CNC不用切削油？？值得一试的干切削法
cnc不用切削油？？值得一试的干切削法
深圳市全化科技有限公司 技术部
我们zui近走访了一家工厂，发现停用切削液带来的性能飞跃令人吃惊。这个
发现纯属偶然。切削液的缺点迫使人们把加工零件的生产定额转到干加工上。需
要是发明之母，员工进行了试验以确定是否能保持有效生产。结果他们发现对于
切削液的投资不一定能有所回报。
在过去的二十年里，使用切削液的经济性已经发生了戏剧性的变化。早在80
年代初，对于大多数机加工来说采购、管理和处理切削液的费用就占总成本小于
3%。今天，平均来说，切削液的费用（包括管理和处理）占总成本的16%。由于
切削刀具只占加工项目总成本的4%，接受一种以稍短的刀具寿命换取停用切削液
所节约的成本以及维护切削液所带来令人头痛的问题，可能成为费用更低的选择
。
况且刀具寿命甚至可能不会缩短。因为涂层硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立
方氮化硼（cbn）和聚晶金刚石都是脆性的，它们对由热应力引起的微崩和破裂很
敏感，尤其是在端面车削和铣削加工时，冷却液的介入会加剧这种倾向。
某些材料适合干切削
除费用和刀具寿命之外，影响选用干切削的另一个因素是工件。有时，切削
液可能弄脏零件或产生污染。 想想看，进行医学植入的情况，例如为髋部植入
一个球形关节。在这种不允许污染的地方，切削液是不受欢迎的。
一个工件对于干切削工艺适合与否也取决于材料本身。例如，对于大多数铸
铁、碳钢和合金钢的切削来说，切削液是多余的。这些材料加工起来相对容易，
热传导性好，允许切屑带走产生的大部分热量。也有一些例外，就是低碳钢，当
含碳量下降时，它变得更粘。这些合金需要切削液来润滑以防止熔焊。
通常情况下，当加工大多数的铝合金时，切削液不是必需的，因为切削温度相对
较低。这些材料在确实发生切屑熔焊时，大的正前角和锋利的切削刃通常可以解
决这个问题。 然而，当高速切削铝合金时，高压的冷却液是有帮助的，因为用
简单的压缩空气进行断屑和排屑是不够的。
干切削不锈钢更为困难一些。在这些材料中，热量会引起一些问题。 例如，它
能使马氏体不锈钢过度回火。对于很多奥氏体不锈钢，由于热导率往往很低，所
以热量由切削区域到切屑的流动也不好。于是切削刃过热，刀具寿命缩短到不能
接受的程度。在切削不锈钢的过程中使用切削液是很必要的，还因为许多不锈钢
都是粘性的，这就意味着它们有沿切削刃方向会产生积屑瘤的倾向，从而导致粗
劣的表面光洁度。
对于许多材料来说，几乎不会选择干切削。所有种类的高温合金都需要切削
液。尤其是切削镍基和铬基高温合金时，产生*的温度，需要切削液来带走热
量。同时，切削液的润滑能力还能保持产生的热量zui小。
切削钛合金时，切削液是强制性的。虽然研究人员正在研究干式切削钛合金
的途径，但是这种材料的性质对这项工作产生了极大的障碍。它是粘性的，热导
率低而且（还有某些合金）闪点很低。因此，铁屑不能把热量带走，工件变热足
以被点燃和燃烧起来。（虽然镁断屑容易，但也容易燃烧。） 切削液通过润滑切
削刃、冲走切屑和冷却工件来防止产生这个问题。为保证切削液起到这些作用，
当加工钛合金时，人们更倾向于在高压时使用切削液，压力通常在4,000到7,000
磅/平方英寸范围内。,有时，粉末合金也需要切削液来产生薄薄的一层油膜作为
防锈剂。
基于同样的理由，干切削时换成更硬一些的刀具几乎不会降低刀具寿命或切
削一致性。而实际上，恰恰相反。更硬的基体能够保证切削刃在高温切削时的完
整性，而轻微的软化能够防止它变得太脆。其结果是，用户可以一种更硬的
硬质合金材质等级来提高抵抗变形和月牙洼磨损（切削刃的化学溶解）的能力。否
则，在干切削时会大大缩短刀具寿命。
为干切削设计的刀具可以更加锋利，并且比湿式加工切削更为轻快，实际上
它产生的摩擦力较少并且有助于热量的控制。对于钻削的研究表明，减少切削刃
修磨来生成更锋利的钻头能降低40%的切削温度。锋利的切削刃不仅可以保持较
