環(huán)保技術的發(fā)展動向

干式切削加工技術開發(fā)的主要思路

#p#分頁標題#e#技術開發(fā)

1. 噴霧的生成及供給技術
   通過對所有切削加工方法的分析表明，噴霧的生成和供給技術十分重要。該技術的相關課題見下表。
   分類 項目 噴霧生成

   不受刀具規(guī)格影響的穩(wěn)定的噴霧生成；

   提高噴霧生成量；

   控制噴霧量和噴霧壓力

   噴霧供給

   控制管道內噴霧的凝結；

   降低噴霧壓力損失

   維修保養(yǎng)和管理

   噴霧生成狀態(tài)監(jiān)控、異常狀態(tài)檢測

   表 噴霧生成供給的課題

   一般情況下，噴霧是在文丘里(Venturi)噴管部分借助空氣壓力把油吹散而生成的。噴霧的生成能力主要與文丘里噴管前后的空氣壓力差(以下稱差壓)有關。但由于小直徑刀具的油孔(以下為O/H)直徑小而不能確保充足的差壓，噴霧量下降很大。為克服這一缺點，有時將部分噴霧(只限空氣部分)排放，以確保足夠的差壓，但要浪費空氣。此外，由于是離散控制，不能進行每種刀具的準確控制，由于O/H斷面積不同而導致差壓發(fā)生變化，噴霧量就很不穩(wěn)定。為解決這一問題，開發(fā)出靠從橫向吹散油劑的結構，以確保即便在較小差壓條件下，也能獲得大噴霧能力的特殊的文丘里和即便在不同O/H斷面積條件下，也能保持差壓恒定(穩(wěn)定)的新技術(見圖4)，該技術的特點是不受刀具規(guī)格的限制，能穩(wěn)定地確保噴霧潤滑劑的供給。此外，該技術在廢除彎管接頭配管后，采用空氣增加器和中間緩沖措施，實現(xiàn)了最大限度地減少噴霧潤滑劑的壓力損失及潤滑劑的凝結，提高了排屑性能。

   
   材料:ADC12，f5×15，p=0.4MPa，q=30ml/h
   v=157m/min，f=0.2mm/r，F(xiàn)=2000mm/min
   圖5 即將折斷前刀尖的磨損情況

   
   圖6 刀尖溫度和能否加工的關系

   
   圖7 鉆頭折斷過程的推測 

    
2. 鉆削加工
   由于鉆削加工單位時間內切屑的切除體積大，所以散熱性很差。現(xiàn)以M6的底孔為例，其目標值進給速度設定為6000mm/min。在開始基礎試驗中，由于切屑粘刀造成切屑在鉆溝中堵塞而導致鉆頭折斷(見圖5)。在提高轉數(shù)度試驗時發(fā)現(xiàn)，鉆削能否正常進行與鉆尖的溫度密切相關(見圖6)，根據(jù)圖7所示，為此對鉆尖折斷的過程進行推測，把鉆頭溫度作為評價的項目之一進行了研究。
   
   圖8 噴霧冷卻劑供給方式
   材料:ADC12，f5×15，p=0.4MPa
   q=30ml/h，v=157m/min
   f=0.4mm/r，F(xiàn)=4000mm/min
   圖9 不同噴霧冷卻方式對刀尖溫度影響的比較
   圖10 鉆頭參數(shù)對鉆頭溫度的影響
   #p#分頁標題#e#材料:ADC12，f5×15，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=157m/min
   f=0.35mm/r，F(xiàn)=3500mm/min
   圖11 合理修磨橫刃的效果供給方式
   材料:ADC12，f5×15，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=57m/min
   f=1mm/r，F(xiàn)=3000mm/min
   圖12 刀具磨損量比較
   通常，噴霧冷卻劑是從鉆頭部分噴出，但實際鉆削時間很短，只有在這段時間，噴霧冷卻劑才起作用。此外，冷卻劑噴射到鉆頭溝槽內可抑制粘刀，但切屑的不利影響依然存在。因此，把冷卻劑供給的結構做成也可從鉆頭外周噴射冷卻劑的結構形成(見圖8)，我們把這種模式稱作“通過鉆頭排屑溝模式”，其彈簧夾頭孔部形成溝道，鉆頭柄部形成溝道、孔等的結構形式，根據(jù)不同的切削加工方法，其結構形式也有所不同。采用這樣的結構形式，利用接近、軸移動等非切削時間可使霧狀冷卻劑粘附在鉆溝上，可獲得霧狀冷卻劑的冷卻效果(見圖9)。但應注意的是，如設計不當，就不能獲得充分的冷卻潤滑效果，相反還會出現(xiàn)阻礙切屑的排出。
   為了確定合理的刀具形狀，對不同的刀具幾何參數(shù)形狀對刀尖溫度的影響進行了調查(見圖10)，調查結果表明，橫刃修磨、芯厚和油孔(O/H直徑)對鉆尖溫度影響大，其中橫刃修磨的影響最大。盡管橫刃部分的切削性能不好，但修磨成3個前傾面可使切屑排出通暢(見圖11)。由此可知，充分注意切屑的流動性至關重要。
   對鉆頭進行涂層處理可改善切屑粘刀。涂層材料有很多，但效果好的涂層是DLC(Diamond Like Carbon)涂層和超微細結晶金剛石涂層(晶粒直徑1µm左右，比普通金剛石涂層表面更光滑)。特別是超微細結晶金剛石涂層的效果更佳，即使F=10000mm/min，也不會產(chǎn)生粘刀。然而這兩種涂層在結合強度、成本等方面還存在一些需解決的難題，有待以后加以解決。
   由于新增了以上技術(涂層除外)，能夠達到F=6000mm/min的進給速度。由大量生產(chǎn)中鉆頭磨損的評價結果見圖12(在此例中因工件剛性小，鉆頭長，進給速度有所降低)，由圖可知，半干式鉆削磨損小，可實現(xiàn)良好的鉆削效果。
   

