干式冷風切削與高效車稳嘁、銑加工
關(guān)鍵詞：低溫冷風切削描馅、干式半干式切削、綠色制造扑姆、清潔加工脸夸、硬質(zhì)合金刀具、效率牌宜、刀具壽命期油。
高效切削現(xiàn)狀
當前，國內(nèi)外金屬切削加工行業(yè)骡眼，圍繞提高切削效率须拒、延長刀具使用壽命的研究課題，大致從以下四個方面展開：一是研究刀具材料晌爹，二是研究刀具結(jié)構(gòu)玛繁，三是研究刀具幾何角度和切削用量的合理選擇（特別是高速切削技術(shù)的采用），四是研究刀具表面處理新技術(shù)的開發(fā)肖自。這四方面的工作号呜，都的確能有效地提高刀具的切削效率和使用壽命，但是征蜻，降低刀具切削溫升叼枝，減小刀具磨損和切削力，同樣是切削過程中必須研究和探討的重要課題唉锌。
數(shù)控化縮短了機床的調(diào)整時間隅肥，機床和刀具制造技術(shù)的進步，換來了加工效率的迅速提高，也產(chǎn)生出大量的切屑腥放、散發(fā)出更大的熱量泛啸；此時，若仍按傳統(tǒng)方法：加大切削劑用量秃症，就會給環(huán)境造成更大傷害候址。傳統(tǒng)切削劑中含有大量硫、磷种柑、氯等物質(zhì)岗仑，這些有害液體的隨意排放，揮發(fā)到空氣中聚请，對操作人員的身體健康帶來很大危害荠雕。同時，加工時的飛濺驶赏、升騰酬桦、泄漏等現(xiàn)象時時發(fā)生，它將影響到飲用水源罕识、土地和空氣桩眼，破壞生態(tài)環(huán)境。長期以來舒脐，使用切削劑袄碱，造成能源的大量消耗、給企業(yè)增添的負擔侨识，人們早已用生產(chǎn)成本概念予以解釋存学。
為了解決上述問題，各國政府都加大了切削液污染的監(jiān)管力度凄跑，并相繼出臺非常嚴格的切削廢液管理、限制及處罰措施城离。特別是ISO14000環(huán)境標準和ISO16000健康標準通告執(zhí)行以后炭刺，企業(yè)面對環(huán)保的壓力更大，使得因切削劑產(chǎn)生的成本在逐年上升娜食。
為此煮落，研究新的刀具冷卻、潤滑方式 踊谋；實施少用或不用切削劑的干式蝉仇、半干式加工方法就成為改善環(huán)境、提高切削效率和刀具使用壽命的又一前沿技術(shù)殖蚕。
目前轿衔，這種技術(shù)已成為數(shù)控化后，金屬切削加工業(yè)面臨的主要研究課題睦疫。其中：冷風切削技術(shù)是半干式切削加工技術(shù)中的一種害驹，是MQL(微量潤滑)切削技術(shù)的延伸鞭呕，為了迅速推廣應用這一技術(shù)，最近宛官，結(jié)合生產(chǎn)葫松，我們對冷風切削技術(shù)在車、銑削加工中的效果進行了生產(chǎn)驗證底洗。
冷風切削系統(tǒng)
冷風切削加工系統(tǒng)的簡單工作原理和設計方案是：讓低溫冷風射流機生成的低溫冷風 （-30℃～-50℃）混入非常微量的植物油腋么，并噴射到切削點，對刀具的前亥揖、后刀面實施冷卻贺跟、潤滑和排屑以降低切削溫升。該系統(tǒng)主要由：空氣壓縮機遵艰、低溫冷風射流機沫杜、微量油霧化器、噴射器电摔、刀具等機構(gòu)組成垛岛。
圖一、為冷風車削加工裝置的系統(tǒng)簡圖稀崔。如圖所示限剩，由空氣壓縮機產(chǎn)生的氣流，經(jīng)塵埃分離器清除微離子泉剔，再經(jīng)空氣干燥器下降至露點魂麦，進入空氣冷卻裝置冷卻后，從上下兩個方向噴向刀具前假却、后面的切削點钧失。
冷風銑削試驗
