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切削液,尤其是那些含油的切削液,已成為巨大的負擔。不管某種切削液有多么安全和環保,政府法令仍將要求你從傾倒到池里的那一刻起就進行特殊處理。即使當地政府允許你從桶中傾倒清潔的不含油的合成液到排水溝,一旦它同在機床里夾雜的油和金屬碎屑混合,它就變成一種受控的工業廢料。不僅美國環境保護局管理這種混合物的處理,而且許多州和地方政府也已把它們作為有害廢物進行分類,如果它們含油和某些合金,更要加強嚴格控制。
因為很多高速加工和切削液噴嘴產生油霧或工人能呼吸到的氣溶膠,政府機構還限制空氣里切削油霧的允許含量。環境保護局已經計劃出臺更嚴格的針對控制這些空氣里微粒的標準,進一步提高機加工企業的計劃成本和責任。職業安全和健康管理局也正在考慮一個咨詢委員會推薦通過一個最大值到0.5mg/m3和作用水平到0.25mg/m3的法令,來限制較低的切削液氣霧允許暴露量。
維護、記錄存檔和遵循現行和計劃的規定所產生的成本正迫使切削液價格迅速上漲。大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護切削液,只要有可能,就安裝和使用合適的附件和油霧收集器以及切屑、碎屑和用過的切削液的處理,來推遲它們的處理。其結果是,很多機加工企業正在就通過干切削來避免費用和伴隨切削液產生的副作用展開討論。
雖然大多數工廠可能承認有取消切削液的愿望,但他們不能確定能否做得到。他們相信,要獲得更高的速度和切削更硬的材料,他們必須使用切削液來維持競爭力。很多從濕式加工轉變到干加工的可見成本也很高。但如今都不成為問題。實際上,在很多加工中,常規操作應該是干加工。再者,干車削硬材料和高速干銑削不僅是可行的,而且有利可圖。其技巧是正確集成刀具、機床和切削技術。
有害無益的切削液
更多采用干切削的最大障礙之一是切削液對于取得較好光潔度和更長刀具壽命是必不可少的傳統認識。雖然現實中切削液對于許多加工仍然是必要的,但是研究表明,有了現代切削刀具材料和當今更高的切削速度,并非一定要使用切削液。先進的硬質合金材質牌號,尤其是有涂層保護的,在高速高溫下不使用切削液實際上切削更有效率。實際上,在斷續切削時,切削區溫度越高,越不適合使用切削液。
這種似乎與直覺相反的趨勢原因在于:切削區溫度變得非常高,通常超過1000℃,尤其是在高速切削和硬材料切削時。舉例來說,假定切削液能克服銑刀高速旋轉產生的離心力,切削液在到達切削區之前早已汽化,對那里幾乎沒有冷卻作用。
結果是有一個在當刀片切入切出時產生先天的溫度波動更明顯的區別。隨著刀具的旋轉,當刀片切出時冷卻,然后在切入時再一次被加熱。雖然在干切削時也發生加熱和冷卻循環,但是當有切削液時溫度波動更大。隨之發生的熱沖擊會在刀片上產生應力,并會使其過早破裂。
相似的結果也在車削時發生。譬如當在切削速度高于130m/min時切削碳鋼,暴露在冷卻液里的未涂層硬質合金刀片能承受顯著的熱沖擊少于40秒。這種沖擊通過輕微增加前刀面磨損和劇烈的后刀面磨損,顯著縮短刀具壽命。因為大多數車削加工少于40秒,對于刀具壽命來說,干車削通常更可取。
另一方面,在鉆削時,為了提供潤滑和把切屑從孔里沖出來,切削液通常是必須的。沒有切削液,切屑會堵在孔里,而且平均表面粗糙度Ra是濕式加工的兩倍。切削液通過潤滑邊緣碰到孔壁的鉆尖,也能降低需要的加工扭矩。雖然涂層鉆頭在某種程度上會增加切削液的潤滑效果,但是,降低切削力的涂層最可能的趨勢是把摩擦降到最低。
因為還沒有用于預測切削液效果和性能的科學模型,是否采用干切削取決于具體的加工案例。潤滑液通常針對低速加工、難加工材料和對表面光潔度有要求的加工場合,而冷卻能力強的切削液會提高高速加工、易切削材料、簡單加工、積屑瘤問題和緊尺寸公差加工的性能。然而,很多時候,切削液提供的額外性能并不值得額外的開銷。在越來越多的加工中,切削液簡直是不必要的或有害的,因為現代切削刀具適合更高的溫度,而且壓縮空氣能從切削區域帶走熱切屑。
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