   
   材料:ADC12，M6，深度12mm，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=157m/min
   f=0.35mm/r，F(xiàn)=3500mm/min
   圖13 絲錐形狀引起小崩損量的變化

   
   材料:ADC12，M6，深度12mm，p=0.6MPa
   q=18ml/h，v=157m/min
   f=0.35mm/r，F(xiàn)=3500mm/min
   圖14 噴霧冷卻劑供給方式對形狀誤差的影響

   
   圖15 絲錐磨損量和牙型 

    

    

    

3. 螺紋加工
   在螺紋加工中，有切削加工法、搓制法和銑制法。下面介紹的是關于螺紋加工的研究開發(fā)實例，其目標是使螺紋加工精度達到JIS2級、牙形優(yōu)于濕式加工的牙形、進給速度F=3000mm/min。
   螺紋加工的技術課題是控制由于切削性能低下而產(chǎn)生擠裂切削，把擠裂切削將發(fā)生前的牙形放大后觀察，右牙形面的小崩損量比濕式切削大。高速螺紋加工采用螺旋絲錐，其切削刃的工作前角為負前角，切削性能差，在濕式攻絲時沒有問題，但在半干式切削時就有很大影響。因此，用試驗方法對不同螺旋角和前角導致小崩損量的變化情況進行了評價，其結果是螺旋角小、前角大，可大幅度減少崩損量(見圖13)。另外，采用前節(jié)所述的合理的刀具內外同時供給噴霧冷卻劑的方法，在盲孔和通孔攻絲時都能得到良好的螺紋牙形(見圖14)。由大量生產(chǎn)加工刀具磨損的評價結果見圖15，由圖可知，其磨損量比濕式攻絲還小，且螺紋牙形也很好。
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   材料:ADC12，f18.4×12，p=0.4MPa，q=30ml/h
   v=178m/min，f=0.1mm/r，F(xiàn)=300mm/min
   圖16 基礎試驗中產(chǎn)生的粘屑狀況
   圖17 刀具開發(fā)
4. 鉸削加工
   下面介紹的是關于一次將大加工余量孔完成鉸削加工的研究開發(fā)實例(f2mm左右)，其目標是使孔的表面粗糙度達到3.2Rz，圓度為0.05，進給速度為F=2000mm/min。鉸削加工的技術課題是抑制刀尖和深孔鉸刀導向塊的粘屑。將硬質合金拋光鉸刀進行基礎試驗后的刀具磨損狀況示于圖16。鉸削加工要求獲得高精度的加工質量，因此，即使是極小的粘刀，也會影響鉸孔的質量。為了抑制切削刃產(chǎn)生粘刀，對鉸刀的螺旋角、涂層和切削刃的材質等進行了試驗，結果表明，切削刃材料采用合成金剛石的效果最佳。
   過去，深孔鉆的導向塊和已加工面接觸能確保良好的圓度和表面粗糙度，因此，硬質合金部分和已加工表面接觸能抑制粘屑，把切削刃做成有刃帶的結構而形成臺階式多刃表面，讓只有刃帶部分接觸已加工面，這樣可降低形成已加工面的切削刃負荷，確保良好的導向性和提高加工精度(見圖17)。
5. 設備
   在干式切削加工中，設備、切屑處理很重要。在干式切削加工中，由于沒有切削液沖洗排屑，切屑易在夾具、床身上產(chǎn)生堆積及粘附在刀具基準面上而發(fā)生支承異常。為解決這些問題，從設備制定標準規(guī)格階段就應考慮到干式切削加工，應設計相應的床身、導軌、夾具及防護罩等。具體來說就是要進行在產(chǎn)生切屑的正下方設置切屑回收中心槽、設置工件裝卸時吹去基準面上切屑的空氣噴射裝置及對夾具、切屑防護罩進行潤滑性涂層處理等。但在自動傳送線方面，還有開發(fā)機內清洗裝置的課題。