干式冷风切削与高效车、铣加工
关键词：低温冷风切削、干式半干式切削、绿色制造、清洁加工、硬质合金刀具、效率、刀具寿命。
高效切削现状
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，人们早已用生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力度，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ISO14000环境标准和ISO16000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。
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、铣削加工中的效果进行了生产验证。
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℃～-50℃）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。
图一、为冷风车削加工装置的系统简图。如图所示，由空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，进入空气冷却装置冷却后，从上下两个方向喷向刀具前、后面的切削点。
冷风铣削试验
汽轮机叶片型面铣削加工，原来都在普通铣床上进行，采用的高速钢立铣刀、球头铣刀在油冷状态下，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控铣床，为此，绝大部分刀具也选用可高速切削的硬质合金可转位铣刀，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。在铣削加工时，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。
◆ 油剂冷却铣削与冷风铣削的对比
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铣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，但仍然进行了加工。结果是：在高速切削条件下（切削速度在180m/min），使用大量油剂铣削不锈钢叶片一次换刀，可加工5～8件，而冷风铣削时，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。试验用铣刀与工件形状见图二，不同冷却方式的切削效果见表一。
◆试验条件
机床：上海第四机床厂生产的数控立铣
工件材料：1Cr13不锈钢
材料规格：50×100×48（内背弧型面为不等截面）
刀具：标准型硬质合金可转位球头铣刀Ф32
刀片型号：P26315R16、STMT09T308
切削用量：见表一
冷风条件：CTL-2/50型冷风射流机生成的-50℃左右冷风
压缩空气源：车间集中配气管 0.1～0.15Mpa
油剂切削用油：矿物油(20升/分左右)
冷风切削用油：植物性低温油(30毫升/时)
冷风车削试验
◆ 冷风内、外冷却车削与油雾车削对比
为了验证在冷风作用下，内、外冷却车刀的切削性能，我们制作了专用的内冷车刀(见图四)。它能通过设于车刀刀体内部的管道，把冷风输送到刀头附近的上、下两个出口，喷向刀片前、后刀面，并与普通车刀(标准型可转位上压式结构)用两根管道以外冷却方式加工（结构见图四）和传统喷雾冷却切削方式进行了对比。
其结果是：同样在后刀面磨损到0.3mm时，用传统喷雾冷却切削，刀具切削行程仅为24mm(按工件加工宽度测量) ；使用冷风，从外部上、下两个方向喷向刀片前、后刀面的刀具切削行程达到58mm，刀具寿命延长了1倍。但是，当使用冷风，用内冷却车刀切削时，在转速、走刀量和背吃刀量都作了相应提高的情况下，刀具切削行程可高达111mm。这充分体现了，在冷风作用下，使用内冷车刀的优势。三种冷却方式的切削效果见表二，车刀结构简图见图三。
◆ 试验条件
机床：数控立车
工件材料：规格：高温合金、Φ1200×120
刀具：油剂喷雾车削和外冷却冷风车削用标准型可转位上压式车刀。内冷却冷风车削使用自制内冷车刀。
刀片型号：CNCMG120408E
切削用量：见表二
冷风条件：CTL-2/50型冷风射流机生成的-50℃左右冷风
压缩空气源：车间集中配气管压力0.3～0.4Mpa
油剂切削用油：矿物油
冷风切削用油：植物性低温油(30毫升/时)
在车削中，采用不同冷却方式的刀具其寿命可见图四。
切削效果分析
从上述加工实例，可以认为：在车、铣加工过程中，使用低温冷风的初步应用效果是良好和显著的。特别是，针对难加工材料如：不锈钢和高温合金等的铣削、车削具有实用性。
试验得出的初步结论是：
◆在满足冷风射流机基本工作条件下，冷风切削技术比传统油剂（水剂）切削技术的刀具使用寿命长。
◆冷风切削时，内冷却方式比外冷却方式的效果好，突出表现在刀具使用寿命的提高方面。
◆试验证明，刀具的使用寿命随冷风压力、流量增大而延长。
◆在车、铣过程中，考虑到切削点的温度降低，因此，可以适当增大了切削用量；由于刀具使用寿命延长，节省了调整工位所需的辅助时间，加工效率有显箸的提高。
◆对精加工高温合金材料的工件表面粗糙度进行了实测，可稳定地达到Ra2.05～Ra2.5μm，
◆对加工后的不锈钢叶片进行了磁粉探伤验测，未发现有裂纹等异常现象。
◆由于以气代油，无呛人的烟雾，环境清洁，对身体无害，有利操作，还提高了效率，操作工人非常欢迎。
应用前景及有待进一步探讨的问题
低温冷风切削技术的应用实践证明，它能提高切削效率、延长刀具寿命延长、降低能耗和加工成本。首先，工厂是最大的受益者，其次，由于工作环境的改善、加工效率的提高，带来收入增加，工人也乐于接受，社会意义就更为深远。
综上所述，我们认为 ：这项技术能够满足用现代工艺技术改造传统设备的要求，应该有广阔的应用前景，但我们试验应用冷风切削技术的时间尚短，因此结论也是初步的，该技术要适应于大切削用量的粗加工，刀具结构（特别是内冷结构）和切削参数等合理选择，还有待进一步实验、探讨。
哈尔滨汽轮机厂有限责任公司（顾祖慰、魏成双）；重庆成田低温加工技术有限公司（张昌义、吴军）
声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。
- 暂无反馈
