做和干切削刀具材料的研究

干切削刀具材料的研究

1．引言

绿色制造工艺技术是以传统的工艺技术为基础，并结合材料科学在现今日趋恶化、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目标是对资源的合理利用，降低成本，减少对环境造成的严重污染。绿色制造是清洁生产的重要组成部分，根据绿色制造“节约能源、节约资源、污染最小，有利环保”的指导思想，绿色切削应具备以下特征：(1)最大限度地节约能源：在切削加工过程的各个阶段所消耗的能源应最少，使能源得到最有效的利用。(2)最大限度地利用材料资源：绿色切削应尽可能减少材料的使用量和使用材料的种类。(3)最大限度地减少污染、保护环境：绿色切削从产品设计、加工工艺编制到切削加工、设备维护乃至切屑、废液回收处理的各个过程中均应是低耗、对环境无负面影响或污染甚小。

机械制造在整个制造业中占有主导地位，尤其是面对中国逐渐成为世界的生产制造基地，机械工业中的绿色制造技术显得尤为重要。如何在实际生产中实现机械零件的绿色制造，是机械行业技术人员必须认真研究的问题。干式切削就为了保护环境和降低成本而有意识地在机械加工中减少或完全停止使用切削液的加工方法，能使企业经济效益和社会效益协调优化地发展。从20世纪90年代开始，国外对干式切削技术进行了大量研究，并应用于实际生产，取得了一定的社会效益和经济效益，干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势。

2.切削液的负面影响

在金属切削加工中，常常使用切削液。切削液的主要作用是降低切削温度，改善加工过程的摩擦磨损不但使用便捷状态，从而提高工件的表面质量，延长刀具的使用寿命。然而，近几年随着社会环境保护和可持续发展意识的提高，人们已开始从切削液的整个生命周期关注它所带来的一系列负作用：

（1具有两支承辊）制造成本增加

随着切削用量的成倍增大，切削液的消耗量也大幅提高，因而它在零件制造成本中所占的比例也大大增加。据国外许多统计资料表明，切削液及切削液的供给、保养、回收及切削废液的处理等费用加在一起，占总制造成本的16%，而刀具消耗的费用仅占制造成本的4%。这个统计分析数据必须引起人们的高度重视，因为在当今日益激烈的市场竞争中，降低产品的生产成本和销售价格，已成为企业生存与发展的重要因素。

（2）严重污染环境

切削液是金属切削加工中造成环境污染的一个重要根源。如乳化液不仅含有油，而且含有烧碱、油酸皂、乙醇和苯酚等有害物质。如果这些切削液未经处理直接排入外界，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，不利于可持续发展战略的实施。

（3）直接危害操作工人的身体健康

目前生产中广泛使用的水基切削液或多或少都含有对人体有害的化学成分。在切削过程中，切削液受热挥发，形成烟雾，在车间工作区常常弥漫着难闻的异味。切削液产生的油烟会引起工人肺部和呼吸道的多种疾病，切削液与人体直接接触会诱发多种皮肤病，直有时为了减轻重量也采取铝合金等有色金属及特种金属接影响工人的健康。

为使金属切削加工尽可能少地产生污染，人们提出了“清洁化生产”这一概念。干切削是消除切削液污染，降低产品成本，实现清洁化生产的最有效的途径。从20世纪90年代开始，国外对干式切削技术进行了大量研究，并应用于实际生产，取得了一定的社会效益和经济效益，干式切削技术已成为金属切削加工发展的趋势。

3.干切削刀具材料

实现干式切削的最大技术难题是刀具，他是使干式切削加工得以顺利进行的关键因素。刀具在切削加工过程中，要承受很大的压力，同时由于切削时产生的金属塑性变形以及在无切削液的情况下刀具、切屑、工件相互接触表面间将产生更强烈的摩擦，使刀具切削刃上产生极高的温度和受到很大的应力，在这样的条件下，刀具将迅速磨损或破损，因此干式切削刀具材料应具备更高的耐热性和热韧性，良好的耐热冲击性、抗粘结性及高的耐磨性。常用的有高韧性和高硬度兼备的细颗粒硬质合金，涂层硬质合金，陶瓷及金属陶瓷，立方氮化硼(CBN)，聚晶金刚石(PCD)等。

（1）超细颗粒硬质合金

超细颗粒硬质合金具有很好的韧性和耐热性，适用于需要大前角的场合，可用于干切削中使用的钻头、深孔钻。

（2）涂层硬质合金

在基体硬质合金上，用CVD(化学气相沉积)或PCD等方法，涂覆耐磨的TiC、TiN、A1203等薄层，形成表面涂层硬质合金。1969年西德克虏伯公司和瑞典山特维克公司研制的TiC单层涂层硬质合金刀片首次投入市场。其后，世界各国都进行了研制、生产。