速加工技術的迅猛發(fā)展，加工過程中使用的切削液用量越來越大，其流量有時高達80～100L/min。但大量切削液的使用造成了非常突出的負面影響：(1)零件的生產(chǎn)成本大幅度提高，在零件加工的總成本中，切削液費用約占16% ，而刀具的費用只占總成本的4%。(2)造成對環(huán)境的嚴重污染，如把未經(jīng)處理的切削液排入江河湖海，就會污染土地、水源和空氣，嚴重影響動植物的生長，破壞生態(tài)環(huán)境。(3)直接危害車間工人的身體健康，目前生產(chǎn)中廣泛使用的水基切削液含有對人體有害的化學成分。在切削(磨削)過程中，切削液受熱揮發(fā)形成煙霧，在車間常常彌漫著難聞的異味，會引起操作工人肺部和呼吸道的諸多疾病，人手和切削液直接接觸，還會誘發(fā)多種皮膚病，直接影響工人健康。 上述負面影響，已成為機械工業(yè)發(fā)展的一大障礙。這就使人們會提出這樣一個問題：機械加工中能不能不用或少用切削液呢？干切削(Dry Cutting)技術就是在這樣的歷史背景下應運而生，并從90年代中期以來迅速發(fā)展起來的。 干切削技術起源于歐洲，目前在西歐各國也最為盛行。據(jù)統(tǒng)計現(xiàn)在已有8%左右的德國企業(yè)采用了干切削技術。到2003年，德國制造業(yè)將有20%以上采用干切削技術。在干切削研究和應用方面，目前德國處于國際領先地位。 日本已開發(fā)成功不使用切削液的干式加工中心。裝有液氮冷卻的干切削系統(tǒng)，從空氣中提取高純度氮氣，常溫下以5～6個大氣壓的壓力將液氮送往切削區(qū)，可順利實現(xiàn)干切削。 我國成都工具研究所、山東工業(yè)大學和清華大學等單位對超硬刀具材料及刀具涂層技術進行過系統(tǒng)的研究，陶瓷刀具在我國目前已形成了一定的生產(chǎn)能力，這些都為干切削技術的研究與應用打下了初步的技術基礎。北京機床研究所最近開發(fā)成功了能實現(xiàn)高速干切削的KT系列加工中心。 2 切削液的功能和實現(xiàn)干切削的主要難點干切削并不是簡單地停止使用切削液就能實現(xiàn)的。必須分析在停用切削液以后，會出現(xiàn)什么問題？應采取什么措施來消除這些不利影響？為此，首先應對切削液在機械加工中的作用和功能有一個全面、深入的認識。 在機械加工中，切削液主要有三大功能：進行干切削時，由于缺少了切削液的上述潤滑、冷卻和輔助排屑與斷屑等作用，因而切削熱會急劇增加，機床加工區(qū)溫度明顯上升，刀具耐用度大大降低。要使干切削得以順利進行，達到或超過濕加工時的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度，就必須從刀具、機床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技術是一項龐大的系統(tǒng)工程，其中最大的難點在于如何提高刀具在干切削中的性能，同時也對機床結構、工件材料及工藝過程等提出了新的要求。 3 干切削的刀具技術刀具能否承受干切削時巨大的熱能，是實現(xiàn)干切削的關鍵。主要措施有：

采用新型的刀具材料 干切削不僅要求刀具材料有很高的紅硬性和熱韌性，而且還必須有良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘結性。陶瓷刀具(Al2O3，Si3N4)、金屬陶瓷(Cermet)等材料的硬度在高溫下也很少降低，即具有很好的紅硬性，因此很適合于一般目的的干切削?？墒沁@類材料般較脆，熱韌性不好，不適用于進行斷續(xù)切削。立為氮化硼(CBN)、聚晶金剛石(PCD)、超細晶粒硬質(zhì)合金等超硬刀具材料則廣泛用于干切削。

