高壓冷卻液是一項(xiàng)新的熱門技術(shù)，在過去10年的時(shí)間里其使用大約上升了500%翘单。我們都聽說過或者看到過高壓冷卻液可能產(chǎn)生的明顯結(jié)果彩届。不幸的是，大多數(shù)購(gòu)買高壓的制造廠家不真正知道如何最好地利用它誓酒。甚至對(duì)什么樣的壓力才算高壓都存在疑團(tuán)樟蠕。當(dāng)我在說高壓時(shí)，它指的是至少1000磅/平方英寸靠柑。本文將向你簡(jiǎn)單介紹科學(xué)使用高壓的規(guī)則寨辩。
        
        技巧不是科學(xué)
        
        當(dāng)我問：“該過程如何起作用”時(shí)，我?guī)缀蹩偸菚?huì)得到一個(gè)技術(shù)方面的答案歼冰，諸如“將它設(shè)定為7靡狞，如果不行，則試試7.5众桨∠月鳎”科學(xué)則與此不同；利用它宪凹，您可以在花錢之前知道會(huì)出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象朦盲。本文將把金屬切削當(dāng)作一個(gè)必須用標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)理解方式加以分析的物理或化學(xué)問題而考慮。
        
        宇宙規(guī)則適合我們所有人举么，即使我們身處制造業(yè)中也不例外结款。有一些奇怪的想法，認(rèn)為只有通過不斷嘗試才是在我們業(yè)務(wù)中不斷發(fā)展的唯一途徑考瘪。這樣做將導(dǎo)致超出傳統(tǒng)科學(xué)思維的個(gè)人理論昼薯。盡管您可能發(fā)現(xiàn)統(tǒng)治整個(gè)宇宙的新的規(guī)律方面的認(rèn)識(shí)，但是這種機(jī)會(huì)卻是幾百萬(wàn)分之一才會(huì)發(fā)生悯歇。這種思維路線所存在的問題是彪珠，它的代價(jià)昂貴，并且通常不會(huì)產(chǎn)生最好的結(jié)果终琅。
        如果您無(wú)法用大學(xué)第一年的學(xué)科解釋所發(fā)生的事情恨溜，那么您對(duì)它就沒有真正理解。當(dāng)我們往火星發(fā)射探測(cè)器并得到令人震驚的照片時(shí)找前，設(shè)計(jì)該設(shè)備的人采用了以牛頓糟袁、伯努利或愛因斯坦等命名的理論。標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)理論已經(jīng)證明了可以預(yù)測(cè)物理相互作用結(jié)果的公式躺盛。我們的業(yè)務(wù)也應(yīng)該采用這些預(yù)測(cè)性的科學(xué)方法项戴。
        
        多少冷卻液？
        
        您的新CNC機(jī)床需要多少冷卻液槽惫？一般的基于經(jīng)驗(yàn)的答案是“你有多少用多少”周叮、“機(jī)床上隨機(jī)提供了多少就用多少”或者“它看起來(lái)合適就行〗缧保”科學(xué)的答案（簡(jiǎn)短型）卻是0.5gpm/馬力仿耽。利用普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)理解合冀，我們知道用于切削的每馬力的能量通過定義等于746瓦特。如果你采用10馬力项贺，則在切削中輸入了7460瓦特（10 ×746）君躺。那么對(duì)于你輸入到切削中的能量發(fā)生了什么現(xiàn)象呢？我們都知道它變成了熱量开缎，并且對(duì)于這個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算痹埠，我們可以用一個(gè)90%的常數(shù)：
        
        1瓦特=3.41 Btu（英熱量單位，252卡）妙帆；
        
        7,460瓦特×3.41 =25,438 Btu以90%轉(zhuǎn)換=22,894 Btu
        
        設(shè)計(jì)散熱器或家用加熱系統(tǒng)的人會(huì)計(jì)算吸收或者帶走1 Btu熱量所需要的水量仙尔。計(jì)算中有許多因素：金屬有多熱、流體有多冷兵雪、流體接觸金屬的百分比以及時(shí)間長(zhǎng)度等编撵。不進(jìn)行許多這類計(jì)算，我們也可以就以下現(xiàn)象進(jìn)行某些假設(shè)：適當(dāng)導(dǎo)向的冷卻液的平均過程以及經(jīng)驗(yàn)答案規(guī)則带诊，采用25%的安全因子辈喜，得出0.5gpm/馬力。因此于箩，如果你在切削中采用了10馬力砖伴，則您需要5gpm冷卻液實(shí)現(xiàn)高壓效果。
        
        工作原理
        
        高壓形成了局部的壓力增加判嘀，避免了蒸氣的形成愧汽。液體的作用力、指向切削點(diǎn)的質(zhì)量和加速的結(jié)果等結(jié)合起來(lái)侣夷，完成了工件的加工任務(wù)横朋。
        
        力=（質(zhì)量×速度2）/重力
        
        速度 =14.7（英尺/秒）×PSI的平方根
        
        你將注意到，壓力不是這個(gè)熟悉的方程式的一部分百拓。它與速度有關(guān)琴锭，但是不是一對(duì)一的方式。如果你將壓力提高100%衙传，那么力只能提高40%决帖。如果你將體積提高100%，那么力可以提高100%蓖捶。
        
