干式切削對(duì)刀具材料提出了更高更嚴(yán)格的要求。冷卻氣降溫是國內(nèi)近幾年新興的刀具降溫方式，也稱作干式冷卻。它通過渦旋管(vortex tube)將常溫下的壓縮空氣降低到零下10～20℃之間。 我國是機(jī)床大國，2005年機(jī)床工業(yè)產(chǎn)值和機(jī)床消費(fèi)額在全球都名列前五位，而且持續(xù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。然而在經(jīng)濟(jì)繁榮的背后卻存在著巨大的環(huán)境污染問題，機(jī)床行業(yè)普遍使用的切削液對(duì)環(huán)境和人身會(huì)造成污染和損害。早在20世紀(jì)，歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國家就將某些切削廢液作為有毒材料處理，制定了嚴(yán)格的法律、法規(guī)限制切削廢液排放，使得切削廢液的處理成本大大增加。因此越來越多的歐美廠家在機(jī)械加工時(shí)采用干式切削或半干式切削工藝，以降低成本。目前，研發(fā)新型刀具、采用低溫冷卻氣對(duì)刀具降溫已成為干式切削的重點(diǎn)發(fā)展方向。 研發(fā)新型刀具 干式切削無疑對(duì)刀具材料的耐磨性、熱硬性、穩(wěn)定性、耐熱性提出了更高更嚴(yán)格的要求。目前廣泛使用的材料包括有超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、CBN、PCD、金屬陶瓷和陶瓷（包括氧化鋁和氮化硅）。這些材料雖然有不少優(yōu)點(diǎn)，但是與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比要脆得多，無法承受過大的壓力，所以切削刃必須經(jīng)過加工以分散壓力。為了方便排除切屑，刀刃的外形設(shè)計(jì)也顯得非常重要。更為重要的是刀具涂層。涂層就像一層絕熱屏障，能有效抑制從切削區(qū)到刀具的熱傳遞降低熱沖擊。目前使用最多的涂層是氮化鈦，占到了85%以上，在高速干式切削的情況下最好的涂層材料是氮鋁鈦，它具有更好的耐高溫性。涂層的厚度通常在2～18mm之間。涂層越薄，表面應(yīng)力越小，耐溫度變化性能也越好，切削時(shí)不容易產(chǎn)生裂紋和細(xì)斑。涂層越厚耐高溫性能越好，耐磨性增強(qiáng)，刀具的韌性也越好。所以涂層的厚度往往決定了刀具的性能和特點(diǎn)。 　　 采用低溫冷卻氣對(duì)刀具降溫 目前干式切削技術(shù)還不完善，往往還需要輔助壓縮空氣、冷卻氣降溫，有時(shí)候還會(huì)用到少量潤滑油或噴霧潤滑。但是我們有理由相信，隨著干式切削的快速發(fā)展，必然會(huì)帶動(dòng)刀具的不斷革新，在不久的將來會(huì)涌現(xiàn)出更多新技術(shù)、新設(shè)計(jì)、新材料的刀具。 冷卻氣降溫是國內(nèi)近幾年新興的刀具降溫方式，也稱作干式冷卻。它通過渦旋管(vortex tube)將常溫下的壓縮空氣降低到零下10～20℃之間。由一個(gè)單頭、多頭或扁平萬象管輸送冷空氣直接吹向刀具和工件的接觸表面，降低溫度，減少熱沖擊。渦旋管的工作方式類似于龍卷風(fēng)(圖1)，壓縮空氣(0.55～0.69MPa)經(jīng)過發(fā)生器的螺旋口進(jìn)入渦旋管的腔體內(nèi)，形成1000000r/min的高速渦旋氣流流向尾端。此過程中釋放出巨大的熱能，使腔體表面溫度急劇升高。到達(dá)尾端的渦旋氣流經(jīng)過錐形排氣閥，排出少量的壓縮空氣并帶走大量的熱量。剩余的渦旋氣流沿排氣閥的錐形表面調(diào)轉(zhuǎn)180°由腔體另一端流出，此時(shí)的渦旋氣流因?yàn)橐呀?jīng)釋放出了大量熱能，自身溫度非常低，通常能下降到-10℃左右（圖2）。而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中最低溫度能下降到-46℃的低溫，是局部降溫的最佳方式。 圖2 渦旋管生產(chǎn)-10℃低溫氣體，表面結(jié)冰 早在19世紀(jì)，大物理學(xué)家James Clerk Maxwell就曾提出一個(gè)與渦流管有關(guān)的理論假設(shè)。他指出，既然熱能的產(chǎn)生和分子的流動(dòng)有關(guān)，那也許有一天，在一個(gè)“友善的小惡魔”（渦流管）的幫助下，能將氣體中的冷、熱分子分離出來，我們就可以在一件工具上，同時(shí)獲得冷、熱氣流。 渦流管的發(fā)明就是“Maxwell友善的小惡魔”的真實(shí)證明。法國物理學(xué)者George Ranque在1928年一次實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)他正在試驗(yàn)的渦流式泵一端排出熱空氣而另一端排出的是冷空氣。這立刻讓Ranque產(chǎn)生了濃厚的興趣，并試圖制造出第一個(gè)渦旋管，可惜Ranque的努力失敗了。這也使得渦流管的真正問世延后到1945年，德國物理學(xué)家Rudolph Hilsch發(fā)表了一篇受人矚目的關(guān)于渦流管的科學(xué)報(bào)告。此后，歷經(jīng)理論和實(shí)踐的不斷更新完善，渦流管逐漸成為工業(yè)制冷的新工具，并迅速在歐美工業(yè)強(qiáng)國廣泛使用。渦旋管的應(yīng)用也不斷創(chuàng)新，推出了冷卻槍用于機(jī)床行業(yè)刀具降溫和機(jī)箱冷卻器用于高溫控制柜降溫（圖3）。 圖3 配備過濾器和消音器的機(jī)箱冷卻器 美國EXAIR公司是全球最早設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)渦旋管（冷卻槍、機(jī)箱冷卻器）的專業(yè)制造商，1983年正式成立于美國工業(yè)重鎮(zhèn)辛辛那提。并耗資300多萬美金在金海岸設(shè)立實(shí)驗(yàn)室和研發(fā)中心，不斷提高、完善產(chǎn)品性能。 深圳市聯(lián)歐貿(mào)易發(fā)展有限公司是美國EXAIR公司在中港澳地區(qū)的總代理，負(fù)責(zé)其全線產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣和技術(shù)支持。公司經(jīng)過十多年的快速穩(wěn)定發(fā)展，和國內(nèi)外數(shù)百家知名企業(yè)開展了成功合作，目前已在北京、上海、廣州、成都、武漢、西安、昆明等地設(shè)有分公司和辦事處,專業(yè)負(fù)責(zé)相關(guān)區(qū)域市場(chǎng)的客戶售前、售后服務(wù)工作。 信息來源于：中工機(jī)床網(wǎng)