低的温度，而且可以减少径向跳动并提高表面光洁度。
另一个有助于在切削过程中打碎并排出切屑的方法是用气体替换液体，其中
压缩空气zui为普遍。虽然在冷却时没有效果，但有时一阵压缩空气足够将切屑在
切削过程中吹出来，防止了二次切削，防止多余的热量转移到工件和机床中。当
润滑必要时，用户便应用一种润滑剂，产生一层薄雾，在切削过程中消耗。
有时，zui有效的方法是一种相对较新的技术，称为zui低量润滑（mql），它是通过
向刀具中注入少量的冷却剂进行润滑的。
涂层使刀具隔热 刀具涂层在保护切削刃中也起重要作用。为了进行干式加
工，装上zui有效的切削刀具，结合一种特殊工业化涂层系统的方法，镀上一层富
钴区基体，使内部和表面都变硬。利用传统工艺和中温化学气相沉积工艺生产出
非常厚的复合涂层，厚达20微米。*层碳氮化钛涂层产生对基体和刃口韧性的
必要支撑。
找到的切削参数 如果想在干切削方面取得较好的效果，除了需要
正确的切削刀具以外，还有很多需要注意的地方。zui适宜的主轴转速、进给速率
和切削深度也很重要。例如，如果利用改变断屑槽的方法不能充分控制切屑，可
以试着调节进给速率。增加进给速率通常能得到的效果，减少进给速率不利
。
使用适当的切削参数也有助于使热量产生到zui小。zui显而易见的方法是利用
较高的速度和进给就能达到，当以更快的速度切削工件材料时减少了切屑的负载
。这样，切削时间较少，同时也减少了产生热量的时间以及热量渗入工件的时间
但是有时降低主轴转速的15％左右是降低切削温度的*行动方案。为了防
止生产率受影响，用户可以相应增加进给速率。一定要参考机床的扭矩图表以确
保较低的轴速和较高的进给速率不会增加扭矩要求以及使主轴闷车。如果扭矩的
要求超过主轴的能力，可以选用直径小一些的刀具。如果较高的进给速率对表面
光洁度不利，可以增加刀具的刀尖半径作为补偿。
控制热波动的另一种方法是在设计工艺时把波动值降到zui小。例如，早晨开
动机床之后，操作工会给机床一些时间空转以达到一种稳态，并且利用自动化使
机床在不加工时保持运行。对于在同一工位进行几个操作的应用来说，首先应计
划执行干式加工，然后钻孔、攻丝，zui后是其它湿式加工。采取这种预防措施能
够将切削液的用量降到zui小，并且可以防止其对干式加工的干扰。
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发现纯属偶然。切削液的缺点迫使人们把加工零件的生产定额转到干加工上。需
要是发明之母，员工进行了试验以确定是否能保持有效生产。结果他们发现对于
切削液的投资不一定能有所回报。
在过去的二十年里，使用切削液的经济性已经发生了戏剧性的变化。早在80
年代初，对于大多数机加工来说采购、管理和处理切削液的费用就占总成本小于
3%。今天，平均来说，切削液的费用（包括管理和处理）占总成本的16%。由于
切削刀具只占加工项目总成本的4%，接受一种以稍短的刀具寿命换取停用切削液
所节约的成本以及维护切削液所带来令人头痛的问题，可能成为费用更低的选择
。
况且刀具寿命甚至可能不会缩短。因为涂层硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立
方氮化硼（cbn）和聚晶金刚石都是脆性的，它们对由热应力引起的微崩和破裂很
敏感，尤其是在端面车削和铣削加工时，冷却液的介入会加剧这种倾向。
某些材料适合干切削
除费用和刀具寿命之外，影响选用干切削的另一个因素是工件。有时，切削
液可能弄脏零件或产生污染。 想想看，进行医学植入的情况，例如为髋部植入
一个球形关节。在这种不允许污染的地方，切削液是不受欢迎的。
一个工件对于干切削工艺适合与否也取决于材料本身。例如，对于大多数铸
铁、碳钢和合金钢的切削来说，切削液是多余的。这些材料加工起来相对容易，
热传导性好，允许切屑带走产生的大部分热量。也有一些例外，就是低碳钢，当
含碳量下降时，它变得更粘。这些合金需要切削液来润滑以防止熔焊。
