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机械网--硬态切削中的冷却润滑技术

发布时间:2021-11-18 12:31:20 阅读: 来源:棉毯厂家
机械网--硬态切削中的冷却润滑技术

摘要:硬态切削是兼顾生态环境的重要性和制造业的经济性的新型制造技术,其切削参数与常规切削进程有很大的差别。文章提出了硬态切削中切削液使用的新概念,即喷雾冷却、低温冷却和最小量冷却润滑技术等。并给出了几种冷却方式的原理。 前言硬态切削中的金属软化效应是影响刀具寿命、工件表面的完全性、切削效率和加工精度的重要因素。由于硬态切削是通过使剪切部分的材料退火变软而构成切屑的,冷却效率太高,从而减小了由切削力而产生的切削效果,加大了机械磨损,缩短了刀具寿命。而在断续切削时,由于施加冷却,刀具承受的热循环加重,会引发刀片材料产生热疲劳和过早破损。干式切削则提供了1种健康的制造环境,使工作更安全,避免化学物质的有害影响,全面保护生态环境,它已成为目前清洁制造研究的热门。但是在某些加工中完全实行不使用切削液的干式切削技术是比较困难的,因此美国职业安全和健康委员会(OSHA)根据调查提出了切削液使用的新概念,其中包括低温冷却、喷雾冷却(复合喷雾冷却)和将切削油剂用量控制在最小限度之内的微量冷却润滑技术(Minimum Quantit-Cutting Fluid Appli-cation,简称MQCFA)。2 低温冷却技术为有效地降落在切削区产生的太高的温度,常常采取将液态气体直接传输到切削区和刀具切削刃附近的低温切削技术。低温切削(Cryogenic Machining)利用液态氮(⑴86℃)、液体CO2(⑺6℃)及其他低温液体的冷却特性,可极大地提高刀具寿命、加工精度、表面质量和生产效率,与干式切削相比可减小切削力10%~20%、磨削力60%左右,切削1般钢材时切削温度降落300~400℃。低温切装置的原理有以下几种:利用瓶装液体CO2的自喷对切削区直接冷却:用经干燥的空气保持杜瓦瓶的恒压,利用虹吸原理让紧缩空气从瓶中抽出液态氮,经特制的喷嘴喷向切削区:采取液态氮或CO2从外部冷却工件,来到达降落切削区温度的目的。有的采取刀具内部制冷方法,乃至把刀具与冷冻机直接相连对刀具进行循环冷却,效果也很明显。实验证明,低温切削钛合金、不锈钢、高强度及耐磨铸铁等均能取得良好效果。图1为采取液态氮(LN)直接冷却刀头的低温切削自动控制装置,该装置是由美国Nebraska-Lincoln大学的王志勇博士开发研制的,它成功地解决了用PCBN刀具加工Si3N4陶瓷的难点。从图2中有限元模型的切削温度散布可以看出,采取低温冷却技术可降落PCBN刀头的温度,确保PCBN刀具的红硬性和金属软化效应,大大减少刀具的磨损。图1 低温冷却自动控制装置

图2 干式切削与低温切削的切削温度散布

验还表明,低温冷却技术的实行有益于切屑的折断。普通碳素钢的力学性能极大地受切削温度的影响,在低温下易于脆裂,因此切屑在低温条件下呈脆性并比较容易折断,这为低温冷却在切削加工中有助于断屑提供了可行性的基础。3 喷雾冷却技术随着高速切削和强力切削的发展,刀具承受着比过去高很多的压力、摩擦力和温度,虽然刀具材料的进步极大地促进了切削效率的提高,但切削区的冷却始终是提高刀具寿命的1条重要措施。鉴于避免废弃切削液对环境的污染,采取喷雾冷却不失为1种较好的选择。喷雾冷却是利用雾滴汽化散热的方法来实现冷却的。汽化的方式分为两种:泡状汽化和层状汽化。雾化冷却切削区属泡状汽化,当雾滴落于温度较高的表面时,构成汽化中心,气泡的脱离带动雾滴液体剧烈翻动,使雾滴进1步汽化,把热量带走,细小水滴产生相变成为蒸气。浇注式冷却使液体产生层状汽化,汽化时蒸气成层状,汽化层把被加热的表面和冷却介质分离,所以液体浇注冷却仅是对流和热传导起主要作用。 喷雾冷却装置的气流元件主要由引流和被引流两大部分组成,根据引流部分所处位置的不同可分为喷射器和环形气放逐大器两种。蒸气喷射器是喷射器中最为典型的1种,其结构如图3所示,主要由喷嘴、吸入室和扩压器3大部分组成。喷嘴的功能是产生高速的扰流,对吸入室的气体产生扰动,带动吸入室的气体1起流入扩压器中,从而产生气放逐大作用。图3 蒸气喷射器结构简图