工件材料加工方法

車削銑削鉸削攻絲鉆孔

鑄鐵          

鋼   × × ×  

鋁合金   ×   ×  

超硬合金 × × × × ×

復合材料          

注：×表示難于進行干切削

硬車是一種“以車代磨”的新工藝，用于某些不適宜進行磨削的回轉(zhuǎn)休零件的加工，是一種高效的干切削技術。在對氮化硅(Si3N4) 工件進行硬車時．由于該材料有極高的抗拉強度，使任何刀具都很快破損?？刹捎眉す廨o助切削，用激光束對工件切削區(qū)進行預熱，使工件材料局部軟化 (其抗拉強度由750MPa降至400MPa)，則可減小切削阻力30%～70% ，刀具磨損可降低80%左右，干切削過程中的振動也大為減?。蟠筇岣吡瞬牧锨谐剩垢汕邢鞯靡皂樌M行。 鈦鋁釩合金(Ti6Al4V)和反應燒結氮化硅(RBSN)是典型的難加工材料，其傳熱系數(shù)很小，干加工中產(chǎn)生大量的熱，使刀具材料發(fā)生化學分解，刀具很決磨損。 在車刀前刀面上倒裝了個金屬帽狀物，其內(nèi)腔與刀片的上表面共同組成一個密閉室。帽狀物上有液氮的入口和出口。在干切削過程中，液氮不斷在密閉室中流動，吸收刀片上的切削熱，使刀具不產(chǎn)生過高的溫升．始終保持良好的切削性能，順利實現(xiàn)干切削。在不使用液氮冷卻刀具時PCBN刀具車削長度僅40mm，后刀面磨損量便高達3mm，切削無法再進行下去。采用上述液氮裝置后，刀具磨損情況大為改善，車削長度160mm后，后刀面僅磨損0.4mm。被加上工件的圓度誤差也從20μm減至3.2μm。液氮是一種很容易獲得的原料價格便宜還可以反復使用。 6 準干切削純粹的干切削有時很難進行，此時可采用最小量潤滑技術 (Minimal Quantity Lubrication)，簡稱MQL。這種方法是將壓縮空氣與少量潤滑液混合氣化后，噴射到加工區(qū)，對刀具和工件之間的加工部位進行潤滑。MQL技術可以大大減少“刀具—工件”和“刀具—切屑”之間的摩擦，起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用。它所使用的潤滑液很少．而效果卻十分顯著，既提高了工效，又不會對環(huán)境造成污染。例如用(Ti, Al)N+MoS2徐層刀具對鋁合金工件進行純粹的干切削時．刀具鉆16個孔后，切屑就粘結在鉆頭容屑槽中，使刀具完全不能使用。采用MQL技術后．鉆孔數(shù)高達320個．鉆頭也還沒有發(fā)生明顯的磨損或粘連，加上出來的所有孔都滿足要求。 MQL法所使用的潤滑液用量一般為0.03～0.2L/h ，約為濕切削的6萬分之一。清潔和干凈的切屑經(jīng)過壓縮還可以回收使用，完全不污染環(huán)境。因此MQL法又稱為“準干切削” (Near-Dry Cutting)。 準干切削技術和涂層刀具相結合，能夠取得最好的效果。例如，用高速鋼涂層鉆頭加工X90CrMoV18合金鋼．當用TiAlN涂層高速鋼鉆頭進行純粹干鉆削時，鉆3.5m的叨削長度后鉆失便被損壞；采用(TiAlN+MoS2)復合涂層鉆頭和最小潤滑法，其鉆削長度增加到115m。 7 總結和展望干切削技術是對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的一個重大創(chuàng)新，是種嶄新的清潔制造技術。世界各國日益嚴厲的環(huán)保法規(guī)，有利于加速干切削技術的推廣與應用；各種超硬、耐高溫刀具材料及其涂層技術的發(fā)展，為干切削技術創(chuàng)造了極為有利的條件；最小量潤滑裝置的有效應用和各種中心小孔的孔加工標準刀具的出現(xiàn)，使準干切削在鋁合金和各種難加工材料的孔加工中獲得了越來越多的應用。干切削技術從出現(xiàn)到現(xiàn)在只有短短10年的歷史，它是一種新興的綠色制造技術．對實施人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要的意義，是新世紀的前沿制造技術。