影响。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式, 产品从材料的获取、设计、制造、包装、运输、销售、使用和废弃回收, 最后回到土壤中的整个生命循环过程, 使制造业对环境负面影响最小, 资源利用率最高, 产生的废弃物最少, 使企业经济效益和社会效益协调发展。

绿色制造内涵很广, 传统意义上的制造是产品的制造过程, 主要表现为机械加工过程, 即通常称为“小制造”。

绿色制造是一种现代制造模式, 涉及制造工业中的产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和报废处理等一系列相关活动, 因此绿色制造是“大制造”的概念。

绿色制造是人类可持续发展战略在制造业的体现, 它考虑环境和资源既要满足经济发展的需要, 又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要, 从而形成了一种综合性的发展战略, 具有重大的社会效益。

绿色制造将是21 世纪企业取得显著经济效益的机遇实施绿色制造, 最大限度的提高资源利用率, 减少资源消耗, 可直接降低消耗, 从而直接降低成本; 实施绿色制造减少或消除环境污染, 可减少或避免因环境问题引起的处罚; 由于绿色制造是从源头控制了污染, 实行预防为主, 将污染物消除在生产过程之初, 降低了企业环境污染处理费用。

摘要：干式切削是一种绿色制造工艺技术，它已成为金属切削加工发展的趋势之一。

文中分析了干式切削加工对刀具的要求，讨论了刀具材料的选择并结合实例分析了干式切削技术在铣削中的应用。

1、前言现今大部分的金属切削加工是以使用切削液的湿式方式进行的。

切削液具有冷却、润滑、清洗、排屑、防锈等功能，对延长刀具使用寿命，保证加工质量起着重要的作用。

但是近几年随着人类社会对环境保护的日益重视，人们开始关注切削液所带来的一系列负作用。

一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，增加加工成本。

据德国许多公司统计计算的资料表明，使用冷却液费用占总制造成本的16%，而切削刀具消耗的费用只占成本的3～4%。

另一方面，切削液对环境的污染较为严重，甚至危害工人健康。

为使金属切削加工尽可能少地产生污染，人们提出了“清洁化生产”这一概念。

干切削是消除切削液污染，降低产品成本，实现清洁化生产的最有效的途径。

要实现干式切削，必须合理选择刀具材料，设计合理的刀具几何参数。

干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势之一。

近年来，它在车削和铣削中的应用已日益普遍，在钻削、镗削和滚齿方面也取得了重大的突破。

本文结合工作实际，仅就干式切削技术在不锈钢铣削中的应用进行论述。

2、干式切削加工对刀具的要求切削刀具的性能取决于刀具材料和刀具结构及几何参数。

不同加工方法对刀具的设计侧重点有所不同。

对于干式切削加工刀具必须具备下述性能：(1)刀具应具有较高的耐热性和良好的耐磨性。

(2)切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小。

(3)刀具形状要保证排屑流畅和易于散热。

(4)刀具应具有更高的强度和耐冲击韧性。

在实际生产中，应根据工件材料的物理、力学性能和工序特点，合理选用刀具材料、涂层，优化刀具结构和几何参数，并注意刀具材料与工件材料的匹配，才能设计和制造出适用于干式切削的刀具。

1)干式切削加工的刀具材料干式切削时刀具材料最重要的是必须具各高的红硬性和高的耐冲击性。

干式切削铁屑颜色标准或者手册1.铁屑的颜色标准对于切削工艺非常重要。

The color standard of iron chips is crucial for the cutting process.2.铁屑的颜色可以反映刀具和工件的切削状态。

The color of iron chips can reflect the cutting status of the tool and workpiece.3.一般来说，铁屑颜色越亮，切削质量越好。

In general, the brighter the color of iron chips, the better the cutting quality.4.通过观察铁屑颜色，可以及时调整切削参数。

By observing the color of iron chips, cutting parameters can be adjusted in a timely manner.5.铁屑颜色标准通常包括红、黄、蓝等颜色。

The color standard of iron chips usually includes red, yellow, blue, and other colors.6.红色铁屑通常表示高温的切削过程。

Red iron chips usually indicate a high-temperaturecutting process.7.黄色铁屑可能表示切屑含有油脂。

Yellow iron chips may indicate that the chips contain oil.8.蓝色铁屑可能表示刀具磨损严重。

Blue iron chips may indicate severe tool wear.9.铁屑颜色标准对于刀具选择也有指导作用。

The color standard of iron chips also guides theselection of cutting tools.10.铁屑颜色标准需要与切屑形态一起综合分析。