环形气放逐大器(见图4)的特点是高压的气体从缝隙很小的环形间隙流出,构成高速气流,流入喉部,再从扩大段流出,活动进程中引发大量周围的自由空气1同运动,从而产生较大的气流输出。环形气放逐大器由环形气流室、扩大室和引流室3部分组成,特点是结构比较精致,通过调理环形气流室内的气流参数即可调理总气流量的大小。图4 环形气放逐大器结构简图

在相同切削条件下选用YT15机夹可转位刀具同时做干式切削和喷雾冷却切削对比实验,工件材料为J⑸5钢料,采取1般乳化切削液作为喷雾剂,用显微镜视察发现,喷雾冷却的刀具前刀面磨损很少,刀尖高度稍有磨损,负后刀面没有明显磨损,后刀面有1定的磨损量。干式切削负后刀面磨损严重,且有深的沟槽,前刀面构成月牙洼,后刀面有1定的磨损量强拆农民农用地违建房合法吗。干式切削时切屑色采为深兰色,喷雾冷却时切屑色采为土黄色。实验表明,喷雾冷却对切削热的抑制10分有效,经过1段时间切削后,用手触摸刀具和工件仍有凉感,刀具寿命和生产率大幅度提高。4 最小量冷却润滑技术切削液的冷却、润滑、排屑等作用在加工进程中得不到充分有效的发挥,而废旧冷却液的处理已成为不可忽视的经济和环境因素。为了降落生产本钱,减少对环境的污染,就必须限制或废除切削液的使用。切削液主要有以下负面问题:增加制造本钱,在工件总的加工本钱中,切削液费用占7%~17%,而刀具的本钱大约只占2%~4%;未经处理的切削废液排入江河湖泊,严重破坏了生态环境;水基切削液含有1些对人体有害的化学成分,会引发工人呼吸道和肺部的诸多疾病,与人体直接触会引发多种皮肤病。在目前还不能很有效地实行干式切削的情况下企业拆违有补偿标准,采取最小量冷却润滑技术(MQCFA)的准干式切削是比较有效的1种加工方法。采取MQCFA要掌握的关键技术是:(1)如何保证润滑液可靠地进入切削区,对加工进行充分有效的润滑;(2)如何肯定加工所需的润滑液用量。目前解决第1个问题主要有两种方法:1种方法是“外喷法”,将油气混合物从外部喷向加工区。这类方法简单易行,但润滑液的消耗量大,特别对某些封闭式加工(如钻、铰等)效果不好。另外1种是“内喷法”,在刀具中开出油气通道,油气混合物从这些通道直接喷向加工区,对加工区进行迅速有效的润滑。这类方法润滑比较充分,润滑液的消耗量少,特别适合于封闭式加工,但刀具结构较复杂。而对第2个问题,目前主要用实验方法来解决。1台典型的加工中心在湿式切削中,每分钟需要20~100L的切削液,而采取MQCFA技术每小时只需要0.03~0.2L的切削液。OSHA制定的切削液标准中规定:空气中雾剂数量的最大允许值为5.0mg/m3,期望能到达0农村违章建筑养猪场能强拆吗.5mg/m3,而且生产本钱不能太高。5 结束语制造业的经济性要兼顾环境保护的重要性,有益于环保的清洁生产加工方式———硬态切削必将得到更深入的研究和推行利用。以低温冷却技术、喷雾冷却技术和最小量冷却润滑技术为代表的切削液使用新概念已引发发达国家企业界和学术界的重视,随着机械工业面临越来越大的环保压力,迫使工厂不能不考虑采取环保型的生产工艺,这对我国可延续发展战略的实行和经济增长目标的实现将起着积极的作用。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章