干式切削工艺的成败,关键在于找到一种代替冷却和润滑的方法。目前,比较成功的干式切削法有两种:高速干式切削和低温冷风切削。

一、高速干式切削与低温冷风切削
  高速干式切削法
  该加工方法是在无冷却、润滑油剂的作用下,采用很高的切削速度进行切削加工。干式切削必须选用适当的切削条件。首先,采用很高的切削速度,尽量缩短刀具与工件间的接触时间,再用压缩空气或其他类似的方法移去切屑,以控制工作区域的温度。随着数控技术的广泛使用,机床刚性和动态性能不断提高,提高机床的切削速度并非难事。实践证明,当切削参数设置正确时,切削产生的热量80%可被切屑带走。

  高速干式切削法对刀具有严格的要求:①刀具应具有优异的耐高温性能,可在无切削液条件下工作。新型硬质合金、聚晶陶瓷和CBN等切削材料是干式切削刀具的首选材料;②切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小(最有效的方法是刀具表面涂层),并辅以排屑良好的刀具结构,减少热量堆积;③干式切削刀具还应具有比湿式切削刀具更高的强度和抗冲击韧性。

  低温冷风切削
  该切削方法是一种用-10~-100℃的冷风和非常微量的植物油代替冷却和润滑油剂冷却的加工方法。它由日本明治大学的横川和彦等最先提出。研究发现,在金属切削加工过程中,如果只给加工点提供非常微量、润滑效果良好且未氧化的植物油,加工点就会因高温而丧失润滑性。若给加工点提供冷风(-10~-100℃),就可以防止加工点的高温化,避免上述情况发生。

  冷风切削时切削性能大大提高。试验表明,冷风切削、磨削在性能方面比油剂切削、磨削提高了2倍以上。图1所示是有、无植物油切削剂与冷风时的切削性能对比情况。可以看出,仅使用冷风切削就比使用植物油切削的效果好,而冷风与微量植物油一起使用时,刀具的切削性能进一步加强。试验时的切削条件:工件直径:f92~f98mm,切削速度:45.1~48.0m/min,进给:0.5mm,切削刀具:刀尖半径R0.4,相当于SKH4高速钢,不重磨刀片。

  使用温度非常低的强冷风加工时,为防止油剂冻结而丧失润滑性,可在加工前,在刀具表面涂上微量的植物油,然后给加工点供应强冷风。即不让强冷风与油剂混在一起,效果会更好。使用微量植物油剂,不但降低了切削能耗,而且还消除了工件锈蚀现象。

二、干式切削在齿轮加工领域的应用
  新的硬质合金涂层方法和数控机床的使用,使圆柱齿轮制造出现新趋势:无冷却的硬质合金刀具高速切削。若工艺参数按最佳设置,可使加工时间短,刀具寿命更长。日本三菱公司、美国格里森公司等都在这方面开展了卓有成效的研究。

  日本三菱公司推出了世界上第一套干式滚切系统。它采用的切削速度是传统滚切速度的)倍,可达到200m/min。干式滚切对滚刀有特殊的要求,三菱公司设计的专用干式滚刀,采用MACH7高速钢,表面涂有专用涂层,有助于散热并减少刀具损耗,其寿命可延长到一般湿切方式的5倍。这一系统在加工汽车末级传动齿轮、大型载重齿轮、汽车小齿轮及行星齿轮时效果都很理想,生产成本至少降低40%。

  美国格里森公司用硬质合金滚刀在Phoenix机床上用干式切削法加工锥齿轮,与传统的高速钢刀具湿式切削法相比,降低切削时间为50%,而且齿轮的表面粗糙度显著降低和几何精度也大大提高,加工精度可达AGMA12~13级。该公司生产的GP系列滚齿机,以其独特的设计,使其干切质量能与湿切质量媲美。其床身设计成大角度斜坡,以利切屑流动。床身内部循环冷却,以利于维持热平衡。此外,机床还配有一套真空除屑除尘系统。这一系列滚齿机,滚切转速可达3000r/min。

  高速干式切削法有如下优点:首先,由于它省去了油屑分离过程,无冷却润滑油箱和油屑分离装置以及相应的电气设备,因此,机床结构紧凑。其次,这种方法极大地改善了加工环境;加工费用也大大降低。为进一步延长刀具寿命、提高工件质量,可在齿轮干式切削过程中,每小时使用10~1000ml润滑油进行微量润滑。这种方法产生的切屑可以认为是干切屑,工件的精度、表面质量和内应力不受微量润滑油的负面影响,还可以用自动控制设备进行过程监测。

  美国费特公司(LMT-Fette)用硬质合金刀具干式滚切齿轮,使齿轮单件加工时间和成本明显降低。日本坚藤铁工所开发的KC250H型干式滚齿机,采用硬质合金滚刀、冷风冷却、微量润滑,进行高速滚齿,由于供给的是温度稳定的冷风,工件的热变形极小。它与传统的采用高速钢滚刀KA220型湿式滚齿机相比,加工速度提高了3.2倍,齿轮精度也明显提高。