汽輪機葉片型面銑削加工，原來都在普通銑床上進行夏跷，采用的高速鋼立銑刀哼转、球頭銑刀在油冷狀態(tài)下，切削速度僅為30-40m/min槽华，切削效率很低壹蔓。后進行技術(shù)改造后，加工設備幾乎都更換成數(shù)控銑床猫态，為此佣蓉，絕大部分刀具也選用可高速切削的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位銑刀，由于高速切削時切削溫度快速提升亲雪，這就給原來采用的油冷帶來了大量的煙霧勇凭。
這些嗆人的煙霧，不但影響了視線、加工環(huán)境套像，也使操作工人無法進行正常切削加工酿联。如將切削速度減小，則將使切削效率降低夺巩，實現(xiàn)不了通過機床贞让、刀具的改進，實現(xiàn)高效切削的初衷右木。
為此砰染，工廠在每臺機床旁配置了抽煙機，但在高速切削情況下塌卜，油煙仍無法很快消除标增。在銑削加工時，為保證刀具能正常進行高速切削启脉，我們試驗應用了冷風切削技術(shù)杠卜。
◆ 油劑冷卻銑削與冷風銑削的對比
為了驗證冷風切削技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應用效果，結(jié)合生產(chǎn)综澄，我們進行了大量油劑冷卻銑削加工與低溫冷風加工工藝的對比試驗坠屹。試驗時發(fā)現(xiàn)，車間提供的壓縮源氣壓嚴重不足神卢，達不到CTL-2/50型冷風射流機的工作壓力0.4～0.8Mpa兵扭，但仍然進行了加工。結(jié)果是：在高速切削條件下（切削速度在180m/min）袒碍，使用大量油劑銑削不銹鋼葉片一次換刀脾鸠，可加工5～8件，而冷風銑削時舆床，在工作壓力不足的情況下棋蚌，還是可加工8～10件，刀具使用壽命明顯延長挨队。應該相信附鸽，當氣源壓力得到充分保證的前題下，使用冷風切削瞒瘸，刀具壽命將有更進一步的延長。試驗用銑刀與工件形狀見圖二熄浓，不同冷卻方式的切削效果見表一情臭。
◆試驗條件
機床：上海第四機床廠生產(chǎn)的數(shù)控立銑
工件材料：1Cr13不銹鋼
材料規(guī)格：50×100×48（內(nèi)背弧型面為不等截面）
刀具：標準型硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位球頭銑刀Ф32
刀片型號：P26315R16、STMT09T308
切削用量：見表一
冷風條件：CTL-2/50型冷風射流機生成的-50℃左右冷風
壓縮空氣源：車間集中配氣管 0.1～0.15Mpa
油劑切削用油：礦物油(20升/分左右)
冷風切削用油：植物性低溫油(30毫升/時)
冷風車削試驗
◆ 冷風內(nèi)赌蔑、外冷卻車削與油霧車削對比
為了驗證在冷風作用下俯在，內(nèi)、外冷卻車刀的切削性能，我們制作了專用的內(nèi)冷車刀(見圖四)跷乐。它能通過設于車刀刀體內(nèi)部的管道肥败，把冷風輸送到刀頭附近的上、下兩個出口泊宴，噴向刀片前屑淌、后刀面，并與普通車刀(標準型可轉(zhuǎn)位上壓式結(jié)構(gòu))用兩根管道以外冷卻方式加工（結(jié)構(gòu)見圖四）和傳統(tǒng)噴霧冷卻切削方式進行了對比钱图。
