鄧建新等人以TiB2為添加劑、Al203為基體,研製了Al203/TiB2陶瓷刀具材料。用該陶瓷刀具對淬硬鋼進行高速干切削試驗,結果表明,當切削速度大於12Om/min時,刀具開始表現出高溫自潤滑性能,自潤滑膜的組成為Al203/TiBz陶瓷刀具中TiB2的氧化物,它能在刀具表面起到固體潤滑劑的作用,進而降低前刀面的摩擦,減輕刀具的粘著磨損,提高刀具的耐磨性能,具有良好的減摩和抗磨作用。
楊海東等人利用YT15基體的氮化碳薄膜塗層刀具干車削硅鋁合金,試驗結果表明,刀尖積屑瘤非常小,工件表面粗糙度值較小,刀具的使用壽命遠高於硬質合金。
2.2乾式切削加工機理的研究
劉獻禮等人通過對不同硬度淬硬軸承鋼GCrI5的乾式切削試驗,提出了臨界硬度的概念,並得出50HRC為區分硬態切削與普通切削GCrl5的臨界硬度的結論。從切削熱的角度出發,淬硬鋼的硬態乾式切削機理就是被切削金屬層的軟化作用機理,切削溫度對金屬軟化效應起著決定性作用,工件硬度隨切削溫度的升高而降低,並進一步影響已加工表面的形成及其質量。研究表明,當淬硬材料硬度高於50HRC時,切削機理因金屬軟化效應而發生變化,並由此導致切削力、已加工表面殘餘應力分佈和白層的產生情況發生變化。現有切削理論已不能解釋切削溫度的變化規律。
在高速干切削方面,美國Makino公司提出「紅月牙」(Red Crescent)干切削工藝。其機理是由於切削速度很高,產生的熱量聚集於刀具前部,使切削區附近的工件材料達到紅熱狀態,導致屈服強度明顯下降,從而提高材料去除率。目前主要採用PCBN和陶瓷等刀具來實現這種工藝。
2.3乾式切削加工的應用
由於採用乾式切削有利於環境保護和降低加工成本(可節省加工費用10%~15%),因此乾式切削加工技術的研究開發日益受到重視,目前歐洲約10%~15%的批量機械加工已採用乾式或准乾式切削技術。
從加工方法上看,車削、銑削、滾齒等加工應用干切削較多。日本堅藤鐵工所用開發的KC250H型乾式滾齒機和硬質合金滾刀,在冷風冷卻、微量潤滑劑潤滑的條件下進行了高速滾齒加工,與傳統的濕式滾齒機(KA220型)和高速鋼滾刀加工相比,加工速度提高了2.3倍,加工齒輪精度也得到明顯提高。
就工件材料而言,鑄鐵由於熔點高、熱擴散係數小,最適合進行干切削。Spur和Lachmund陶瓷刀具和CNB刀具高速切削鑄鐵的試驗結果表明,由於CNB具有較高的導熱係數,能快速帶走工件的熱量,因此CNB刀具比陶瓷刀具更適合鑄鐵材料的高速切削。鋁及鋁合金是難於進行干切削的材料,但通過採用MQL潤滑的高速准乾式切削,在解決切屑與刀具粘結及鋁件熱變形方面已獲得突破,在實際生產中已有加工鋁合金零件的准乾式切削生產線投入運行。對於難加工材料,則已開發了使用激光輔助進行干切削的加工技術。