切削加工中的冷却润滑技术

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1、切削加工中的冷却润滑技术高海涛（上海大学快速制造工程中心，上海200444）摘要：在金属切削加工中，切削每次都在新生面上进行，速度变化每分钟数毫米至数百米，压力高达2～3GPa。切削时除外摩擦外,还有刀具与切入金属内部的分子内摩擦，切削区界面温度可达600～800℃。这样的高温高压会使刀具的强度和硬度降低，因此在加工过程中需要采用冷却润滑技术，从而保证刀具寿命，工件表面的完整性，切削效率和加工精度。关键词：金属切削；摩擦；冷却；润滑CuttingprocessingofcoolinglubricationtechnologyGAOHaitao(Rapidmanufacturingeng

2、ineeringcenter,shanghaiuniversity,shangahi200444,China)Abstract：Inthemetalcuttingprocess,thecuttingineverytimenewplane,speedchangeeveryminuteofafewmillimeterstohundredsofmeters,thepressureupto2~3Gpa.Cuttingexceptfrictionoutside,stillhaveatoolandcutmetalinternalmolecularinternalfriction,cuttingar

3、eainterfacetemperaturecanreach600~800℃.Suchahightemperatureandhighpressu-rewillmaketoolstrengthandhardnessisreduced,thereforeinthemachiningprocessneedtoadoptcoolinglubricationtechnology,soastoensurecuttingtoollifeandworkpiecesurfacein-tegrity,cuttingefficiencyandmachiningprecision.Keywords:metal

4、cutting;friction;cooling;lubrication1金属切削中的摩擦金属切削过程中，刀具与工件材料之间发生着强烈的摩擦接触作用，形成了刀具前刀面13/切屑和后刀面/工件已加工表面的两方面摩擦。如图1所示。刀屑摩擦是指刀具前刀面与切屑之间的挤压与摩擦，压力高达数GPa，在高温作用下，切屑与前刀面部分接触区发生粘结，形成内摩擦，如图1中A区所示。在B区，切屑与前刀面是峰点接触，为滑动摩擦区。故通常把刀屑间的摩擦分为粘结区和滑动摩擦区的外摩擦。刀工摩擦是后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，相比前刀面，后刀面的正压力较小，主要为峰点接触，故同样为滑动摩擦，C区为不发生

5、摩擦的区域。图1切削加工中的摩擦1切削中的摩擦对切削加工过程有着重要影响，尤其是在高速切削难加工材料时，刀屑间的摩擦更加剧烈，切削区温度更高，对切削过程影响更大。在摩擦对切削过程的影像中，刀屑摩擦对切屑的形成、切削力、切削温度以及前刀具磨损等有较大影响；而刀工摩擦对已加工表面质量以及后刀面磨损有重要影响。因此，研究刀具与工件材料接触表面的摩擦特性至关重要，并通过改善切削区的接触状态，以减少切削摩擦的影响。切削加工中的摩擦与热对切削加工的各方面有许多不利影响，采取适当的措施降低切削区的摩擦，减少切削热，改善切削加工过程，成为重要的研究内容。而切削液成为改善切削区摩擦的有效方法，切削液在加

6、工过程中起到润滑、冷却和清洗作用，从而带走加工中产生的热量、降低摩擦和刀具磨损、排除切削等。在金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形，切削区的冷却过程就是固体和流体之间的传热过程。切削介质的冷却作用是通过介质与加工区进行复杂的热交换，将全部或大部分切削热带走而实现降温。其冷却作用是通过介质与加工区进行复杂的热交换，将全部或大部分切削热带走而实现降温。其冷却作用大小主要取决于切削介质本身的导热性能，如导热系数、比热、汽化热、气化速度和它对金属表面的润湿性能等，以及切削介质的供给方式，包括压力、流量和速度等因素。一般，对于切削介质，其本身导热系数越大，则热传导的能4力越强；比热越大，

7、其本身的容热能力越大，冷却作用也越好。对于传统的冷却润滑方式，切削介质主要以浇注的形式供给到切削区，其冷却能力主要依靠切削介质自身的性能。切削介质本身的性能。而对于一些先进的绿色冷却润滑技术，像一些以气态为主的切削介质（如氮气、空气）以高压射流的方式喷射到切削区，通过强制对流换热过程来达到冷却效果。与液体相比，气体射流本身的比热和导热系数低，冷却性能差。但是通过这种高压力、大流量和高流速的强制对流作用，使气体更容易渗入到切削区内部，充分与切屑、