機床加工如何擺脫切削液？-興達機床量具

    僅僅20年前，切削液還是比較便宜的，且占多數加工過程的比重小于3%。所以機械加工廠很少對它們關注。在那以后，隨著時間的推移，如今的切削液費用估計達每年幾十億美元，且占生產成本比重高達15%。現在，機加工行業時刻都在為切削液擔憂。
　　
    切削液，尤其是那些含油的切削液。不管某種切削液有多么安全和環保，政府都要求你從傾倒到池里的那一刻起，_進行特殊處理。即使當地政府允許你從桶中傾倒清潔的不含油的合成液到排水溝，一旦它同在機床里夾雜的油和金屬碎屑混合，它_變成一種受控的工業廢料。不僅美國環境保護局管理這種混合物的處理，而且許多州和地方政府也已把它們作為有害廢物進行分類，如果它們含油和某些合金，更要加強嚴格控制。
　　
    因為很多高速加工和切削液噴嘴產生油霧或工人能呼吸到的氣溶膠，政府機構還限制空氣里切削油霧的允許含量。環境保護局已經計劃出臺更嚴格的針對控制這些空氣里微粒的標準，進一步提高機加工企業的計劃成本和責任。職業安全和健康管理局也正在考慮一個咨詢委員會推薦通過一個_值到0.5mg/m3和作用水平到0.25mg/m3的法令，來限制較低的切削液氣霧允許暴露量。
　　
    維護、記錄存檔和遵循現行和計劃的規定所產生的成本正迫使切削液價格迅速上漲。大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護切削液，只要有可能，_安裝和使用合適的附件和油霧收集器以及切屑、碎屑和用過的切削液的處理，來推遲它們的處理。其結果是，很多機加工企業正在_通過干切削來避_用和伴隨切削液產生的副作用展開討論。
　　
    雖然大多數工廠可能承認有取消切削液的愿望，但他們不能確定能否做得到。他們相信，要獲得_的速度和切削更硬的材料，他們_使用切削液來維持競爭力。很多從濕式加工轉變到干加工的可見成本也很高。但如今都不成為問題。實際上，在很多加工中，常規操作應該是干加工。再者，干車削硬材料和高速干銑削不僅是可行的，而且有利可圖。其技巧是正確集成刀具、機床和切削技術。
　　
    有害無益的切削液
　　
    更多采用干切削的_障礙之一是切削液對于取得較好光潔度和更長刀具壽命是必不可少的傳統認識。雖然現實中切削液對于許多加工仍然是必要的，但是研究表明，有了現代切削刀具材料和當今_的切削速度，并非_要使用切削液。_的硬質合金材質牌號，尤其是有涂層保護的，在高速高溫下不使用切削液實際上切削更有效率。實際上，在斷續切削時，切削區溫度越高，越不適合使用切削液。
　　
    這種似乎與直覺相反的趨勢原因在于：切削區溫度變得非常高，通常_1000℃，尤其是在高速切削和硬材料切削時。舉例來說，假定切削液能克服銑刀高速旋轉產生的離心力，切削液在到達切削區之前早已汽化，對那里幾乎沒有冷卻作用。
　　
    結果是有一個在當刀片切入切出時產生先天的溫度波動更明顯的區別。隨著刀具的旋轉，當刀片切出時冷卻，然后在切入時再一次被加熱。雖然在干切削時也發生加熱和冷卻循環，但是當有切削液時溫度波動更大。隨之發生的熱沖擊會在刀片上產生應力，并會使其過早破裂。
　　
    相似的結果也在車削時發生。譬如當在切削速度高于130m/min時切削碳鋼，暴露在冷卻液里的未涂層硬質合金刀片能承受顯著的熱沖擊少于40秒。這種沖擊通過輕微增加前刀面磨損和劇烈的后刀面磨損，顯著縮短刀具壽命。因為大多數車削加工少于40秒，對于刀具壽命來說，干車削通常更可取。