干式与准干式切削技术目前绝大部分的金属切削加工是以使用切削液的湿式方式进行的。

切削液具有冷却、润滑、清洗和排屑等功能，对延长刀具使用寿命和保证加工质量起着重要的作用。

但是近年来，随着人们对环境保护的日益重视，切削液所带来的一系列负作用已受到关注。

一方面，切削液的广泛使用需消耗大量的能源和资源，增加加工成本，据德国一些公司的统计数据显示，冷却液费用占总制造成本的16%，而切削刀具消耗的费用只占成本的3%^-4%；另一方面，切削液对环境的污染较为严重，甚至危害操作人员的健康。

为此，越来越多的学者开始倡导“清洁生产”的理念。

干式切削是消除切削液污染、降低产品成本、实现清洁生产的最有效途径。

实现干式切削的最大技术难题是刀具，它是使干式切削加工得以顺利进行的关键因素。

必须选择合理的刀具结构和刀具材料，设计合理的刀具几何参数，并采取相应的工艺措施。

干式切削技术己成为金属切削加工发展的趋势之一。

（1)干式切削加工对刀具材料的要求干式切削加工过程中，刀具要承受很大的压力，同时由于切削时产生的金属塑性变形，以及在无切削液的情况下刀具、切屑、工件相互接触表面间将产生更强烈的摩擦，使刀具切削刃上产生极高的温度并受到很大的应力作用，在这样的条件下，刀具将迅速磨损或破损。

因此，干式切削刀具必须具备以下性能：①具有较高的耐热性和良好的耐磨性；②具有更高的强度和耐冲击韧性；③切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小。

目前适用于干式切削的刀具材料有超细颗粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷及金属陶瓷、CBN及PCD等。

对硬质合金刀具来说，表面涂层是提高其性能的最有效措施。

涂层在切削过程中的作用如同在刀具与切屑／工件之间增加了力和热的隔离层，可有效地阻止将热量传递到刀具基体上。

另外，MOS2等“软”涂层可有效降低刀具表面的摩擦系数。

近年来开发成功的纳米涂层技术，将数百层具有软、硬不同特性的涂层复合叠加，总厚度仅为2^-5卿，既使刀具的硬度和韧性显著增加，又使其具有优异的抗摩擦、抗磨损和自润滑性能，非常适合干式切削。

绿色制造工艺绿色机械是机械制造业发展的必然趋势，而我国对绿色机械制造还处在起步阶段，需要在今后的应用中不断进行创新和开发。

本文主要对绿色制造工艺以及加强绿色机械制造工艺的措施进行了分析。

一、绿色制造工艺绿色制造工艺的最终目的就是合理利用资源和能源以及减少对环境的污染，其是绿色制造的核心问题。

绿色制造工艺可分为：节约资源型工艺技术、降低能耗型工艺技术、环境保护型工艺技术。

(一)节约资源型工艺技术所谓节约资源型工艺技术是指生产过程中对工艺系统的组成进行简化并对原材料的消耗进行节省的一种技术。

在传统加工过程中，消耗大量的原材料，对于全社会的可持续发展有着不利影响，因此，机械制造业秉承绿色理念，积极推广减少资源消耗的绿色技术。

(1)少无切削加工技术。

随着新技术、新工艺的发展，在机械制造行业中，精铸、冷挤压等成型技术和工程塑料的应用越来越成熟。

少无切削加工技术越来越受机械工业的欢迎。

少无切削加工技术适用于对异性孔类零件、齿轮花键、端面爪齿件、台阶种类件等类似零件的加工，尤其适合有色金属制作。

(2)干式加工技术。

干式切削是指在机械加工中为了保护环境和降低成本而有意识地减少使用或不使用切削液的加工方法。

随着人类对水资源的节约和环境保护的高度重视，而切削液所造成的影响和污染已经是不能再置之不理。

(3)减少加工余量。

采用先进的制造技术，随着切削速度的提高，切削力下降，工件变形小，从而保证加工质量。

(二)降低能耗型工艺技术所谓降低能耗型工艺技术是指在生产过程中对能量损耗降低的一种技术。

降低能耗型工艺技术主要包括以下几个方面：(1)常用节能技术。

大量钢铁、煤炭、电力和有色金属等资源都是机械制造企业在生产过程中所必须的，随着能源的紧缺，节能减耗型工艺技术中变得非常重要。

常用节能技术主要包括技术节能、工艺节能、管理节能、适度利用新能源、绿色设备、改进润滑方式。

(2)润滑方式和润滑剂的改进。

首先，设备润滑剂的改进。

设备润滑剂宜发展油气润滑。

干式切削技术干式切削的基本概念金属切削加工普遍采取使用切削液的湿式方式，因为切削液具有冷却、润滑、清洗、排屑、防锈等功能，同时对延长刀具使用寿命、保证加工表面质量起到重要作用。

