干式切削齒輪加工作用,關鍵于找到一種代替冷卻潤滑方法。目前,比較成功干式切削法有兩種:高速干式切削低溫冷風切削。
一、高速干式切削與低溫冷風切削
高速干式切削法
該加工方法無冷卻、潤滑油劑作用下,采用很高切削速度進行切削加工。
干式切削必須選用適當切削條件。首先,采用很高切削速度,盡量縮短刀具與工件間接觸時間,再用壓縮空氣或其他類似方法移去切屑,以控制工作區(qū)域溫度。隨著數(shù)控技術廣泛使用,機床剛性動態(tài)性能不斷提高,提高機床切削速度并非難事。實踐證明,當切削參數(shù)設置正確時,切削產生熱量80%可被切屑帶走。
高速干式切削法對刀具有嚴格要求:①刀具應具有優(yōu)異耐高溫性能,可無切削液條件下工作。新型硬質合金、聚晶陶瓷CBN等切削材料干式切削刀具首選材料;②切屑刀具之間摩擦系數(shù)要盡可能?。ㄗ钣行Х椒ǖ毒弑砻嫱繉樱⑤o以排屑良好刀具結構,減少熱量堆積;③干式切削刀具還應具有比濕式切削刀具更高強度抗沖擊韌性。
低溫冷風切削
該切削方法一種用-10~-100℃冷風非常微量植物油代替冷卻潤滑油劑冷卻加工方法。它由日本明治大學橫川彥等最先提出。研究發(fā)現(xiàn),金屬切削加工過程,如果只給加工點提供非常微量、潤滑效果良好且未氧化植物油,加工點就會因高溫而喪失潤滑性。若給加工點提供冷風(-10~-100℃),就可以防止加工點高溫化,避免上述情況發(fā)生。
冷風切削時切削性能大大提高。試驗表明,冷風切削、磨削性能方面比油劑切削、磨削提高了2倍以上。有、無植物油切削劑與冷風時切削性能對比情況。可以看出,僅使用冷風切削就比使用植物效果好,而冷風與微量植物油一起使用時,刀具切削性能進一步加強。試驗時切削條件:工件直徑:f92~f98mm,切削速度:45.1~48.0m/min,進給:0.5mm,切削刀具:刀尖半徑R0.4,相當于SKH4高速鋼,不重磨刀片。
無精密潤滑油,無冷風加工;有精密潤滑油,無冷風;
有精密潤滑油,有冷風;無精密潤滑油,有-16.7℃冷風
有、無植物油切削劑及冷風時切削性能
使用溫度非常低強冷風加工時,為防止油劑凍結而喪失潤滑性,可加工前,刀具表面涂上微量植物油,然后給加工點供應強冷風。即不讓強冷風與油劑混一起,效果會更好。使用微量植物油劑,不但降低了切削能耗,而且還消除了工件銹蝕現(xiàn)象。
二、干式切削齒輪加工領域應用
新硬質合金涂層方法數(shù)控機床使用,使圓柱齒輪制造出現(xiàn)新趨勢:無冷卻硬質合金刀具高速切削。若工藝參數(shù)按最佳設置,可使加工時間短,刀具壽命更長。日本三菱公司、美國格里森公司等都這方面開展了卓有成效研究。
日本三菱公司推出了世界上第一套干式滾切系統(tǒng)。它采用切削速度傳統(tǒng)滾切速度)倍,可達到200m/min.干式滾切對滾刀有特殊要求,三菱公司設計專用干式滾刀,采用MACH7高速鋼,表面涂有專用涂層,有助于散熱并減少刀具損耗,其壽命可延長到一般濕切方式5倍。這一系統(tǒng)加工汽車末級傳動齒輪、大型載重齒輪、汽車小齒輪及行星齒輪時效果都很理想,生產成本至少降低40%.
美國格里森公司用硬質合金滾刀Phoenix機床上用干式切削法加工錐齒輪,與傳統(tǒng)高速鋼刀具濕式切削法相比,降低切削時間為50%,而且齒輪表面粗糙度顯著降低幾何精度也大大提高,加工精度可達AGMA12~13級。該公司生產GP系列滾齒機,以其獨特設計,使其干切質量能與濕切質量媲美。其床身設計成大角度斜坡,以利切屑流動。床身內部循環(huán)冷卻,以利于維持熱平衡。此外,機床還配有一套真空除屑除塵系統(tǒng)。這一系列滾齒機,滾切轉速可達3000r/min.
高速干式切削法有如下優(yōu)點:首先,由于它省去了油屑分離過程,無冷卻潤滑油箱油屑分離裝置以及相應電氣設備,因此,機床結構緊湊。其次,這種方法極大地改善了加工環(huán)境;加工費用也大大降低。為進一步延長刀具壽命、提高工件質量,可齒輪干式切削過程,每小時使用10~1000ml潤滑油進行微量潤滑。這種方法產生切屑可以認為干切屑,工件精度、表面質量內應力不受微量潤滑油負面影響,還可以用自動控制設備進行過程監(jiān)測。
美國費特公司(LMT-Fette)用硬質合金刀具干式滾切齒輪,使齒輪單件加工時間成本明顯降低。日本堅藤鐵工所開發(fā)KC250H型干式滾齒機,采用硬質合金滾刀、冷風冷卻、微量潤滑,進行高速滾齒,由于供給溫度穩(wěn)定冷風,工件熱變形極小。它與傳統(tǒng)采用高速鋼滾刀KA220型濕式滾齒機相比,加工速度提高了3.2倍,齒輪精度也明顯提高。
三、小結
干式切削與濕式切削相比,不但極大地提高了機床生產效率,降低了工件加工成本,而且有利于保護環(huán)境,節(jié)約自然資源。國外,干式切削研究應用都比較廣泛,據(jù)有關部門統(tǒng)計,目前西歐已有近一半企業(yè)采用干式切削加工。國內雖有部分機構從事這方面研究工作,但齒輪加工領域內應用還空白。
ISOJIS14000系列標準分別于1996年制定生效,這些標準對環(huán)境管理及監(jiān)測有嚴格規(guī)定。它們實施,無疑對我國機床產品出口又一次挑戰(zhàn)。為提高我國產品技術含量工藝創(chuàng)新能力,國際市場競爭立于不敗之地,開展干式切削加工技術研究開發(fā)十分必要迫切。
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