干式切削关键技术及应用绪论：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 traditional manufacturing , 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。

与此同时，对环境无污染的绿色制造被越来越多的国家和企业所认可，被称为是可持续发展的现代制造业模式。

干式切削加工由于不使用冷却液，可获得洁净、无污染的切屑，省去了大量处理费用，为用户降低了不少成本。

在这样的历史背景下，干式切削技术就产生了，并从上世纪九十年代中期以来迅速发展，是先进制造技术的一个比较前沿性的研究课题。

一、干式切削的定义据统计,造成全球环境污染的70%以上排放物来自制造业,它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。

干式切削作为一种新型的制造模式,适应了时代的发展要求，是现代制造业未来的发展方向。

干式切削是为保护环境、降低成本而有意识地不使用切削液，在无冷液条件下进行切削加工的切削加工的方法。

干式切削由于没有切削液，它的实现就需要用性能优良的切削刀具、先进的机床以及辅助设施替代传统切削液的作用。

只有这样才能在不使用切削液的情况下，同时保证被加工件的精度及其他方面的要求，同时保证产品的加工效率。

干式切削加工在传统的机械加工方法中，采用了无液切削模式，减少了对环境的污染、节约了大量资源，是绿色制造理念在传统机械加工领域中的一种具体可实践的应用。

现代干式切削技术，就是要研究、寻找不使用(或少使用)切削液，能起到降温、润滑、排屑三个作用，改善切削条件、满足加工要求的方法。

目前，国际上流行的不使用切削液的切削方法主要有：①完全不使用切削液的——全干式切削(高速干式切削法)；②用气体混合微量润滑剂代替切削液的——半干式切削（低温冷风切削法）。

干式切削加工通过先进的刀具、现代的机床和合理的工艺相配合，具有许多优越于传统机械加工的特点：（1）切屑干净清洁无污染，易于回收和处理（2）省去了切削液传输，回收，过滤等装置及相应的费用，简化了生产系统，降低了生产成本（3）省去了切削液与切屑的分离装置及相应的电气设备。

机床结构紧凑，减少占地面积（4）不会产生环境污染（5）不会产生与切削液有关的安全事故及质量事故二，干式切削技术研究的现状干式切削[1]技术是为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略而发展起来的一项绿色切削加工技术。

1995年干切削的科学意义被正式确立，1997年的国际生产工程研究会(CIRP)年会上，德国Aachen工业大学的F.Klocke教授作了“干切削”的主题报告;1999年1月在美国国家科学基金“设计与制造学科”受资助者会议上，国际著名的刀具制造厂MAPAL公司的总裁B.P.Erdel博士也作了有关美国干切削发展的主题报告，干切削技术已经在各国工业界和学术界引起广泛的关注。

目前包括欧洲、美国和日本等工业发达国家，非常重视干切削的研究，干切削技术已经成功应用到了生产领域，这与这些国家的工业基础雄厚和环保法规特别严格有一定的关系。

其中德国企业尤为普遍，在大批量生产中，已有10%-15%的加工采用干切削技术，并且取得了良好的经济效益，世界许多知名的机床厂商在他们的产品目录中都有干切削机床加工中心。

日本在干切削方面也进行了大量研究，最近他们已开发成功几种不使用切削液的干式加工中心。

在其中的一种机床上，装有液氮冷却的干切削系统，从空气中提取高纯度氮气。

在常温下以5-6个大气压的压力将液氮送往切削区，可顺利实现干切削。

我国干切削技术的研究也已起步。

成都工具研究所、山东工业大学和清华大学等单位对超硬刀具材料(如陶瓷、立方氮化硼、金刚石等)及刀具涂层技术进行过系统的研究，并取得了不少的研究成果。

我国陶瓷刀具目前已形成了一定的生产能力，这些都为干切削技术的研究与应用提供了初步的技术基础。

北京机床研究所开发成功的KT 系列加工中心能实现高速干切削。

但总的来说，我国在干切削理论研究方面和国外还存在较大的差距，在工业中的应用规模更小，有待于我们今后加快研究与推广应用。

三、干式切削技术面临的主要问题及解决方法干式切削的工艺方法从原理上讲并不新鲜,且已在生产中有较长时间的应用,比如铸铁的加工就不使用切削液。

现代制造中的干式切削不仅仅局限于铸铁材料的加工,而是力图在所有材料加工及所有加工方法中均不使用切削液。

干式切削技术并不是简单地取消切削液就能实现,由于在干式切削过程中缺少了切削液的冷却、润滑和排屑作用,会导致刀具与工件间的摩擦增大、切削温度升高、粘连加剧和切屑堵塞,从而造成刀具寿命缩短、加工精度和切削效率的下降。