　　
    另一方面，在鉆削時，為了提供潤滑和把切屑從孔里沖出來，切削液通常是_的。沒有切削液，切屑會堵在孔里，而且平均表面粗糙度Ra是濕式加工的兩倍。切削液通過潤滑邊緣碰到孔壁的鉆尖，也能降低需要的加工扭矩。雖然涂層鉆頭在某種程度上會增加切削液的潤滑效果，但是，降低切削力的涂層_可能的趨勢是把摩擦降到_。
　　
    因為還沒有用于預測切削液效果和性能的科學模型，是否采用干切削取決于具體的加工案例。潤滑液通常針對低速加工、難加工材料和對表面光潔度有要求的加工場合，而冷卻能力強的切削液會提高高速加工、易切削材料、簡單加工、積屑瘤問題和緊尺寸公差加工的性能。然而，很多時候，切削液提供的額外性能并不值得額外的開銷。在越來越多的加工中，切削液簡直是不必要的或有害的，因為現代切削刀具適合_的溫度，而且壓縮空氣能從切削區域帶走熱切屑。
　　
    用涂層處理熱量
　　
    涂層通常是當今不再需要切削液的另一個原因。它們通過抑制從切削區到刀片或刀具的熱傳遞來控制溫度波動。涂層的作用_像熱屏障，因為它有比刀具基體和工件材料低很多的熱導性。因此涂層刀片和刀具吸收較少的熱量，能承受_的切削溫度，這意味著車削和銑削時，可在不犧牲刀具壽命的前提下進行_速的切削。
　　
    厚度范圍在2～18μm的涂層在刀具性能里扮演著重要角色。因為薄涂層比厚涂層在快速冷卻和加熱過程中引起應力更低，并且不易破裂。對于斷續切削，這個厚度范圍較薄的一端承受溫度波動的能力更佳。在相同的應力下，厚涂層在加熱或冷卻太快時容易破裂。因此，用薄涂層刀片進行干加工通常可以延長刀具壽命達40%。
　　
    機床是否適合干加工
　　
    指定和裝備合適的機床也是這個戰略的一個重要部分。由于速度通常很快、材料通常很硬、切削溫度很高，所以機床_要剛性好、功率大。因此，對于加工中心，使用者應該努力縮短刀具懸伸量，并且，除了考慮速度和功率外，還要判斷主軸的內在剛性。
　　
    在車床上切削接近成型的零件和淬硬零件時，解決了切削力問題后，刀塔能靠機床剛性實現很長的切削行程。一臺設計良好的機床將解決那些沿著短的直接通路的力并且包含盡可能少的移動和支撐刀具的機床零件。在權衡精度和柔性后，你也許認為，直接裝在橫刀架的刀具組能消除回轉分度機構。這種設計能縮短刀具懸伸量，平衡作用于導軌上的切削力，并使支撐面_小化。
　　
    對于加工精度來說，熱穩定性也很關鍵。所以，一些機床制造商用軟件補償熱膨脹的辦法來改進其加工中心的機械部分性能。然而，控制溫度變化將開始有效地外排熱切屑來消除工作系統內部的重要熱源。好的機床設計將沒有積聚切屑的腔和托盤而是有不靠切削液幫助_能排出干切屑螺旋推運器和切屑運送裝置。如果需要用切削液協助排屑的話，考慮用壓縮空氣來代替切削液。
　　
    為了保護滾珠絲杠和導軌，避免操作工吸入空氣中的灰塵，還需要安裝伸縮蓋、防護罩、密封和吸塵裝置。從濕式加工轉變到干切削的機床設計是可行的，買一臺干加工的機床總體來講費用較低、問題更少。它的吸塵裝置和壓縮空氣輸送系統也比相應濕式加工需要的油霧收集器和冷卻泵更便宜，運行成本也由于干加工取消了冷卻液管理和處理費用而大幅下降。此外，干加工可使你從現在和將來的切削液使用責任規章制度中解放出來。