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高速切削對切削介質(zhì)的性能要求

發(fā)表時(shí)間:2015-09-28 15:55:36

 切削介質(zhì)冷卻性能的好壞,首先取決于切削介質(zhì)自身的性質(zhì),如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、汽化熱、汽化速度等,其次取決于切削介質(zhì)的作用方式,如噴射流量、噴射速度、噴射角度及噴射靶距等因素。氣體介質(zhì)的冷卻性能遠(yuǎn)低于液體介質(zhì),但高速切削也要考慮過度冷卻帶來的刀具熱疲勞失效問題,以及如何使切削介質(zhì)進(jìn)入刀/屑/界面和刀/工界面有效冷卻等問題。一般濕式切削由于切削介質(zhì)進(jìn)入問題和強(qiáng)烈的熱沖擊,刀具磨損往往會加劇,故高速切削難加工材料多采用低溫風(fēng)冷、低溫微量潤滑等干式、準(zhǔn)干式切削方式。

多數(shù)情況下采用切削介質(zhì)的主要目的,是利用該介質(zhì)的減摩潤滑性能,以改善刀具/工件接觸區(qū)的摩擦接觸狀況,從而提高刀具的使用壽命。不同換熱系數(shù)下采用WC-Co硬質(zhì)合金高速正交切削TC4鈦合金時(shí)的刀具前刀面擴(kuò)散分布曲線。由于換熱系數(shù)的改變對刀具前刀面平均溫度有一定的影響,但對于切屑形成以及刀具前刀面的很高溫度(靠近切削刃口處)幾乎沒有影響。因此,在距離刃口附近很高溫度區(qū)域的擴(kuò)散磨損變化不大,中間部位的擴(kuò)散磨損隨換熱系數(shù)的提高而降低。在距離刃口較遠(yuǎn)處,切削溫度值相對較低,對刀具的擴(kuò)散磨損影響較小。不同摩擦系數(shù)條件下采用WC-Co硬質(zhì)合金高速正交切削TC4鈦合金時(shí)的前刀面擴(kuò)散磨損率的仿真分布曲線,距離切削刃口處的切削溫度很高,處于粘結(jié)接觸窗口內(nèi)部(Sticking Window)而受摩擦系數(shù)變化的影響較小,因此,在靠近切削刃口處,刀具的擴(kuò)散磨損率變化不大,但是滑動接觸窗口區(qū)域隨著摩擦系數(shù)的增加,切削溫度相應(yīng)增加較為明顯,從而刀具擴(kuò)散磨損率也相應(yīng)較大。比較可見提高潤滑性能對改善刀具擴(kuò)散磨損比冷卻的作用更明顯。

高速切削排屑問題將會對刀具的切削性能、加工表面質(zhì)量等產(chǎn)生一定的影響。因此,高速切削要求切削介質(zhì)要具有一定的排屑作用。一般通過高速、高壓、大流量的射流沖擊直接將切屑吹離刀具和加工區(qū)。

切削介質(zhì)的綠色性能要求介質(zhì)具有環(huán)境友好性,減少污染物的排放。對人體造成主要危害的是油霧中的可吸入顆粒物(PM10,空氣動力學(xué)直徑≤10μm的顆粒)。通常,顆粒直徑越小,進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)的部位也越深,對人體的危害也越大。一般情況下,空氣動力學(xué)直徑≥10μm的顆粒物大部分會被阻擋在鼻腔外,不會進(jìn)入人體,而直徑≤10μm的可吸入顆粒物則能順利進(jìn)入呼吸系統(tǒng)并會在人體內(nèi)沉積,對人體造成長期的危害。因此,對于可能產(chǎn)生油霧的冷卻潤滑方式,必須控制介質(zhì)成分、油霧濃度及顆粒度大小,避免對生產(chǎn)現(xiàn)場人員的傷害。目前,在歐洲已開始禁用礦物基油作為切削介質(zhì)用油。