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關于潤滑性涂層與微量潤滑的發展

http://www.ngjthbc.cn 2015年09月19日

潤滑性涂層與微量潤滑有同樣的效果：減少刀具與工件之間的摩擦，防止積屑瘤的形成，因此也形成兩者之間的競爭。它們的發展主要是因為干式切削工藝的推廣應用。

潤滑性涂層在與硬涂層結合使用時，可以發揮充分的作用，其發展方向為：

1.有很高硬度的類金剛石涂層

粗糙的表面、太大的涂層厚度以及主要是被涂硬質合金允許的最大的鈷含量(約6%)阻止了金剛石涂層的形成，而新型的熱弧工藝能在很低溫度下沉積出非晶態的類金剛石涂層。它可以涂覆任何硬質金屬、鋼、甚至鋁制零件。這種涂層的摩擦系數非常低，能夠實現無油傳動。

2.形成中等硬度的潤滑性涂層，如WC/C基涂層

這種涂層在摩擦的跑合階段顯示較高的摩擦系數。然而它比MoS₂涂層有更高的耐磨性，它的這種特性使刀具在耐用度后期其表面潤滑性也不會由于自拋光效應而變壞。

3. 形成可供使用的真正的軟涂層，如MoS₂基涂層

它的優點是刀具的跑合過程非常有效，甚至熱弧涂層工藝留下的大顆粒也不會堵塞切屑，只要在MoS₂被磨掉以前切屑已拋光了這些大顆粒。

從涂層應用領域的整體來看，涂層的發展將保持很大的增長速度(見圖8)，因此出現了象Pilze這樣的大涂層中心，但它們不能只靠刀具涂層生存下去，必須以低得多的涂層價格招徠零件制造業。相反，那些從事經濟地涂覆重磨刀具的小型涂層服務點，倒是經常門庭若市。

微量潤滑很適合制造技術的現狀，它只要相當少的費用(2000～20000DM)就可實施，方便地附加到現有的機床上，所需要的前提條件也不難解決。

微量潤滑是利用流體力學文氏管原理：高速的空氣流把油霧化成幾乎無質量的液滴。它有兩種使用方式：外部的和內部的，與澆注式冷卻比較，其微量潤滑有很多優點：

1.比澆注乳化液效果更佳，可使每一滴介質完全進入工作區。

2.避免了對刀具的熱沖擊。

3.和澆注式冷卻方式相比，只消耗1/60000的潤滑油。

4.工件和切屑都是干的。

5.輔以抽吸裝置，可以實現保護環境和維護操作者的健康。

但持懷疑和反對的人也提出了新的異議和指責：

1.要有效地使用微量潤滑的內冷卻方式，需要新的機床和昂貴的主軸。

2.為了試驗微量潤滑，有關的機床必須停產較長時間，并需進行復雜的改裝。

3.油霧不象澆注式那樣可是以收集回來再泵出去，會極大地污染工作環境。

4. 油霧的粒度在10µm以下，甚至1µm，會進入肺里，影響人的健康。

對于上述幾點異議的答復是：

1. 實踐證明，對現有機床進行微量潤滑改裝，其高速主軸在高達40,000r/min時仍能可靠工作；

2.為微量潤滑開發的ECD刀具夾頭，可實現內部的微量潤滑方式，而不必改裝機床，它用一個旋轉裝置吸進周圍的空氣，再從油池里帶走油液，送到刀具的內冷卻通道里；

3.用澆注式冷卻方式，其損耗、輸送和使用的費用需要高得多；

4.由小液滴組成的油霧只在密封的管道中流動，從刀具里噴出來時已變成大得多的顆粒。

在微量潤滑有上述一些優點的情況下，還需要潤滑性涂層嗎?回答是肯定的，因為它能使刀具減少摩擦，而微量潤滑卻達不到這個目的，兩者一起可形成有效的組合，其應用已不局限于切削加工。

在德國，微量潤滑裝置目前每年有10,000套的市場(見圖9)，而且還將進一步增加。市場的業績主要取決于服務的成套程度，那些能迅速提供整個加工過程中有關干式切削成套技術的，包括刀具、微量潤滑、涂層，將在市場競爭中取勝。可以預測，在五年之內，德國制造的加工中心中將有5%用微量潤滑與潤滑性涂層相結合來取代澆注式冷卻。關于旋轉刀具的一次性使用問題

刀具使用一次以后，在什么情況下可以丟棄?應該是在修理、維護不可能或者很復雜(如特殊的波形刃刀具的重磨必須送到刀具制造廠)，或者修理、維護費比買新的還貴時。沒有人認為，價格便宜的硬質合金可轉位車刀片、銑刀片應該重磨。現在已把直徑較大的鉆頭做成可轉位式，其理由既有技術上的也有經濟上的。一方面，對于直徑大于16mm的刀具，其刀體所需求的精度用近凈成形工藝(如精密壓力鑄造)已很容易達到；另一方面，用整體硬質合金制作大直徑的刀具，其材料的費用太高。

相反，對于小直徑刀具，如制成可轉位式就沒有競爭力，一是刀片槽定位面的尺寸精度只有磨削才能達到；二是這個尺寸段刀具的硬質合合金材料所占的成本較少。而整體硬質合金刀具還具有高的加工效率和精度，以及可很好的重磨和重涂的優勢。如果一次性使用，很不經濟。但前提是要有一個組織得很好的重磨和重涂服務，使質量和供應都有保障。為此，可把內部的刀具管理委托給外部的公司來承擔。

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