通常情况下，当加工大多数的铝合金时，切削液不是必需的，因为切削温度相对
较低。这些材料在确实发生切屑熔焊时，大的正前角和锋利的切削刃通常可以解
决这个问题。 然而，当高速切削铝合金时，高压的冷却液是有帮助的，因为用
简单的压缩空气进行断屑和排屑是不够的。
干切削不锈钢更为困难一些。在这些材料中，热量会引起一些问题。 例如，它
能使马氏体不锈钢过度回火。对于很多奥氏体不锈钢，由于热导率往往很低，所
以热量由切削区域到切屑的流动也不好。于是切削刃过热，刀具寿命缩短到不能
接受的程度。在切削不锈钢的过程中使用切削液是很必要的，还因为许多不锈钢
都是粘性的，这就意味着它们有沿切削刃方向会产生积屑瘤的倾向，从而导致粗
劣的表面光洁度。
对于许多材料来说，几乎不会选择干切削。所有种类的高温合金都需要切削
液。尤其是切削镍基和铬基高温合金时，产生*的温度，需要切削液来带走热
量。同时，切削液的润滑能力还能保持产生的热量zui小。
切削钛合金时，切削液是强制性的。虽然研究人员正在研究干式切削钛合金
的途径，但是这种材料的性质对这项工作产生了极大的障碍。它是粘性的，热导
率低而且（还有某些合金）闪点很低。因此，铁屑不能把热量带走，工件变热足
以被点燃和燃烧起来。（虽然镁断屑容易，但也容易燃烧。） 切削液通过润滑切
削刃、冲走切屑和冷却工件来防止产生这个问题。为保证切削液起到这些作用，
当加工钛合金时，人们更倾向于在高压时使用切削液，压力通常在4,000到7,000
磅/平方英寸范围内。,有时，粉末合金也需要切削液来产生薄薄的一层油膜作为
防锈剂。
基于同样的理由，干切削时换成更硬一些的刀具几乎不会降低刀具寿命或切
削一致性。而实际上，恰恰相反。更硬的基体能够保证切削刃在高温切削时的完
整性，而轻微的软化能够防止它变得太脆。其结果是，用户可以一种更硬的
硬质合金材质等级来提高抵抗变形和月牙洼磨损（切削刃的化学溶解）的能力。否
则，在干切削时会大大缩短刀具寿命。
为干切削设计的刀具可以更加锋利，并且比湿式加工切削更为轻快，实际上
它产生的摩擦力较少并且有助于热量的控制。对于钻削的研究表明，减少切削刃
修磨来生成更锋利的钻头能降低40%的切削温度。锋利的切削刃不仅可以保持较
低的温度，而且可以减少径向跳动并提高表面光洁度。
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压缩空气zui为普遍。虽然在冷却时没有效果，但有时一阵压缩空气足够将切屑在
切削过程中吹出来，防止了二次切削，防止多余的热量转移到工件和机床中。当
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有时，zui有效的方法是一种相对较新的技术，称为zui低量润滑（mql），它是通过
向刀具中注入少量的冷却剂进行润滑的。
涂层使刀具隔热 刀具涂层在保护切削刃中也起重要作用。为了进行干式加
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钴区基体，使内部和表面都变硬。利用传统工艺和中温化学气相沉积工艺生产出
非常厚的复合涂层，厚达20微米。*层碳氮化钛涂层产生对基体和刃口韧性的
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正确的切削刀具以外，还有很多需要注意的地方。zui适宜的主轴转速、进给速率
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较高的速度和进给就能达到，当以更快的速度切削工件材料时减少了切屑的负载
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光洁度不利，可以增加刀具的刀尖半径作为补偿。
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