        始終要提高體積地回；千萬(wàn)不要提高壓力，除非必須這樣做俊鱼。為什么需要這樣做刻像？簡(jiǎn)單的力學(xué)理論：請(qǐng)記住所有的冷卻液必須沖擊切屑與刀具之間的空隙。如果你的目標(biāo)面積較小，并且你在切削中使用了很高的馬力细睡，那么你可能必須在這個(gè)小面積中裝入更多液體谷羞。隨著壓力提高，相同數(shù)量的冷卻液將通過越來(lái)越小的孔隙加進(jìn)去抠衬。你必須提高壓力裸岁，直到去除所產(chǎn)生熱量所必須的所有冷卻液都進(jìn)入到目標(biāo)區(qū)域?yàn)橹埂＃ㄔ诰W(wǎng)址(暫不可見)上可以看到孔隙表锹肾，其中可以告訴你對(duì)于給定的壓力，通過某孔隙的冷卻液量映贞。）最好的策略是保持壓力恒定而基于鉆頭尺寸或者切削中所用的馬力而改變冷卻液量奥泛，只有在絕對(duì)必要的情況下才提高壓力。
        

可以在新的或現(xiàn)有機(jī)床上使用一個(gè)獨(dú)立的單元裁堤。

        鉆削問題
        
        鉆削過程中出現(xiàn)了另一種情況：真正重要的壓力是隨著流體從孔中出來(lái)時(shí)形成的背壓虫弓。這里的規(guī)則是每英寸的鉆頭直徑采用10 gpm 冷卻液。一個(gè)直徑為0.500英寸的鉆頭需要5 gpm的冷卻液來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓效果灵吃；而0.250英寸的鉆頭則需要2.5 gpm抛伏。
        
        最常見的問題是冷卻液孔太小。 鉆頭必須可以通過足夠的冷卻液灵界，否則它的性能將不正常鳍泥。依據(jù)孔隙表檢查孔尺寸或者進(jìn)行漏斗試驗(yàn)：讓鉆頭靜止，將冷卻液導(dǎo)引到漏斗中溉委，時(shí)間30秒鹃唯，然后測(cè)量你所收集的冷卻液體積。
        
        接下來(lái)一個(gè)最常見的問題是冷卻液孔處在鉆尖后角中瓣喊。這一點(diǎn)對(duì)小鉆最常見坡慌。間隙通常只有5度，從而就不存在讓冷卻液從孔中出來(lái)的空間藻三。在使用中洪橘，孔的底部阻塞了孔。為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能棵帽，至少50%的孔必須處于二次擠磨中熄求。某些鉆頭制造廠家仍然不理解孔尺寸和定位之間的這種簡(jiǎn)單關(guān)系。你必須確保 — 在100個(gè)孔和10,000個(gè)孔之間有明顯的不同岖寞。如果你沒有足夠大的冷卻液系統(tǒng)來(lái)維持全部壓力抡四，則那些沒有得到合適信息的供應(yīng)商會(huì)建議在封閉的鉆頭末端焊接孔，其中鉆的孔尺寸較小仗谆，從而冷卻液系統(tǒng)上的壓力表會(huì)顯示完全的壓力指巡。千萬(wàn)不要這樣做；這樣做在概念上就是錯(cuò)誤的恤络。
        
        一般地溜屡，鉆削規(guī)則和馬力規(guī)則會(huì)給你提供相同的答案蹂曾。如果它們之間存在沖突，則要采用更大的體積盗闯。
        
        冷卻液濃度是大多數(shù)過程中很少得到理解的元素之一蕴嘹。應(yīng)該采用什么樣的濃度呢？5%是否合適球灰？或者6%闹只？摩擦學(xué)是一門對(duì)潤(rùn)滑進(jìn)行研究的學(xué)問，我們大家對(duì)其主要的理念之一都很熟悉：接觸的表面積越大迂溉，潤(rùn)滑的需要就越高羡逃。平面軸承所需要的潤(rùn)滑比滾動(dòng)軸承的高，而滾動(dòng)軸承需要的潤(rùn)滑又要比滾珠軸承的高狡舞。
        
        切削刀具遵循相同的規(guī)則：與工件接觸的刀具表面越大硬白，所需要的潤(rùn)滑越高，因此骇另，冷卻液濃度越高畴栖。單點(diǎn)車削刀具接觸面積最小，采用5%的濃度就可以八千。鉆頭的整個(gè)刀尖和邊緣都接觸工件吗讶，始終最少需要8%的濃度。鉸刀具有更多的表面接觸叼丑，因此可能需要10%关翎。需要最高潤(rùn)滑的刀具是絲錐。它60度的切削刃使它成為所有常用刀具中表面接觸最高的刀具鸠信。
        