其結(jié)果是：同樣在后刀面磨損到0.3mm時荞狠，用傳統(tǒng)噴霧冷卻切削，刀具切削行程僅為24mm(按工件加工寬度測量) 撩怀；使用冷風告锅，從外部上、下兩個方向噴向刀片前双竣、后刀面的刀具切削行程達到58mm守迫，刀具壽命延長了1倍。但是渤尚，當使用冷風公悟，用內(nèi)冷卻車刀切削時，在轉(zhuǎn)速演徘、走刀量和背吃刀量都作了相應提高的情況下慎陵，刀具切削行程可高達111mm。這充分體現(xiàn)了喻奥，在冷風作用下席纽，使用內(nèi)冷車刀的優(yōu)勢。三種冷卻方式的切削效果見表二撞蚕，車刀結(jié)構(gòu)簡圖見圖三润梯。
◆ 試驗條件
機床：數(shù)控立車
工件材料：規(guī)格：高溫合金、Φ1200×120
刀具：油劑噴霧車削和外冷卻冷風車削用標準型可轉(zhuǎn)位上壓式車刀甥厦。內(nèi)冷卻冷風車削使用自制內(nèi)冷車刀纺铭。
刀片型號：CNCMG120408E
切削用量：見表二
冷風條件：CTL-2/50型冷風射流機生成的-50℃左右冷風
壓縮空氣源：車間集中配氣管壓力0.3～0.4Mpa
油劑切削用油：礦物油
冷風切削用油：植物性低溫油(30毫升/時)
在車削中，采用不同冷卻方式的刀具其壽命可見圖四刀疙。
切削效果分析
從上述加工實例舶赔，可以認為：在車、銑加工過程中谦秧，使用低溫冷風的初步應用效果是良好和顯著的竟纳。特別是，針對難加工材料如：不銹鋼和高溫合金等的銑削疚鲤、車削具有實用性锥累。
試驗得出的初步結(jié)論是：
◆在滿足冷風射流機基本工作條件下挡医，冷風切削技術(shù)比傳統(tǒng)油劑（水劑）切削技術(shù)的刀具使用壽命長。
◆冷風切削時炸笋，內(nèi)冷卻方式比外冷卻方式的效果好训癌，突出表現(xiàn)在刀具使用壽命的提高方面。
◆試驗證明地毁，刀具的使用壽命隨冷風壓力娶匠、流量增大而延長。
◆在車鼓宿、銑過程中豆出，考慮到切削點的溫度降低，因此情键，可以適當增大了切削用量吵淌；由于刀具使用壽命延長，節(jié)省了調(diào)整工位所需的輔助時間钢墩，加工效率有顯箸的提高被处。
◆對精加工高溫合金材料的工件表面粗糙度進行了實測，可穩(wěn)定地達到Ra2.05～Ra2.5μm用押，
◆對加工后的不銹鋼葉片進行了磁粉探傷驗測肢簿，未發(fā)現(xiàn)有裂紋等異常現(xiàn)象蜻拨。
◆由于以氣代油池充，無嗆人的煙霧，環(huán)境清潔缎讼，對身體無害收夸，有利操作，還提高了效率血崭，操作工人非常歡迎卧惜。
應用前景及有待進一步探討的問題
低溫冷風切削技術(shù)的應用實踐證明，它能提高切削效率夹纫、延長刀具壽命延長咽瓷、降低能耗和加工成本。首先舰讹，工廠是最大的受益者茅姜，其次，由于工作環(huán)境的改善螟衍、加工效率的提高引妖，帶來收入增加，工人也樂于接受奏宽，社會意義就更為深遠腮哩。
綜上所述，我們認為 ：這項技術(shù)能夠滿足用現(xiàn)代工藝技術(shù)改造傳統(tǒng)設備的要求卸窿，應該有廣闊的應用前景腻酱，但我們試驗應用冷風切削技術(shù)的時間尚短，因此結(jié)論也是初步的唐肩，該技術(shù)要適應于大切削用量的粗加工烧歹，刀具結(jié)構(gòu)（特別是內(nèi)冷結(jié)構(gòu)）和切削參數(shù)等合理選擇，還有待進一步實驗穗掘、探討霸拦。
哈爾濱汽輪機廠有限責任公司（顧祖慰、魏成雙）称啸；重慶成田低溫加工技術(shù)有限公司（張昌義屏疗、吳軍）
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