干式冷风切削技术在车铣高效加工中应用探讨

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1、干式冷风切削技术在车・铳高效加工中应用探讨一、前言当前，国内外金属切削加工行业，围绕提高切削效率、延长刀具使用寿命的研究课题，大致从以下四个方面展开：一是研究刀具材料，二是研究刀具结构，三是研究刀具几何角度和切削用量的合理选择（特别是高速切削技术的采用）,四是研究刀具表面处理新技术的开发。这四方面的工作，都的确能有效地提高刀具的切削效率和使用寿命，但是，降低刀具切削温升，减小刀具磨损和切削力，同样是切削过程中必须研究和探讨的重要课题。数控化缩短了机床的调整时间，机床和刀具制造技术的进步，换来了加工效率的迅速提高，也产生出大

2、量的切屑、散发出更大的热量；此时，若仍按传统方法：加大切削剂用量，就会给环境造成更大伤害。传统切削剂中含有大量硫、磷、氯等物质，这些有害液体的随意排放，挥发到空气中，对操作人员的身体健康带来很大危害。同时，加工时的飞溅、升腾、泄漏等现象时时发生，它将影响到饮用水源、土地和空气，破坏生态环境。长期以来，使用切削剂，造成能源的大量消耗、给企业增添的负担，人们早已用牛产成本概念予以解释。为了解决上述问题，各国政府都加大了切削液污染的监管油剂费用15〜30%油剂采购费处理费管理费油剂循环设备费刀具费8%图1加工中心的成本构成比例力

3、度，并相继出台非常严格的切削废液管理、限制及处罚措施。特别是IS014000环境标准和IS016000健康标准通告执行以后，企业面对环保的压力更大，使得因切削剂产生的成本在逐年上升。图1为加工中心的成本构成此例，图中可见，油剂己占机床运行成本的15%〜30%。为此，研究新的刀具冷却、润滑方式；实施少用或不用切削剂的干式、半干式加工方法就成为改善环境、提高切削效率和刀具使用寿命的又一前沿技术。目前，这种技术已成为数控化后，金属切削加工业面临的主要研究课题。其中：冷风切削技术是半干式切削加工技术中的一种，是MQL（微量润滑）切

4、削技术的延伸，为了迅速推广应用这一技术，最近，结合生产，我们对冷风切削技术在车、铳削加工中的效果进行了生产验证。二、冷风切削系统冷风切削加工系统的简单工作原理和设计方案是：让低温冷风射流机生成的低温冷风(-30°C〜50°C)混入非常微量的植物油，并喷射到切削点，对刀具的前、后刀面实施冷却、润滑和排屑以降低切削温升。该系统主要由：空气压缩机、低温冷风射流机、微量油雾化器、喷射器、刀具等机构组成。图2为冷风车削加工装置的系统简图。如图所示，由牢气压缩机产生的气流，经尘埃分离器清除微离子，再经空气干燥器下降至露点，进入空气冷却

5、装置冷却后，从上下两个方向喷向刀具前、后面的切削点。压力计三、冷风铢削试验汽轮机叶片型面铳削加工，原来都在普通铳床上进行，采用的高速钢立铳刀、球头铢刀在油冷状态下，切削速度仅为30〜40m/min，切削效率很低。后进行技术改造后，加工设备几乎都更换成数髯針釁篇黑鬻議y崙曙控铳床，为此，绝大部分刀具也选用动排浅8•冷凝器9.压缩机10•车刀11.气液热交换器图2冷风车削加工系统可高速切削的硬质合金可转位铳刀，由于高速切削时切削温度快速提升，这就给原来采用的油冷带来了大量的烟雾，这些呛人的烟雾，不但影响了视线、加工环境，也使操

6、作工人无法进行正常切削加工。如将切削速度减小，则将使切削效率降低，实现不了通过机床、刀具的改进，实现高效切削的初衷。为此，工厂在每台机床旁配置了抽烟机，但在高速切削情况下，油烟仍无法很快消除。在铳削加工时，为保证刀具能正常进行高速切削，我们试验应用了冷风切削技术。油剂冷却铳削与冷风铳削的对比为了验证冷风切削技术在生产实践中的应用效果，结合生产，我们进行了大量油剂冷却铳削加工与低温冷风加工工艺的对比试验。试验时发现，车间提供的压缩源气压严重不足，达不到CTL-2/50型冷风射流机的工作压力0.4〜0.8Mpa,但仍然进行了力

7、［］工。结果是:在高速切削条件下(切削速度在18Om/min),使用大量油剂铳削不锈钢叶片一次换刀，可加工5〜8件，而冷风铳削时，在工作压力不足的情况下，还是可加工8〜10件，刀具使用寿命明显延长。应该相信，当气源压力得到充分保证的前题下，使用冷风切削，刀具寿命将有更进一步的延长。试验用铳刀与工件形状见图3,不同冷却方式的切削效果见表lo图3试验用铳刀与工件形状切削用量加工冷却方式转速n(r/min)走刀速度Vf(mm/min)背吃刀量ap（mm）件数（刀具寿命）（件）油冷180030002.55〜8冷风180036002

8、.58〜10试验条件机床:上海第四机床厂生产的数控立铳工件材料：lCrl3不锈钢材料规格:50x100x48（内背弧型面为不等截面）刀具:标准型硬质合金可转位球头铳刀（

9、）32刀片型号:P26315R16.STMT09T308切削用量：见表1冷风条件:CTL-2/50型冷风射流机生成的・50°C左右冷风