行業(yè)方案

隨著現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，切削技術(shù)和切削工藝的不斷創(chuàng)新對(duì)切削液的性能提出了更高要求。尤其是近年來環(huán)境保護(hù)和人類健康日益成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，而切削液會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成污染和損害，因此切削液的使用和廢液處理已受到環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的制約。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，使用切削液加工時(shí)產(chǎn)生的煙霧量也要受到嚴(yán)格限制，對(duì)某些切削液廢液及帶有切削液的切屑要求必須作為有毒材料加以處理，其處理成本不斷提高。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，現(xiàn)代切削液技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。     

1、高性能、長(zhǎng)壽命、低污染切削液的開發(fā)及廢液處理技術(shù)研究

　　近年來，我國(guó)進(jìn)口數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)制造設(shè)備越來越多，所需切削液若長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，因價(jià)格昂貴，將使生產(chǎn)成本大幅度上升。因此，研制高性能切削液以替代進(jìn)口產(chǎn)品已成當(dāng)務(wù)之急。目前，我國(guó)水基切削液的使用范圍越來越廣，且已開始從乳化液向性能好、壽命長(zhǎng)的合成切削液、微乳化液過渡。在發(fā)達(dá)國(guó)家，微乳化液已普遍使用，并正在大力研究環(huán)保型切削液。

      目前，國(guó)內(nèi)外切削液研究的重點(diǎn)內(nèi)容包括：研制高性能切削液，研究延長(zhǎng)切削液使用壽命的供液方法以減少?gòu)U液排放量；研究更有效和更?濟(jì)的廢液處理方法，除使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)之外，還應(yīng)盡可能減少有害污染物在環(huán)境中的積累。

 ２、切削液的適當(dāng)用量

　　傳統(tǒng)的切削液供液方法常采用澆注法，尤其對(duì)于水基切削液，通常是將一定壓力、較大流量的切削液噴射覆蓋到切削區(qū)，以起到潤(rùn)滑、冷卻等作用。在加工條件發(fā)生變化時(shí)，如在更換工件材料或更換刀具類型及幾何參數(shù)的情況下，通常也不會(huì)(或很少)調(diào)整切削液用量。美國(guó)密執(zhí)安技術(shù)大學(xué)對(duì)切削加工中有關(guān)切削液的適當(dāng)用量問題進(jìn)行了研究，試圖在滿足加工要求的情況下，使切削液用量最少，與切削液有關(guān)的費(fèi)用也降至最低。他們?cè)诟Ｌ毓舅龅脑囼?yàn)中，對(duì)切削液的濃度、工件材料、刀具類型及幾何參數(shù)等都進(jìn)行了測(cè)試與研究，并對(duì)工件表面粗糙度、積屑瘤和切削力等作了分析，通過試驗(yàn)得出了最適當(dāng)?shù)那邢饕河昧?。美?guó) Thyssen制造公司正全力研究“最小潤(rùn)滑”加工技術(shù)，使切削液液流或氣霧通過刀具作用于加工區(qū)域，切削液的流量由CNC程序控制，效果十分理想。

３、開發(fā)傳統(tǒng)切削液的替代品

　　在這方面研究最多的是液氮冷卻。氮?dú)馐谴髿庵泻孔疃嗟某煞郑旱鳛橹蒲豕I(yè)的副產(chǎn)品，資源十分豐富。以液氮作為切削液，使用后直接揮發(fā)成氣體返回大氣中，不會(huì)產(chǎn)生任何污染物，從環(huán)保角度看，是一種極有前途的切削液替代品。液氮冷卻的利用方法之一是將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)。美國(guó)懷特州立大學(xué)的S.Y.Hong和印度工學(xué)院的S.Paul分別在車削和磨削加工中對(duì)液氮冷卻進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在超低溫加工狀態(tài)下，刀具材料能夠保持良好的切削性能，可提高切削效率和加工質(zhì)量；同時(shí)液氮可顯著降低磨削區(qū)溫度， 減少磨削燒傷。液氮冷卻的另一種利用方法是間接利用，即不將液氮直接噴射到切削區(qū)。美國(guó)林肯大學(xué)的Z.Y.Wang在多晶體CBN刀具上部的方盒內(nèi)儲(chǔ)存液氮，由進(jìn)口輸入，從出口流出，用這種方式車削燒結(jié)氮化硅時(shí)，刀具壽命延長(zhǎng)了10倍，磨損降低1/4。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)國(guó)際研究所的Evans用金剛石刀具切削不銹鋼時(shí)，利用液氮冷卻刀桿或夾具，減少了刀具磨損，加工表面粗糙度低于Ra0.025μm。