切削液所带来的负作用：消耗资源和能源，增加加工成本（据统计，切削液使用费用占总制造成本的16%，而切削刀具费用仅占总制造成本的3%～4%）；切屑上的残留切削液提高了清洁处理成本。

干式切削是指在切削加工过程中不使用切削液的工艺方法，它能从源头上消除切削液带来的系列环境负面效应，符合绿色制造的理念和需求。

干式切削的优点①形成的切屑洁净、无污染、易于回收和处理，可以降低切削残屑的回收成本；②可以省去与切削液有关的供应、回收、过滤、处理等费用；③不污染环境，实现绿色切削，工厂无须承担切削废液污染的责任；④干式切削法加工产品效率高、成本低。

干式切削的局限性①干式切削的切削力会大大增加，刀具与工件之间的振动会加剧，从而导致工件加工表面质量变差，刀具磨损加快，刀具使用寿命缩短；②干式切削会在加工瞬间产生大量热量，这些热量主要集中在切屑中，会影响切屑的成型，导致形成带状缠绕在刀具上，影响后续切削，加剧刀具磨损。

③由于摩擦使工件和刀具的温度升高，导致刀具磨损加快，工件产生残留应力，刀具和工件发生热变形，表面质量下降；④无润滑作用，会使刀具分屑困难，切屑堵塞容屑槽，还可能损坏已加工的工件表面；⑤切屑如不及时排出，残留切屑可能导致夹紧误差、损坏机床导轨等。

干式切削关键技术刀具技术、排屑方法、使用的机床等三项技术①干式切削的刀具技术为了使得在干式切削过程中，产生的热量减少，提高刀具的润滑效果和断屑功能，首先要优化刀具的几何形状：◆减少刀具/工件表面之间的接触面积；◆考虑刀具表面的最大润滑性，防止积屑瘤的产生。

如美国公司把刀片制成超大正前角+34°加强刃，前刀面呈多条弧形沟，以减少切屑与前刀面的接触，使切削温度大大降低，采用常规切削速度加工时，刀具寿命可提高3～4倍。

干式切削与干式切削刀具干切削对刀具有更高的要求，如刀具的材料、刀具的结构以及刀具涂层。

在传统的切削加工中，湿切削中的切削液占有紧要的地位，但也存在着很多弊端。

例如，维持一个大型的切削液系统需花费很多资金，同时需要定期添加防腐剂，更换切削液等，因而加添了很多费用，其费用比例已占总生产成本的15%～17%，而刀具成本通常只占总成本的2%～5%。

加之由于切削液中的有害物质，对工人的健康造成危害，造成环境污染等。

所以，它的使用带来了越来越多的问题。

从这些方面来说，干切削具有更多优势。

干切削中的刀具应有更优异的耐高温性能（热硬性）和耐磨性能，目前的刀具材料中，如新型硬质合金、陶瓷、CBN和PCBN等有充足的耐高温磨损性能，能够在干切削条件下使用。

而且，现代切削刀具材料应用于高速加工时更适合干切削。

像CBN和先进的硬质合金材质等级，尤其是有涂层保护的刀具材料，在高速高温下不使用切削液实际上切得更有效率和寿命。

干切削对刀具材料的要求干切削的刀具材料必需要有优良的热硬性和耐磨性，以可有效地承受切削过程的高温；较低的摩擦系数，以可降低刀具与切屑与工件表面之间的摩擦抑制切削温度的上升；较高的强度和耐冲击性能，以可承受更大的切削力和更差的切削条件。

要实现干切削，刀具材料有高的耐热性能（热硬性）和耐磨性能尤为必需。

目前立方氮化硼（CBN）、聚晶立方氮化硼（PCBN）、金刚石、聚晶金刚石（PCD）、陶瓷（A12O3、Si3N4）、金属陶瓷（CERAMIC）、超细晶粒硬质合金和硬质合金涂层等刀具材料已广泛用于干切削之中。

伊斯卡近两年开发了浩繁可用于干切削的刀具材料：IB90及IB85，CBN含量高达85%和90%，刀片的耐磨性和韧性高，能应对断续切削所带来的震动，推举用于铸铁的高速切削及淬硬钢的断续切削及粗加工。

低CBN含量的牌号，IB55，IB50，CBN含量为50%和55%，更适合于半精加工及精加工。

IB10H属于超细晶粒的CBN，耐磨性和韧性更高，用于高速连续切削，可获得高的表面质量；IB20H细晶粒及中等晶粒CBN，用于连续—细小断续切削加工；还有IB10HC、IB25HC和IB25HA涂覆TiN、Ti（C,N,O）和Ti（C,N），应用于各种对应的场合。

