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切削液
随着现代机械制造业的快速发展 ,切削技术和 切削工艺的不断创新对切削液的性能提出了更高要 求。尤其是近年来环境保护和人类健康日益成为全 社会关注的焦点 ,而切削液会对环境和人体造成污 染和损害 ,因此切削液的使用和废液处理已受到环 保法规日益严格的制约。在工业发达国家 ,使用切 削液加工时产生的烟雾量也要受到严格限制 ,对某 些切削液废液及带有切削液的切屑要求必须作为有 毒材料加以处理 ,其处理成本不断提高[1 ] 。为了适 应社会发展的要求 ,现代切削液技术的发展出现了 一些新的特点。 1 高性能、长寿命、低污染切削液的开 发及废液处理技术研究 近年来 ,我国进口数控机床、加工中心等先进 制造设备越来越多 ,所需切削液若长期依赖进口 ,因 价格昂贵 ,将使生产成本大幅度上升。因此 ,研制高 性能切削液以替代进口产品已成当务之急。目前 , 我国水基切削液的使用范围越来越广 ,且已开始从 乳化液向性能好、寿命长的合成切削液、微乳化液过 渡[2 ,3 ] 。在发达国家 ,微乳化液已普遍使用 ,并正在 大力研究环保型切削液[4 ] 。 目前 ,国内外切削液研究的重点内容包括 :研制 高性能切削液 ,研究延长切削液使用寿命的供液方 法以减少废液排放量 ;研究更有效和更经济的废液 处理方法 ,除使其达到排放标准之外 ,还应尽可能减 少有害污染物在环境中的积累[5 ,6 ] 。
2 切削液的适当用量
传统的切削液供液方法常采用浇注法 ,尤其对于水基切削液 ,通常是将一定压力、较大流量的切削 液喷射覆盖到切削区 ,以起到润滑、冷却等作用。在 加工条件发生变化时 ,如在更换工件材料或更换刀 具类型及几何参数的情况下 ,通常也不会 (或很少) 调整切削液用量。美国密执安技术大学对切削加工 中有关切削液的适当用量问题进行了研究 ,试图在 满足加工要求的情况下 ,使切削液用量最少 ,与切削 液有关的费用也降至最低。他们在福特公司所做的 试验中 ,对切削液的浓度、工件材料、刀具类型及几 何参数等都进行了测试与研究 ,并对工件表面粗糙 度、积屑瘤和切削力等作了分析 ,通过试验得出了最 适当的切削液用量。美国 Thyssen 制造公司正全力 研究“最小润滑”加工技术 ,使切削液液流或气雾通 过刀具作用于加工区域 ,切削液的流量由 CNC 程序 控制 ,效果十分理想[7 ] 。
3 开发传统切削液的替代品
在这方面研究最多的是液氮冷却。氮气是大气 中含量最多的成分 ,液氮作为制氧工业的副产品 ,资 源十分丰富。以液氮作为切削液 ,使用后直接挥发 成气体返回大气中 ,不会产生任何污染物 ,从环保角 度看 ,是一种极有前途的切削液替代品。液氮冷却 的利用方法之一是将液氮作为切削液直接喷射到切 削区。美国怀特州立大学的 S. Y. Hong 和印度工学 院的 S. Paul 分别在车削和磨削加工中对液氮冷却 进行了理论和试验研究 ,结果表明 ,在超低温加工状 态下 ,刀具材料能够保持良好的切削性能 ,可提高切 削效率和加工质量 ;同时液氮可显著降低磨削区温 度 ,减少磨削烧伤[8 ,9 ] 。液氮冷却的另一种利用方 法是间接利用 ,即不将液氮直接喷射到切削区。美 国林肯大学的 Z. Y. Wang 在多晶体 CBN 刀具上部 的方盒内储存液氮 ,由进口输入 ,从出口流出 ,用这 种方式车削烧结氮化硅时 ,刀具寿命延长了 10 倍 ,磨损降低 1/ 4。