PCBN刀具与绿色制造技术

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1、PCBN刀具与绿色制造技术　　【摘要】聚晶立方氮化硼（简称PCBN）是目前利用人工方法合成的硬度仅次于金刚石的新型刀具材料，这种材料的物理性能、化学性能和优异的干切削特性，使之不仅适用于有色金属及其合金的切削加工，还适用于黑色金属及其合金的切削加工，在满足一定条件要求时，最符合绿色制造技术要求，具有非常广阔的发展前景。　　【关键词】PCBN刀具绿色制造切削液干切削红硬性　　前言：绿色制造是一种现代化制造模式，是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。绿色制造，又称环境意识制造（EnvironmentallyCons

2、ciousMannufacturing）、面向环境的制造（ManufacturingForEnvironment）等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。　　保护地球环境是21世纪最优先考虑的课题。在机械加工领域，一些保护环境措施的研究开发及其成果已得到广泛应用。目前，对节约能源和减少废物的主要加工方式，即干式、半干式切削加工技术、微量润滑切削、

3、低温微量润滑切削等绿色切削工艺和应用技术的研究，正在加速进行。　　1切削液的使用对绿色制造技术的影响6　　在节约能源方面，机械制造中切削液所消耗的功率要占总功率的60%以上，切削液占生产成本的15%，而刀具费用仅占3%～4%；因此，干式、半干式切削加工技术对节约能源是切实有效的。　　减少废弃物方面，主要是减少切削液的废液量。目前研究工作多致力于切削液的长效化和重复循环使用等技术的开发与应用。在切削液长效化（长寿命化）方面，切削液的合成化是开发的项目之一，而合成切削液是以化学合成的油剂为基液来使用的，它和水的亲和性要

4、求我们必须处理产生的废水，切削液的传输、回收、过滤等装置及其维护费用较高，增加了生产成本。切削液还会使滑动部分润滑液被洗掉，切削液的渗漏、溢出会污染环境，易发生安全、质量事故，而且对电气系统产生不良影响。作为高压润滑油添加剂含在高负荷用切削液中的氯系化合物，在高温切削和废油燃烧处理时，可产生剧毒物，并影响加工表面质量，已开始逐步废除。作为清洁生产重要组成部分的绿色切削研究表明：干式切削和高速切削的有机结合将是一种理想的具有高效、低耗、优质、环境污染小、综合效益好的绿色切削，是未来机械切削加工的主流。　　2干切削是绿

5、色切削　　干式切削在机械加工中的作用，在于找到一种代替冷却和润滑的方法。目前，比较成功的干式切削法有两种：高速干式切削和低温冷风切削。　　2.16高速干式切削法。该加工方法是在无冷却、润滑油剂的作用下，采用很高的切削速度进行切削加工。干式切削必须选用适当的切削条件。首先，采用很高的切削速度，尽量缩短刀具与工件间的接触时间，再用压缩空气或其他类似的方法移去切屑，以控制工作区域的温度。随着数控技术的广泛使用，机床刚性和动态性能不断提高，提高机床的切削速度并非难事。实践证明，当切削参数设置正确时，切削产生的热量80%可被

6、切屑带走。　　2.2高速干式切削法的优势。干切削加工工艺已在西方工业发达国家有了相当的应用。由美国Makino公司推荐的“红月牙”（RedCrescent）干切工艺，既可以充分发挥刀具的切削性能，与湿切相比又能大大提高生产率。其机理其实就是金属软化效应：由于切削速度很高，产生的热量聚集于刀具前部，使切削区附近材料达到红热状态，屈服强度下降，进而达到提高切削效率的效果。　　高速干式切削法有如下优点：首先，由于它省去了油屑分离过程，无冷却润滑油箱和油屑分离装置以及相应的电气设备，因此，机床结构紧凑。其次，这种方法极大地

7、改善了加工环境；加工费用也大大降低。为进一步延长刀具寿命、提高工件质量做了保障。　　2.3高速干式切削法对刀具的要求。高速干式切削法对刀具有严格的要求：①刀具应具有优异的耐高温性能，可在无切削液条件下工作；②切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小，并辅以排屑良好的刀具结构，减少热量堆积；③干式切削刀具还应具有比湿式切削刀具更高的强度和抗冲击韧性。　　总体而言，干切削工艺要求刀具是在较高切削温度下，被切材料强度有明显下降，变得易切削，而刀具材料的强度在同样状态下要有较好的红硬性及热稳定性，还要有较好的耐磨性和抗粘结性。　

8、　3PCBN刀具的使用可实现绿色干切削　　3.1PCBN刀具材料。聚晶立方氮化硼PCBN（PolycrystallineCubic6BoronNitride）是立方氮化硼CBN（CubicBoronNitride）颗粒加结合剂在高温高压下的烧结体，而CBN也是利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料。PCBN以优越的切削性能应