准干式切削（Near Dry Machining）和微量润滑系统（MQL）定义，概念：干式切削：在金属切削加工应用过程中，不使用任何润滑剂和冷却液，直接将刀具与工件接触，进行切削加工。

干式切削因为没有润滑和冷却，产生大量冲击应力热和摩擦热，对刀具的损害比较大，加工工件的精度相对较低。

准干式切削：是相对干式切削和湿式切削而言的，是在切削刀具的切削刃上喷上一层润滑油，切削加工的时候，润滑油在刀具和工件间形成一层油膜，保护刀具和工件，避免热量产生，提高工件加工精度，特别是在精密加工中。

微量润滑系统：简单的说就是精密控制油量的喷油装置，通常分为外喷油和内喷油装置。

外喷油装置是润滑油和压缩空气分别独立调节，压缩空气在喷嘴出口处将润滑油通过高速气流吹向切削刀刃，实现润滑作用。

一喷雾冷却的机理切削液在金属切削中主要起两个作用，一是润滑作用；二是冷却作用。

切削液能否充分发挥有效的润滑作用，其渗透能力强弱是一个重要的因素。

常规的浇注式切削液在切削加工中的渗透以液体渗透和气体渗透两种方式进行：浇注的液体渗透效率较低，在高速切削时效率更低；气体渗透是由于浇注在切屑表面裂纹中的液体随着切削温度的上升发生汽化而向前刀面进行渗透的。

试验证明，常规切削液的渗透能力不强，能够被汽化的液体量很少，使润滑效果受到限制。

而喷雾冷却形成的两相流体，能够弥补切削液渗透能力的不足。

气液两相流体喷射到切削区时，有较高的速度，动能较大，因此渗透能力较强。

此外，在气液两相射流中微量液体的尺寸很小，遇到温度较高的金属极易汽化，可从多个方面向刀具前刀面渗透。

虽然射流中的液体量很少，但被汽化的部分则比连续浇注切削液时多，因而润滑效果较好。

在金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形，切削区的冷却过程就是固体与流体之间的传热过程。

由于流体与固体分子之间的吸引力和流体粘度作用，在固体表面就有一个流体滞流层，从而增加了热阻。

滞流层越厚，热阻越大，而滞流层的厚度主要取决于流体的流动性即粘度。

干切削加工及刀具材料的选用干切削是切削加工的发展方向就在二十年前，切削液曾是非常便宜，在大多数加工过程的成本中，其所占比例不到3%。

以至没有谁会对此多加注意。

可是，现在不一样了，切削液在车间生产成本中所占比例上升为15%，这就不得不引起生产经营者的极大关注。

特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。

更重要的是它的排放污染环境，国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。

而且，许多国家和地区也把它们划归为危险废物，如果其中含有油和某些合金，还要采取更为严厉的控制措施。

再有，许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾，环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内，职业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值，正在考虑一项咨询委员会的建议。

其中包括制定比较高的切削液的价格政策。

因此，越来越多的厂家开始采用干切，以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。

以前，金属加工行业使用切削液已形成"习惯"，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。

也有许多人认为变湿切为干切，费用可能会更高。

其实两种看法都不对。

对于多数金切件，干切应该是"标准加工环境"。

在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。

关键是要知道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。

尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。

新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。

事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。

先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。

而应用切削液刀具会产生温度的激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切入时温度又上升。

尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。

绿色制造中的干式加工绪论：由于生态效益和经济效益的驱动，绿色制造技术被广大的学者提了出来。

对于传统的机械加工方式而言，干式切削加工方式是最可行的应用之一。

要实现干式切削有许多问题需要解决，主要是关于刀具、机床和切削参数方面的。

这几个方面的选择要兼顾，才能很好的实现干式切削。

干式切削是我国未来的机械加工发展的一个趋势。

关键词：干式切削技术材料涂层意义Abstract：As the drive of the ecological and economic benefits, green manufacturing technology has been put out by the majority of scholars. In terms of the traditionalmanufacturing , the method of dry cutting is one of the most feasible application. In order to achieve the dry cutting, there are still many problems to be solved, mainly about the tools, machine tools and cutting parameters.In order to make a right choice,you had better think all of those factors. Dry cutting machining is a trend in the development of manufacturing in our country.Keywords:Dry cutting Technology Material Coating Significance 随着环境意识在全球范围内的增强以及环保法规的要求越来越严格，传统加工方式中所用的切削液对环境的负面作用也越来越明显。

