乾式切削的工具機、刀具與塗層技術

乾式切削的工具機技術

• 切削熱傳出和切屑、塵埃的排出要迅速。
• 乾式加工時如果採用噴霧進行冷卻，採用切削液時的負面影響就沒有了。
• 切屑和刀具不用長時間冷卻，切屑和刀具之間的分離時間較短，排屑顯得比較困難。
• 通過刀具設計和塗層技術來補救排屑與冷卻問題
• 通過刀具設計和塗層技術儘管有所改善排屑與冷卻問題，有時必須增加使用冷卻和潤滑。
• 乾式加工中冷卻或潤滑也稱為準乾式加工

1. 壓縮空氣或冷風進行冷卻
2. 車削採用-20℃冷風及少量潤滑油
3. 噴霧潤滑，用於鑽削

乾式切削的刀具材料

• 高硬度材料的出現，為乾式切削提供了可能。
• 乾式切削要求刀具材料具有極高的紅硬性和熱韌性
• 必須有良好的耐磨性、耐熱衝擊和抗粘結性。
• 目前乾式切削加工的刀具材料主要：超細硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石等超硬度材料。
• 超細硬質合金

1. 可以提高普通硬質合金的韌性，具有很好的耐磨性和耐高溫性
2. 可製作大前角的深孔鑽頭和刀片，用於銑削和鑽削的乾式加工。

• 陶瓷刀具(Al203,Si3N4、金屬陶瓷(Cennet)等

1. 材料的硬度在高溫下也很少降低，即具有很好的紅硬性，因此很適合於一般目的的乾切削而無須冷卻液。
2. 這類材料一般較脆，即熱韌性不好，故不適用於進行斷續切削。
3. 陶瓷刀具較適合用於進行乾車削而不適用於乾銑削。

• 立方氮化硼(CBN)

1. 硬度很高，達HV3200~HV4000，僅次於金剛石
2. 熱傳導率好，達1300W/MK，具有良好的高溫化學穩定性，在1200℃下熱穩定性很好。
3. 採用CBN刀具加工鑄鐵，可大大提高切削速度，用於加工淬火鋼，可以以車削代替磨削。

• 聚晶金剛石(PCD)

1. 刀具硬度非常高，可達HV7000~HV8000，熱導率可達2100W/MK，線膨脹係數小。
2. PCD刀具切削時產生的熱能可以很快從刀尖傳遞到刀體，從而減少刀具熱變形引起的加工誤差。
3. PCD刀具比較適用於乾式加工銅、鋁及鋁合金工件。

乾式切削的塗層技術

• 對刀具進行塗層處理，是提高刀具性能的重要途徑。
• 在乾切削技術中，刀具塗層發揮著非常重要的作用。
• 近十年來，刀具塗層技術發展非常迅速

1. 塗層工藝越來越成熟
2. 塗層材料多達15種
3. 有的刀具在刀體上的塗層多達13層。
4. 隨著技術的發展，現已解決了塗層與基體材料結合強度低的技術難題。

• 塗層有類似於冷卻液的功能

1. 產生一層保護層，把刀具與切削熱隔離開來
2. 使熱量很少傳到刀具，從而能在較長的時間內保持刀尖的堅硬和鋒利

• 表面光滑的塗層

1. 減少摩擦來降低切削熱，保持刀具材料不受化學反應的作用
2. 大多數高速乾切削中，高溫對化學反應有很大的催化作用。