美国标准和技术国际研究所的 E2 vans 用金刚石刀具切削不锈钢时 ,利用液氮冷却刀 杆或夹具 ,减少了刀具磨损 ,加工表面粗糙度低于 Ra 0. 025μm [10 ] 。 喷气冷却也是液氮的利用方式之一 ,直接用于 切削冷却的不是氮气本身 ,而是被液氮冷却过的气 体。日本学者研制的喷气冷却磨削系统就是利用经 液氮冷却过的超低温( - 50 ℃以下) 气体直接喷吹于 磨削部位 ,砂轮为经固体润滑剂处理或添加了极少 量超精植物油的 CBN 砂轮。试验表明 ,磨削后工件 材料的残余压应力比使用磨削液时要大 ,且残余应 力的分布区域变宽 ,可显著提高零件的抗疲劳强度 和使用寿命[11 ] 。
2 切削液的适当用量
传统的切削液供液方法常采用浇注法 ,尤其对于水基切削液 ,通常是将一定压力、较大流量的切削 液喷射覆盖到切削区 ,以起到润滑、冷却等作用。在 加工条件发生变化时 ,如在更换工件材料或更换刀 具类型及几何参数的情况下 ,通常也不会 (或很少) 调整切削液用量。美国密执安技术大学对切削加工 中有关切削液的适当用量问题进行了研究 ,试图在 满足加工要求的情况下 ,使切削液用量最少 ,与切削 液有关的费用也降至最低。他们在福特公司所做的 试验中 ,对切削液的浓度、工件材料、刀具类型及几 何参数等都进行了测试与研究 ,并对工件表面粗糙 度、积屑瘤和切削力等作了分析 ,通过试验得出了最 适当的切削液用量。美国 Thyssen 制造公司正全力 研究“最小润滑”加工技术 ,使切削液液流或气雾通 过刀具作用于加工区域 ,切削液的流量由 CNC 程序 控制 ,效果十分理想[7 ] 。
3 开发传统切削液的替代品
在这方面研究最多的是液氮冷却。氮气是大气 中含量最多的成分 ,液氮作为制氧工业的副产品 ,资 源十分丰富。以液氮作为切削液 ,使用后直接挥发 成气体返回大气中 ,不会产生任何污染物 ,从环保角 度看 ,是一种极有前途的切削液替代品。液氮冷却 的利用方法之一是将液氮作为切削液直接喷射到切 削区。美国怀特州立大学的 S. Y. Hong 和印度工学 院的 S. Paul 分别在车削和磨削加工中对液氮冷却 进行了理论和试验研究 ,结果表明 ,在超低温加工状 态下 ,刀具材料能够保持良好的切削性能 ,可提高切 削效率和加工质量 ;同时液氮可显著降低磨削区温 度 ,减少磨削烧伤[8 ,9 ] 。液氮冷却的另一种利用方 法是间接利用 ,即不将液氮直接喷射到切削区。美 国林肯大学的 Z. Y. Wang 在多晶体 CBN 刀具上部 的方盒内储存液氮 ,由进口输入 ,从出口流出 ,用这 种方式车削烧结氮化硅时 ,刀具寿命延长了 10 倍 ,磨损降低 1/ 4。美国标准和技术国际研究所的 E2 vans 用金刚石刀具切削不锈钢时 ,利用液氮冷却刀 杆或夹具 ,减少了刀具磨损 ,加工表面粗糙度低于 Ra 0. 025μm [10 ] 。 喷气冷却也是液氮的利用方式之一 ,直接用于 切削冷却的不是氮气本身 ,而是被液氮冷却过的气 体。日本学者研制的喷气冷却磨削系统就是利用经 液氮冷却过的超低温( - 50 ℃以下) 气体直接喷吹于 磨削部位 ,砂轮为经固体润滑剂处理或添加了极少 量超精植物油的 CBN 砂轮。试验表明 ,磨削后工件 材料的残余压应力比使用磨削液时要大 ,且残余应 力的分布区域变宽 ,可显著提高零件的抗疲劳强度 和使用寿命[11 ] 。