汽车零件加工中的环保技术--铝件的干式切削加工新闻摘要:在机械加工领域，一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。

其中，对节约能源和减少废物的主要加工方式，即干式、半干式加削加工技术的研究，正在加速进行。

在铣削加工、齿轮的切齿加工等方面已实用化，并取得令人满意的效果。

但在铝件特别是铝件的孔加工方面，由于产生铝屑粘刀而导致刀具折断、加工精度恶化，这保护地球环境是21世纪最优先考虑的课题。

在机械加工领域，一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。

其中，对节约能源和减少废物的主要加工方式，即干式、半干式加削加工技术的研究，正在加速进行。

在铣削加工、齿轮的切齿加工等方面已实用化，并取得令人满意的效果。

但在铝件特别是铝件的孔加工方面，由于产生铝屑粘刀而导致刀具折断、加工精度恶化，这一问题有待于进一步研究解决，目前铝件的孔加工采用干式加工的实例还不多。

数年前，日本アイシン精机株式会社开始对铝件的半干式切削加工技术进行了研究，其研究成果已在6种产品、7条生产线上使用。

本文将该公司的研究成果及实用化实例介绍如下。

环保技术的发展动向在机械加工领域，有各种各样的环保技术，大体上可分为节约能源、减少废弃物、确保工作环境安全、舒适性三大类。

在节约能源方面有：减少液压管路的阻力而使切削液泵的规格减小和无液压化等。

通常情况下，工作中即使泵的额定功率很小，但它消耗的功率一般都很大，特别是切削液所消耗的功率要占总功率的60%以上，因此，前述技术对节约能源是切实有效的。

减少废弃物主要是指减少切削液的废液量。

各公司都在致力于切削液的长效化和重复循环使用等技术的开发与应用。

在切削液长效化(长寿命化)方面，切削液的合成化是开发的项目之一。

由于合成切削液是以化学合成的油剂为基液来使用的，因此，应充分注意它和水的亲和性，能够人为地设计分子量等。

由于钙等的金属离子与其它油的混合而导致界面活性剂的恶化，所以油水分离等都是可控制的有利一面；同时也应充分注意对设备的不利影响(如滑动部分润滑液被洗掉及泄漏对电气系统的影响)和废水可处理性。

干式切削的原理干式切削是一种无液体润滑的切削方法，它利用高速旋转的切削工具与工件之间的接触引发切屑的形成，从而将工件上的材料切割、磨削或削齿成所需的形状。

相比传统切削方法，干式切削具有许多优点，如无需冷却润滑剂、节约成本、环保等，因此在许多领域中被广泛应用。

干式切削的原理可以从以下几个方面来介绍：1. 切削力原理：在干式切削中，切削工具的切削刃与工件表面形成切削区域，这个区域内的材料在切削力的作用下发生剪切、压缩、摩擦等力的变化。

切削力由切削刃的形状、材料的物性、切削速度、进给速度等因素决定。

切削力的大小直接影响切削质量和切削工具的寿命。

2. 切削温度原理：在干式切削中，由于没有润滑剂的冷却作用，切削过程中产生大量的摩擦热量，导致切削区域温度升高。

切削温度对切削质量和切削工具寿命有重要影响。

高温会导致刀具磨损过快，甚至导致变形和破裂。

因此，降低切削温度是干式切削中需要解决的一个关键问题。

3. 切削润滑原理：虽然干式切削中没有液态润滑剂，但仍然需要在切削区域中形成一种润滑膜来降低切削力和切削温度。

通常采用的方法是使用涂料、润滑脂、润滑膜等材料来减少切削区域的摩擦阻力，形成一层薄薄的润滑层，从而降低切削力和切削温度，提高切削质量和切削工具寿命。

干式切削的优点主要有以下几个方面：1. 节约成本：相比液冷切削，不需要液体润滑剂，可以节约采购和处理液冷润滑剂的成本。

此外，也不需要建设和维护冷却润滑系统，节约了成本和维护工作量。

2. 环保：干式切削不产生废弃液体润滑剂，减少了对环境的污染。

同时，由于不需要水源供应和处理废水，也节约了水资源和处理成本。

3. 便于加工：干式切削没有液体润滑剂的阻碍，便于工件表面的观察和检测。

对于某些材料而言，干式切削也可以获得更高的表面质量。

4. 适用范围广：干式切削适用于多种材料的加工，包括金属、塑料、陶瓷等。

由于不受液体润滑剂对材料的适应性限制，因此具有广泛的应用领域。

干式切削的缺点也存在，主要包括以下几个方面：1. 切削力大：干式切削由于缺乏润滑剂的冷却效果，切削力会相对较大。