        控制磨損
        
        你無(wú)須花費(fèi)好幾個(gè)星期來(lái)處理刀具壽命短或表面粗糙度不佳的加工任務(wù)纵寝。你可能會(huì)記住某個(gè)運(yùn)行很差的加工任務(wù)，直到你提高冷卻液濃度而將所有問題都解決為止星立。損失了多少金錢爽茴、時(shí)間和可靠性？看看與工件接觸的刀具表面绰垂，你可以在遇到問題前確定合適的冷卻液濃度室奏。例如，將冷卻液濃度從5%提高到8%通尘⒆埃可以將鉆頭壽命提高1000% 或更高胧沫。你是否曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過，盡管如此卢女，那些花費(fèi)昂貴且需要14個(gè)星期才能到貨的德國(guó)鉸刀往往在一個(gè)當(dāng)班中就全部報(bào)廢智础？
        
        為什么采用高壓冷卻液后刀具壽命變得如此之高？你總是聽說，從你將機(jī)床接通電源的那一刻起助安，它就開始磨損辰诱。這是真的，我們可以描述這種現(xiàn)象的方式是采用一根磨損線（參見上面的圖）莽裤。較大的初始磨損叫做磨合拱缆，然后我們得到一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定、可以預(yù)測(cè)的磨損期店烛，再然后磨損一般會(huì)加速接近到報(bào)廢谢奕。這是你在沒有任何劈裂問題的精加工刀片上見到的現(xiàn)象，轎車上的輪軸軸承或防斷裂底座也這樣辱甫。幾乎所有的機(jī)械設(shè)備都從不同程度上遵循這種磨損方式第勉。
        
        損壞是與此不同的。進(jìn)入到切屑刀具間隙中的切屑會(huì)引起損壞锅锨。這是一種隨機(jī)發(fā)生的事件，我們都知道任何隨機(jī)事件組恋沃，如果繪成圖的話必搞，會(huì)給我們提供一個(gè)正常分布形式。這些是（反應(yīng)模式非常不同的刀具故障的）相差很大的兩個(gè)形狀囊咏。適當(dāng)施加的高壓冷卻液的作用力會(huì)將切屑從切削區(qū)沖走恕洲，從而它們永遠(yuǎn)不會(huì)接觸刀具或工件而引起損壞。如果你考察該過程并說：“我一般每個(gè)刀片加工30或40個(gè)零件梅割，但有時(shí)候刀具在加工兩個(gè)零件就斷裂霜第，但有時(shí)候能加工60個(gè)』Т牵”那么你描述了一種正確的分布現(xiàn)象泌类。可以繪制刀具壽命數(shù)據(jù)底燎，并在不必實(shí)際看到它們的情況下就了解刀片情勢(shì)刃榨，因?yàn)槟p和損傷是從根本上不相同的故障模式。高壓冷卻液會(huì)使刀具磨損而不是損壞双仍。
        
        為什么這樣做寺斟？
        
        高壓冷卻液可以解決熱量問題、切屑問題以及潤(rùn)滑不良問題辽画。采用它你可以獲得多大的好處溪胖？與熱量、切屑或潤(rùn)滑有關(guān)的問題都從功能上消除阀恳。問題越大肤不，你獲得的好處越多。例如，用低壓冷卻液進(jìn)行鉆削幾乎始終存在切屑損壞問題失臂。刀具和切屑在鉆削孔中狹路相逢酷匹，隨著切屑要從孔中出來(lái)，它們?cè)谇邢鼽c(diǎn)被進(jìn)行二次切削并在邊緣和孔的側(cè)面之間進(jìn)行擠磨权洼。這樣就會(huì)導(dǎo)致孔粗糙度不良硼琢，刀具壽命縮短。如果鉆頭具有正確尺寸的冷卻液孔献蛔，并且你具有足夠量且濃度合適的冷卻液瞄邪，則會(huì)產(chǎn)生令人驚訝的結(jié)果。我在全世界各地開研討班允瞧，每次我都讓每個(gè)參加研討班的人估計(jì)在1018號(hào)鋼中鉆削一個(gè)0.125英寸±0.001直徑简软、1.300英寸深的孔需要多長(zhǎng)時(shí)間。每組的平均結(jié)果幾乎都是每孔45~60秒述暂。而采用高壓冷卻液這種孔可以在1.2秒鐘內(nèi)就加工好痹升，刀具壽命至少為4000個(gè)孔。稀有材料諸如對(duì)熱非常敏感的鈦畦韭，可以通過控制過程溫度而以高得多的速度進(jìn)行加工疼蛾。
        
        隨著這個(gè)行業(yè)從疲軟期恢復(fù)過來(lái)，開始用新機(jī)床更換老設(shè)備艺配，它們將很可能具有高壓冷卻液功能察郁。為保持競(jìng)爭(zhēng)力，你必須學(xué)會(huì)使用該工具转唉。
        
        High-pressure coolant is the new “hot”technology, with approximately a 500 percent increase in use in the last 10 years. Unfortunately, most of the manufacturers that buy high pressure don’t really know how to get the most benefit out of it. There is even some confusion about what pressure qualifies as“high pressure.” This article will give you a brief outline of the science-based rules for using high pressure.（完）

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