干式切削技术的国内外研究与应用现状及展望

1995年干式切削加工的科学意义被正式确立，从此以后德国、美国和日本等工业发达国家非常重视它的研究。干式切削加工技术已经成功应用到了生产领域，取得了良好的社会效益和经济效益。德国在干式切削加工领域中处于领先地位，2008年已约有20%以上的企业采用干式切削加工技术，这预示着干式切削加工技术是未来切削加工发展的一个重要方向。日本也已成功开发了不使用切削液的干式切削加工中心，装有液氮冷却的干式切削加工系统，从空气中提取高纯度氮气，常温下以0.5～0.6MPa压力将液氮送往切削区顺利实现干式切削加工。

以色列ISCARG公司认为，干式切削加工工艺是切削加工技术的主要发展趋势，干式切削加工应用普遍。因为车削中切削区的热量恒定，容易通过采用新型硬质合金刀具，选用合理的进给量和切削速度，就能进行干式切削加工，在某些场合还可以利用激冷气体或旋风喷雾降低切削温度。

此外，其他工业发达国家，如加拿大、英国等也纷纷开展了有关干式切削加工技术方面的研究。有些发展中国家也非常重视干式切削加工的研究，通过这种途径积极鼓励和支持制造业开展相关工作。随着刀具材料、涂层技术、刀具结构和工艺装备的发展及对环境管理和监测有严格规定的ISO14000系列标准的出台，美国、德国、日本等国家已对干式切削加工进行了大量的研究，硬车削、静电冷却、低温冷风冷却等干式切削技术得到了应用与实际生产，取得了明显的经济效益和社会效益。

美国LEBLOND MAKINO公司研究开发的“红月牙”（Red Crescent）铸铁干式切削加工技术，就是利用陶瓷或CBN刀具进行高速切削，由于干式切削速度和进给量均很高，产生的热量很快积聚在刀具前端产生红热状态，工件加热到370℃，屈服强度将下降，从而大大提高了生产效率，切除率可达49cm³/min，提高效率两倍多，此时的切削速度可达914～1219m/min，进给速度为1270～5080mm/min，该技术可用于小直径刀具。

日本某公司研制开发的一种新型刀具，使用它进行切削加工不再需要切削液，利用该技术生产的滚刀、剃齿刀，以及用于加工弧齿锥齿轮的刀具已经商品化，这种技术同时在日本及欧美各国申请了16项相关专利。该公司最新生产的滚齿机已经配用了这种新型刀具，在同样的使用条件下，刀具寿命延长了4倍，切削速度达到了200m/min，是原来的2倍，加工一个零件的刀具成本降低了40%左右。尽管新刀具的售价是原来产品的2.5～3倍，但它所带来的好处是显而易见的，既降低了生产成本，又有利于环境保护。

俄罗斯的罗士技术科研公司已经开发出在许多国家获得专利的生态型静电冷却干式切削技术，该技术可以在很多情况下代替切削液，适用于多种材料的车削、铣削、滚齿、钻孔等多种加工场合，能够提高刀具使用寿命和加工表面质量，并且易于在工件表层产生压应力。

日本的三菱公司推出了世界上第一套干式滚切系统，其切削速度是传统滚切速度的2倍，达到200m/min。美国的格里森公司用硬质合金滚刀在Phoenix机床上用干式切削技术加工锥齿轮，滚切速度可达3000r/min，降低切削时间50%，加工精度可达AGM12～13级，如图8-4所示。(www.xing528.com)

图8-4 齿轮干式切削滚刀

我国也非常重视干式切削加工技术的研究工作。合肥工业大学材料学院承担的国家科技攻关地方重大项目——纳米TiN、AlN改性的TiC基金属陶瓷刀具制造技术，这标志着一种利用纳米材料制作的新型金属陶瓷刀具问世。应用这项新技术研制的纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具，具有优良的力学性能，在干式切削加工试验研究中，与硬质合金刀具相比，刀具寿命提高两倍以上，生产成本却与其相当。

山东大学机械工程学院以TiB₂为添加剂、Al₂O₃为基体，研制了Al₂O₃/TiB₂陶瓷刀具材料，并用该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干式切削试验。结果表明，当切削速度大于120m/min时，刀具开始表现出高温自润滑性能，自润滑膜的组成为Al₂O₃/TiB₂陶瓷刀具中TiB₂的氧化物，它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用，进而降低前刀面的摩擦，减轻刀具的粘着磨损，提高刀具的耐磨性能，具有良好的减摩和抗磨作用。

我国的一些科研院所也已经开展了干式切削加工的研究，并取得了一定的成果。成都工具研究所、山东大学、清华大学等单位对超硬刀具材料以及刀具涂层技术进行过系统的研究，陶瓷刀具在我国目前已经形成了一定的生产能力；北京机床研究所成功开发出了实现高速干式切削加工的KT系列加工中心，这些都为干式切削加工技术的研究与应用打下了初步的技术基础。