　　噴氣冷卻也是液氮的利用方式之一，直接用于切削冷卻的不是氮?dú)獗旧?，而是被液氮冷卻過的氣體。日本學(xué)者研制的噴氣冷卻磨削系統(tǒng)就是利用?液氮冷卻過的超低溫(-50°以下)氣體直接噴吹于磨削部位，砂輪為經(jīng)固體潤(rùn)滑劑處理或添加了極少量超精植物油的CBN砂輪。試驗(yàn)表明，磨削后工件材料的殘余壓應(yīng)力比使用磨削液時(shí)要大，且殘余應(yīng)力的分布區(qū)域變寬，可顯著提高零件的抗疲勞強(qiáng)度和使用壽命。

４、干切削

　　目前，國(guó)外已有嚴(yán)格的法規(guī)限制某些切削液的使用，且廢液處理費(fèi)用極高，如德國(guó)每年廢液處理約耗資10億馬克。因此，在美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均大力倡導(dǎo)采用干式切削工藝。目前采用干式切削加工鑄鐵材料已無問題，如美國(guó)LeBlong 
      Makino公司提出的“紅月牙”鑄鐵加工法，采用陶瓷和CBN刀具，在高速和大進(jìn)給量加工時(shí)，使熱量很快聚集到刀具前端，使其呈紅熱狀態(tài)，當(dāng)工件被加熱到371°時(shí)，其屈服強(qiáng)度減小，可獲得較高的金屬切除率。鋁材在發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力系統(tǒng)中應(yīng)用量很大，因此鋁材的干式切削也受到重視。據(jù)報(bào)道，BigThree公司的高速金剛石干式加工系統(tǒng)(轉(zhuǎn)速1,500r/min，用于變速箱上鋁質(zhì)通道板的加工，加工精度達(dá)0.05mm，每小時(shí)可加工 600件，與磨削加工相比，每年可節(jié)約300多萬美元。另外，對(duì)鋼和鎂等材料的干式切削工藝也在研究之中。 
　　在某些應(yīng)用場(chǎng)合，可利用激冷氣體及旋風(fēng)噴霧器來降低切削溫度，如噴氣冷卻。有人預(yù)測(cè)，將來如采用高性能刀具材料和排屑性能極好的刀片斷屑槽型，結(jié)合使用冷卻氣體，可實(shí)現(xiàn)不再使用切削液的目標(biāo)。

５、現(xiàn)代切削液發(fā)展趨勢(shì)

　　目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者正在努力探索減少或消除環(huán)境污染的切削加工方法，但研究目標(biāo)大多集中在不使用傳統(tǒng)切削液的加工上。從目前的發(fā)展情況看，無論液氮冷卻、噴氣冷卻或干切削，雖然各有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但也有其局限性，如上述三種方法都存在切屑形成過程中潤(rùn)滑性差的問題，因而不得不使用一些潤(rùn)滑劑；另外，目前的機(jī)床主體多為鑄鐵材料，而工件切削后新生的金屬表面具有極強(qiáng)的化學(xué)活性，暴露在空氣中均會(huì)很快生銹。如用液氮、噴氣冷卻或干式切削，則后續(xù)工序中必須增加機(jī)床和工件的防銹處理，而防銹液、清洗液等同樣會(huì)污染環(huán)境。由此可見，在切削加工領(lǐng)域，離全面取代采用傳統(tǒng)切削液的濕式加工還相當(dāng)遙遠(yuǎn)，而現(xiàn)代切削液的研究開發(fā)就顯得更為迫切。目前研究開發(fā)的重點(diǎn)是：大力開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康負(fù)作用小、加工性能優(yōu)越的切削液， 朝著對(duì)人和環(huán)境完全無害的綠色切削液方向發(fā)展；同時(shí)，努力改進(jìn)供液方法，優(yōu)化供液參數(shù)和加強(qiáng)使用管理，以延長(zhǎng)切削液的使用壽命，減少?gòu)U液排放量；此外，還應(yīng)進(jìn)一步研究廢液的回收利用和無害化處理技術(shù)。

　　開發(fā)傳統(tǒng)切削液的替代品，并加強(qiáng)實(shí)用化技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)和適用范圍等方面的研究。 
　　研究干式切削方法，尋求干式切削刀具、工件和機(jī)床及其參數(shù)的最佳配合方式，大力推廣干式切削應(yīng)用技術(shù)。