切削加工冷却方法的现状与发展

摘要:在概述了金属切削液及其发展的基础上,指出了目前冷却方法即使用切削液过程中存在的主要问题；列举了当前国内外在探索新的冷却方法方面的进展,提出在世界性环境意识提高的大背景下,少、无切削液加工技术将是制造业未来发展的一个重要趋势。

1 金属切削液的作用与发展

金属切削液作为机械加工重要的配套材料,它在机械加工中主要起冷却、润滑、清洗和防锈四个作用。在过去以及今后相当长的一段时期内,金属切削液在金属切削加工中的使用仍是金属切削加工中主要的冷却方法。

金属切削液的历史始于18世纪后期,当时金属切削以很低的速度进行。1883年,美国人F.M. Taylor发现将水浇注到切削区,可以提高切削速度、排除切屑。随着人们对金属切削加工质量的要求不断提高,人们又采用动植物油作为切削液。它能在金属表面形成比较牢固的吸附膜,降低工件表面粗糙度。但它易氧化变质,使用期限短。人们逐渐在实践中试着将脂肪油跟矿物油掺合而形成一种混合油。后来,含硫、氯、磷等有机化合物和其他添加剂的非活性极压油和活性极压油应运而生。它们与金属起化学反应,形成高熔点、低剪切强度的固体润滑膜,提高了切削液在高温、高压下降低摩擦和抗烧结的能力。随着切削速度和切削温度的不断提高,油基切削液不能完全满足切削要求,这时人们又开始重视水冷却的优点,把油的润滑性能与水的冷却性能结合起来,促使了乳化液的应用。现在又发展了合成和半合成切削液(即乳化液),且分别形成了系列产品。近年来,人们又致力于低污染切削液的研制与开发,以减少切削废液对环境的危害。应该指出的是,任何一种切削液配方,或多或少几乎都对环境有害。即使对使用后的废液采取处理,也仍然存在一定含量对环境有害的物质。

关于切削液的种类和选用方法,已有大量的资料和文献供参考,在此不再赘述。

(a)普通浇注法 (b)后刀面浇注法

图1 几种刀具注液方式

2 传统冷却方式的作用与缺陷

切削液加注方向对冷却效果的影响

切削液的加注方向主要影响切削液能否充分地渗透到切削区。实际生产中,操作者一般多向刀具前刀面加注(见图1(a )所示),这样有利于减小切削阻力,但切削液有时难以到达前刀面激烈摩擦的部位,因此产生了从后刀面加注的方法(见图1(b)所示),这样,随着刀具前进造成的低压,切削液易于进入切削的接触部位。实验证明这样可延长刀具50%甚至2倍的寿命。对于平面磨削,在生产实践中一些操作者常常忽略磨削液浇注方向的作用,将磨削液的喷嘴设置成图2所示位置。由于砂轮高速旋转产生巨大的气流阻碍了磨削液进入磨削区,从而导致磨削过程的“事后”冷却,即此时磨削液仅对工件整体温度的降低起作用,而对处于磨削区的工件温度几乎不起任何冷却作用。

切削液加注方式及其冷却效果

切削液的加注方式也称供液法,按照加注原理主要有以下几种:

普通浇注法 这种供液方法主要由泵、管路系统、喷嘴组成。切削液由泵送出经喷嘴以一定的流速、流量浇到切削(磨削)区,在切屑容器内被分离后,又回到供液箱。该方法装置简单,在生产中应用最为广泛。美国的J . A . Webster对喷嘴的形状、位置等作了较深入的研究,从流体力学的高度上探讨了喷嘴形状对流速的影响,并得到了很多有益的结论。

图2 平面磨削的“事后”冷却 图3 刀具加压内冷却方法

图4 一种典型的砂轮内冷却装置示意图

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