为克服由于缺少切削液而造成的困难,需要通过开发和应用耐热的刀具材料及涂层,设计合适的刀具几何形状,以及通过采用适合于干式切削的机床和选择相应的切削参数等措施来解决冷却、摩擦、排屑等问题。

1、干式加工刀具设计。

干式切削技术刀具设计时，要考虑道具的几何形状、材料和图层之间的兼容性。

就是要在没有切削液的条件下，创造与湿式切削相同的切削条件。

因此,对刀具提出了更高的要求。

1.1刀具材料。

由于干式切削时会产生强烈的摩擦和极高的温度,所以用于干式切削的刀具要具有较高的高温硬度和耐磨性。

目前,用于干式切削的主要有超细颗粒硬质合金、立方氮化硼(CBN)、和聚晶金刚石(PCD)、陶瓷和金属陶瓷等刀具材料。

（1）超细颗粒硬质合金硬质合金中P类硬质合金有最好的耐高温性，因此适用场合需要大前角的话，细颗粒硬质合金有很好的韧性和韧口强度。

超细颗粒硬质合金是为同时提高硬度和抗弯强度而开发的合金材料，与普通硬质合金材料相比，在硬度相同时具有强度更高、在强度相同时具有硬度更高的特点。

普通硬质合金的WC颗粒为1～6μm左右，超细颗粒硬质合金的WC颗粒则仅为0.6μm左右，因为WC颗粒非常微小，所以周围起粘结作用的Co成分的厚度较薄，同时，因折断起始尺寸小，使抗弯强度较高。

虽然超细颗粒硬质合金在低温下显示出优异的特性，但在高温状态下容易出现塑性变形，在切削速度高的情况下使用时，有时会产生塑性变形、磨损增大等现象，应予以注意。

此材料适合与干式加工，如转头、深空钻、刀片（2）立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride）CBN主要用来加工铸铁和淬火钢。

淬火硬度HRC60-65、HRC70等应共建可采CBN进行干式加工，以取代磨削来加工的工序。

起源：立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride）是20世纪50年代首先由美国通用电气（GE）公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。

应用：采用PCBN刀具精车淬硬钢，其工件硬度高于45HRC，效果最好。

其切削速度一般为80～120m/min，工件硬度越高，切削速度宜取低值，如车硬度为70HRC的工件，其切削速度宜选60～80m/min。

精车的切深在0.1～0.3mm，进给量在0.05～0.025mm/r，精车后的工件表面粗糙度为Ra0.3～0.6μm，尺寸精度可达0.013mm。

若能采用刚性好的标准数控车床加工，PCBN刀具的刚性好和刃口锋利，则精车后的工件表面粗糙度可达Ra0.3μm，尺寸精度可达0.01mm，可达到用数控磨床加工的水平。

如果机床刚性好，选用的切削速度较低，则选用PCBN复合刀片可精车断续表面。

精车加工余量一般为0.3mm左右，尽可能提高工件淬火前的尺寸精度和减少热变形，以保证精车时切削余量均匀，延长PCBN刀具的使用寿命。

（3）PCD金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。

金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。

在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。

由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。

但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。

工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。

PCD刀具主要应用于以下两方面：①难加工有色金属材料的加工：用普通刀具加工难加工有色金属材料时，往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷，而PCD刀具则可表现出良好的加工性能。

如用PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合金（对该材料加工机理的研究已取得突破）。

②难加工非金属材料的加工：PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料（CFRP）、人造板材等难加工非金属材料的加工。

如华中理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻璃；目前强化复合地板及其它木基板材（如MDF）的应用日趋广泛，用PCD 刀具加工这些材料可有效避免刀具易磨损等缺陷金刚石工具主要用在铜合金、铝及铝合金，钛及其合金，也可用于及耐磨的高性能材料，如纤维增强的塑料，金属复合材料，木材复合材料。