1、金屬切削加工的概述

    金屬切削加工是指用刀具從工件上切除多余的材料，從而使工件的形狀、尺寸、位置和表面質(zhì)量均符合技術(shù)要求的加工方法。實(shí)現(xiàn)這一切削過(guò)程必須具備三個(gè)條件：工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即切削運(yùn)動(dòng)；刀具材料必須具備一定的切削性能；刀具必須具有適當(dāng)?shù)膸缀螀��?shù)，即切削角度等。金屬的切削加工過(guò)程是通過(guò)機(jī)床或手持工具來(lái)進(jìn)行切削加工的，其主要方法有車、磨、鉆、齒輪加工、劃線、銼、研、攻螺紋、套螺紋等。其形式雖然多種多樣，但它們有很多方面都有著共同的現(xiàn)象和規(guī)律，這些現(xiàn)象和規(guī)律是學(xué)習(xí)各種切削加工方法的共同基礎(chǔ)。而由材料力學(xué)理論可知，金屬切削層的材料受到刀具的擠壓作用后應(yīng)力增大，擠壓層金屬先產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到彈性極限后，產(chǎn)生塑性變形，金屬的晶格沿晶面發(fā)生滑移，隨著滑移量的增大，金屬切削層與母體金屬產(chǎn)生破裂直至分離從而形成切削。

2、金屬切削加工的技術(shù)要點(diǎn)

    2.1、切削力

    在切削過(guò)程中，刀具切入工件，使切削層變?yōu)榍行疾⒀厍暗睹媪鞒�，同時(shí)獲得以加工表面。這不僅需要克服使工件材料產(chǎn)生剪切變形的作用力，還需要克服發(fā)生在刀具前、后刀面上的內(nèi)摩擦阻力。而切削過(guò)程中實(shí)際切削力的大小，可以利用測(cè)力儀測(cè)出。測(cè)力儀的種類很多，較常用的是電阻絲式和壓電晶體式測(cè)力儀。測(cè)力儀經(jīng)過(guò)標(biāo)定以后就可測(cè)出切削過(guò)程中各個(gè)分力的大小。

    2.2、切削熱

    切削金屬時(shí)，由于切屑剪切變形所作的功和刀具前面、后面摩擦所作的功都轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔�這種熱叫切削熱。同時(shí)，切屑、工件以加工表面與刀具間的摩擦，也會(huì)消耗一部分功率，從而相應(yīng)的產(chǎn)生熱量。而使用切削液時(shí)，刀具、工件和切屑上的切削熱主要由切削液帶走；不用切削液時(shí)，切削熱主要由切屑、工件和刀具帶走或傳出，其中切屑帶走的熱量最大，傳向刀具的熱量雖小，但前面和后面上的溫度卻影響著切削過(guò)程和刀具的磨損情況，所以了解切削溫度的變化規(guī)律是十分必要的。

    2.3、切削溫度

    切削過(guò)程中切削區(qū)各處的溫度是不同的，形成一個(gè)溫度場(chǎng)切屑和工件的溫度分布，這個(gè)溫度場(chǎng)影響切屑變形、積屑瘤的大小、加工表面質(zhì)量、加工精度和刀具的磨損等，還影響切削速度的提高。一般說(shuō)來(lái)，在切削過(guò)程中，由于切削力所做的機(jī)械工絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，如果切削熱不及時(shí)傳散，則切削區(qū)的平均溫度將大幅度的上升。切削溫度的升高，一方面使得切削區(qū)工件材料的強(qiáng)度、硬度下降，且使一些耐熱性好、脆性大的刀具材料的韌性有所改善從而切削過(guò)程進(jìn)行比較順利；但更主要的另一方面是切削溫度的升高，會(huì)加速刀具的磨損，使工件及刀具產(chǎn)生熱變形，影響加工精度，造成工件表面的熱損傷。

    2.4、影響切屑變形、切削力及切削溫度的因素

    影響切屑變形、切削力及切削溫度的因素包括工件材料、切削速度、進(jìn)給量、切削深度、切削液和刀具前角等。首先工件材料因素，材料的強(qiáng)度越大、硬度越高、塑性越小，則產(chǎn)生的切屑變形也就相應(yīng)的小；其次是切削速度因素，隨切削速度的上升，切屑變形呈下降趨勢(shì)。切削速度達(dá)到一定值后，切削力也有下降的趨勢(shì)：第三是進(jìn)給量因素，進(jìn)給量增大，切削厚度將會(huì)增大，切屑的變形程度就會(huì)變小，但是由于切削面積會(huì)增大，切削力及切削溫度均要上升；第四切削深度，切削深度增大，切屑變形變化不大，但是由于切削面積成正比增大，切削力呈正比增大；第五是切削液因素，切削液的冷卻和潤(rùn)滑性能越好，切屑變形、切削力及切削溫度三者都會(huì)的到改善，因此都會(huì)下降；第六是前角的增大，切屑變形會(huì)變小，對(duì)切削力影響也比較明顯，切削力也會(huì)變小，其中在三個(gè)方向力中，主要是進(jìn)給力和背向力受到的影響較大。

