新世纪的干切削技术

  1 前言

随着高速加工技术的迅猛发展，加工过程中使用的切削液用量越来越大，其流量有
时高达 80～100L/min。但大量切削液的使用造成了非常突出的负面影响：(1)零件的生
产成本大幅度提高，在零件加工的总成本中，切削液费用约占 16% ，而刀具的费用
只占总成本的 4%。(2)造成对环境的严重污染，如把未经处理的切削液排入江河湖海 ，
就会污染土地、水源和空气，严重影响动植物的生长，破坏生态环境。(3)直接危害车
间工人的身体健康，目前生产中广泛使用的水基切削液含有对人体有害的化学成分。
在切削(磨削)过程中，切削液受热挥发形成烟雾，在车间常常弥漫着难闻的异味，会
引起操作工人肺部和呼吸道的诸多疾病，人手和切削液直接接触，还会诱发多种皮
肤病，直接影响工人健康。
上述负面影响，已成为机械工业发展的一大障碍。这就使人们会提出这样一个问题：
机械加工中能不能不用或少用切削液呢？干切削(Dry Cutting)技术就是在这样的历史
背景下应运而生，并从 90 年代中期以来迅速发展起来的。
干切削技术起源于欧洲，目前在西欧各国也最为盛行。据统计现在已有 8%左右的德
国企业采用了干切削技术。到 2003 年，德国制造业将有 20%以上采用干切削技术。在
干切削研究和应用方面，目前德国处于国际领先地位。
日本已开发成功不使用切削液的干式加工中心。装有液氮冷却的干切削系统，从空气
中提取高纯度氮气，常温下以 5～6 个大气压的压力将液氮送往切削区，可顺利实现
干切削。
我国成都工具研究所、山东工业大学和清华大学等单位对超硬刀具材料及刀具涂层技
术进行过系统的研究，陶瓷刀具在我国目前已形成了一定的生产能力，这些都为干
切削技术的研究与应用打下了初步的技术基础。北京机床研究所最近开发成功了能实
现高速干切削的 KT

 

系列加工中心。 2 切削液的功能和实现干切削的主要难点

干切削并不是简单地停止使用切削液就能实现的。必须分析在停用切削液以后，会出
现什么问题？应采取什么措施来消除这些不利影响？为此，首先应对切削液在机械
加工中的作用和功能有一个全面、深入的认识。

 

在机械加工中，切削液主要有三大功能：

1

——

润滑功能

当切削液进入切削区以后，它就会渗入到刀具、工件和切屑

之间的接触面，形成一层润滑膜。这层润滑膜可减少切削过程的摩擦，减小切
削力，减轻切屑与刀具的粘结现象并抑制积屑瘤的产生，有利于改善加工表
面技术质量。
2

——

冷却功能

切削过程所消耗的能量 90%以上都转化为切削热。切削液能

有效地把切削热从机床的加工区迅速带走，从而大大降低机床切削区的温升
提高刀具的耐用度和工件的加工精度。
3

——

协助排屑与断屑

切削液作为高压大流量的冲洗剂，能把细小的切屑

冲离工件或刀具，将切屑迅速从机床中排出，以利于提高零件的加工精度和
刀具的使用寿命。带状切屑则主要靠刀具的几何结构来实现断屑，但高压切削
液对断屑和排屑也起一定的辅助作用。

进行干切削时，由于缺少了切削液的上述润滑、冷却和辅助排屑与断屑等作用，因而
切削热会急剧增加，机床加工区温度明显上升，刀具耐用度大大降低。要使干切削得
以顺利进行，达到或超过湿加工时的加工质量、生产率和刀具耐用度，就必须从刀具、
机床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技术是一项庞大的系统工程，其中
最大的难点在于如何提高刀具在干切削中的性能，同时也对机床结构、工件材料及工