機床商務網
技術文章
CNC不用切削油？？值得一試的干切削法
閱讀：2406 發布時間：2010-8-30CNC不用切削油？？值得一試的干切削法
深圳市全化科技有限公司 技術部
我們zui近走訪了一家工廠，發現停用切削液帶來的性能飛躍令人吃驚。這個
發現純屬偶然。切削液的缺點迫使人們把加工零件的生產定額轉到干加工上。需
要是發明之母，員工進行了試驗以確定是否能保持有效生產。結果他們發現對于
切削液的投資不一定能有所回報。
在過去的二十年里，使用切削液的經濟性已經發生了戲劇性的變化。早在80
年代初，對于大多數機加工來說采購、管理和處理切削液的費用就占總成本小于
3%。今天，平均來說，切削液的費用（包括管理和處理）占總成本的16%。由于
切削刀具只占加工項目總成本的4%，接受一種以稍短的刀具壽命換取停用切削液
所節約的成本以及維護切削液所帶來令人頭痛的問題，可能成為費用更低的選擇
。
況且刀具壽命甚至可能不會縮短。因為涂層硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷、立
方氮化硼（CBN）和聚晶金剛石都是脆性的，它們對由熱應力引起的微崩和破裂很
敏感，尤其是在端面車削和銑削加工時，冷卻液的介入會加劇這種傾向。
某些材料適合干切削
除費用和刀具壽命之外，影響選用干切削的另一個因素是工件。有時，切削
液可能弄臟零件或產生污染。 想想看，進行醫學植入的情況，例如為髖部植入
一個球形關節。在這種不允許污染的地方，切削液是不受歡迎的。
一個工件對于干切削工藝適合與否也取決于材料本身。例如，對于大多數鑄
鐵、碳鋼和合金鋼的切削來說，切削液是多余的。這些材料加工起來相對容易，
熱傳導性好，允許切屑帶走產生的大部分熱量。也有一些例外，就是低碳鋼，當
含碳量下降時，它變得更粘。這些合金需要切削液來潤滑以防止熔焊。
通常情況下，當加工大多數的鋁合金時，切削液不是必需的，因為切削溫度相對
較低。這些材料在確實發生切屑熔焊時，大的正前角和鋒利的切削刃通常可以解
決這個問題。 然而，當高速切削鋁合金時，高壓的冷卻液是有幫助的，因為用
簡單的壓縮空氣進行斷屑和排屑是不夠的。
干切削不銹鋼更為困難一些。在這些材料中，熱量會引起一些問題。 例如，它
能使馬氏體不銹鋼過度回火。對于很多奧氏體不銹鋼，由于熱導率往往很低，所
以熱量由切削區域到切屑的流動也不好。于是切削刃過熱，刀具壽命縮短到不能
接受的程度。在切削不銹鋼的過程中使用切削液是很必要的，還因為許多不銹鋼
都是粘性的，這就意味著它們有沿切削刃方向會產生積屑瘤的傾向，從而導致粗
劣的表面光潔度。
對于許多材料來說，幾乎不會選擇干切削。所有種類的高溫合金都需要切削
液。尤其是切削鎳基和鉻基高溫合金時，產生*的溫度，需要切削液來帶走熱
量。同時，切削液的潤滑能力還能保持產生的熱量zui小。
切削鈦合金時，切削液是強制性的。雖然研究人員正在研究干式切削鈦合金
的途徑，但是這種材料的性質對這項工作產生了極大的障礙。它是粘性的，熱導
率低而且（還有某些合金）閃點很低。因此，鐵屑不能把熱量帶走，工件變熱足
以被點燃和燃燒起來。（雖然鎂斷屑容易，但也容易燃燒。） 切削液通過潤滑切
削刃、沖走切屑和冷卻工件來防止產生這個問題。為保證切削液起到這些作用，
當加工鈦合金時，人們更傾向于在高壓時使用切削液，壓力通常在4,000到7,000
磅/平方英寸范圍內。,有時，粉末合金也需要切削液來產生薄薄的一層油膜作為
防銹劑。
基于同樣的理由，干切削時換成更硬一些的刀具幾乎不會降低刀具壽命或切
削一致性。而實際上，恰恰相反。更硬的基體能夠保證切削刃在高溫切削時的完
整性，而輕微的軟化能夠防止它變得太脆。其結果是，用戶可以一種更硬的
硬質合金材質等級來提高抵抗變形和月牙洼磨損（切削刃的化學溶解）的能力。否
則，在干切削時會大大縮短刀具壽命。
為干切削設計的刀具可以更加鋒利，并且比濕式加工切削更為輕快，實際上
它產生的摩擦力較少并且有助于熱量的控制。對于鉆削的研究表明，減少切削刃
修磨來生成更鋒利的鉆頭能降低40%的切削溫度。鋒利的切削刃不僅可以保持較
低的溫度，而且可以減少徑向跳動并提高表面光潔度。
另一個有助于在切削過程中打碎并排出切屑的方法是用氣體替換液體，其中
壓縮空氣zui為普遍。雖然在冷卻時沒有效果，但有時一陣壓縮空氣足夠將切屑在
切削過程中吹出來，防止了二次切削，防止多余的熱量轉移到工件和機床中。當
潤滑必要時，用戶便應用一種潤滑劑，產生一層薄霧，在切削過程中消耗。
有時，zui有效的方法是一種相對較新的技術，稱為zui低量潤滑（MQL），它是通過
向刀具中注入少量的冷卻劑進行潤滑的。
涂層使刀具隔熱 刀具涂層在保護切削刃中也起重要作用。為了進行干式加
工，裝上zui有效的切削刀具，結合一種特殊工業化涂層系統的方法，鍍上一層富
鈷區基體，使內部和表面都變硬。利用傳統工藝和中溫化學氣相沉積工藝生產出
非常厚的復合涂層，厚達20微米。*層碳氮化鈦涂層產生對基體和刃口韌性的
必要支撐。
找到的切削參數 如果想在干切削方面取得較好的效果，除了需要
正確的切削刀具以外，還有很多需要注意的地方。zui適宜的主軸轉速、進給速率
和切削深度也很重要。例如，如果利用改變斷屑槽的方法不能充分控制切屑，可
以試著調節進給速率。增加進給速率通常能得到的效果，減少進給速率不利
。
使用適當的切削參數也有助于使熱量產生到zui小。zui顯而易見的方法是利用
較高的速度和進給就能達到，當以更快的速度切削工件材料時減少了切屑的負載
。這樣，切削時間較少，同時也減少了產生熱量的時間以及熱量滲入工件的時間
但是有時降低主軸轉速的15％左右是降低切削溫度的*行動方案。為了防
止生產率受影響，用戶可以相應增加進給速率。一定要參考機床的扭矩圖表以確
保較低的軸速和較高的進給速率不會增加扭矩要求以及使主軸悶車。如果扭矩的
要求超過主軸的能力，可以選用直徑小一些的刀具。如果較高的進給速率對表面
光潔度不利，可以增加刀具的刀尖半徑作為補償。
控制熱波動的另一種方法是在設計工藝時把波動值降到zui小。例如，早晨開
動機床之后，操作工會給機床一些時間空轉以達到一種穩態，并且利用自動化使
機床在不加工時保持運行。對于在同一工位進行幾個操作的應用來說，首先應計
劃執行干式加工，然后鉆孔、攻絲，zui后是其它濕式加工。采取這種預防措施能
夠將切削液的用量降到zui小，并且可以防止其對干式加工的干擾。