3、面向未來(lái)的綠色金屬切削加工技術(shù)研究

    3.1、綠色金屬切削加工的優(yōu)點(diǎn)分析

    綠色環(huán)保切削加工的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在減少污染、成本低廉及生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。綠色金屬切削加工方式是不用或使用極少量的切削液，而切削液是金屬切削加工中造成環(huán)境污染的一個(gè)重要根源。同時(shí)從不用或使用極少量的切削液的優(yōu)點(diǎn)可以看出，生產(chǎn)中不用或使用極少量的切削液，可以減少10%-15%的加工成本，一般為常規(guī)切削加工的四分之一。有些可使零件的總成本下降55%。

    3.2、不使用或減少切削液的種類

    金屬加工企業(yè)都期望使用一種能適用于所有類型金屬切削工藝和所有種類工件材料的切削液，無(wú)需因?yàn)榧庸さ淖兓�而不斷更換切削液，這樣就可節(jié)省時(shí)間、提高生產(chǎn)效率�？梢韵胂�，要開(kāi)發(fā)這樣一種萬(wàn)能金屬切削液難度極大，要確保切削液在范圍如此廣泛的金屬加工中仍然具有必需的性能，并不現(xiàn)實(shí)。因此，使用用干切削加工代替濕加工，是機(jī)械制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。

    3.3、干切削刀具技術(shù)

    干切削是一項(xiàng)新興制造技術(shù)，其在機(jī)械加工中，為保護(hù)環(huán)境、降低成本而有意識(shí)地減少或完全停止使用切削液。高速干切削技術(shù)是在獲得高精度同時(shí)，又限制使用切削液，消除了由切削液帶來(lái)的環(huán)境污染危害工人健康。增加制造成本和廢液處理成本等負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。但是實(shí)現(xiàn)干式切削的最大技術(shù)難題是刀具，他是使干式切削加工得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素。刀具在切削加工過(guò)程中，要承受很大的壓力，同時(shí)由于切削時(shí)產(chǎn)生的金屬塑性變形以及在無(wú)切削液的情況下刀具、切屑、工件相互接觸表面間將產(chǎn)生更強(qiáng)烈的摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生極高的溫度和受到很大的應(yīng)力，在這樣的條件下，刀具將迅速磨損或破損，因此干式切削刀具材料應(yīng)具備更高的耐熱性和熱韌性，良好的耐熱沖擊性、抗粘結(jié)性及高的耐磨性。

    3.4、干切削的機(jī)床技術(shù)

    設(shè)計(jì)干切削機(jī)床時(shí)主要考慮兩個(gè)問(wèn)題：一個(gè)是切屑和灰塵的快速排出；另一個(gè)是切削熱的迅速散發(fā)。因?yàn)樵谠诟汕邢髦�，由于沒(méi)有切削液的冷卻、潤(rùn)滑和排屑作用，切削力和切削熱急劇增加。即便是選用超硬刀具材料或者是對(duì)刀具表面進(jìn)行適宜的涂層處理，卻無(wú)法避免大量熾熱的切屑堆積在切削區(qū)和機(jī)床上。這不僅破壞了切削過(guò)程，造成切屑的再切削而導(dǎo)致已加工表面惡化，還會(huì)使機(jī)床溫升和熱變形加劇，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。首先對(duì)于一些無(wú)法排出的熱量，則相關(guān)部件應(yīng)采取隔熱措施。為了便于排屑，干切削機(jī)床應(yīng)盡可能采用立式主軸和傾斜式床身。另外，采用吸氣系統(tǒng)可防止工作臺(tái)和其它支承部件上熱切屑的堆積。內(nèi)置的循環(huán)冷氣系統(tǒng)用以提高機(jī)床工藝系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性。在加工區(qū)的某些關(guān)鍵部位設(shè)置溫度傳感器，用以監(jiān)控機(jī)床溫度場(chǎng)的變化情況，必要時(shí)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行精確的誤差補(bǔ)償。

4、結(jié)束語(yǔ)

    隨著人類對(duì)資源和環(huán)境保護(hù)的日益重視，金屬切削加工的負(fù)面影響逐漸引起人們關(guān)注。綠色金屬切削加工，是機(jī)械制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。為了跟上國(guó)際形勢(shì)，順應(yīng)世界切削技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)應(yīng)加快對(duì)綠色金屬切削加工技術(shù)的研究。21世紀(jì)的制造業(yè)對(duì)綠色環(huán)保的要求越來(lái)越高，綠色金屬切削加工技術(shù)作為一種對(duì)于節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境、降低成本具有重要意義，隨著機(jī)床技術(shù)和刃具技術(shù)及其相關(guān)工藝研究的深入，綠色金屬切削加工技術(shù)必將成為金屬切削加工的主要發(fā)展方向。 

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