高壓冷卻液是一項(xiàng)新的熱門技術(shù)杀肩，在過去10年的時(shí)間里其使用大約上升了500%顿蝇。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)果淌踢。不幸的是危号，大多數(shù)購買高壓的制造廠家不真正知道如何最好地利用它。甚至對(duì)什么樣的壓力才算高壓都存在疑團(tuán)素邪。當(dāng)我在說高壓時(shí)外莲，它指的是至少1000磅/平方英寸。本文將向你簡(jiǎn)單介紹科學(xué)使用高壓的規(guī)則兔朦。
技巧不是科學(xué)
當(dāng)我問：“該過程如何起作用”時(shí)偷线，我?guī)缀蹩偸菚?huì)得到一個(gè)技術(shù)方面的答案，諸如“將它設(shè)定為7烘绽，如果不行淋昭，則試試7.5“步樱”科學(xué)則與此不同翔忽；利用它，您可以在花錢之前知道會(huì)出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象盏檐。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)問題而考慮歇式。
宇宙規(guī)則適合我們所有人，即使我們身處制造業(yè)中也不例外。有一些奇怪的想法材失，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)展的唯一途徑找塌。這樣做將導(dǎo)致超出傳統(tǒng)科學(xué)思維的個(gè)人理論。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)困煤，但是這種機(jī)會(huì)卻是幾百萬分之一才會(huì)發(fā)生鸥萌。這種思維路線所存在的問題是，它的代價(jià)昂貴技蝌，并且通常不會(huì)產(chǎn)生最好的結(jié)果壹霍。
如果您無法用大學(xué)第一年的學(xué)科解釋所發(fā)生的事情，那么您對(duì)它就沒有真正理解伦窜。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)建鹿，設(shè)計(jì)該設(shè)備的人采用了以牛頓、伯努利或愛因斯坦等命名的理論始坝。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)果的公式捍瘩。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。
多少冷卻液蓄揭？
您的新CNC機(jī)床需要多少冷卻液署弯？一般的基于經(jīng)驗(yàn)的答案是“你有多少用多少”、“機(jī)床上隨機(jī)提供了多少就用多少”或者“它看起來合適就行憎兽±淅耄”科學(xué)的答案(簡(jiǎn)短型)卻是0.5gpm/馬力。利用普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)理解纯命，我們知道用于切削的每馬力的能量通過定義等于746瓦特西剥。如果你采用10馬力，則在切削中輸入了7460瓦特(10 ×746)亿汞。那么對(duì)于你輸入到切削中的能量發(fā)生了什么現(xiàn)象呢瞭空？我們都知道它變成了熱量，并且對(duì)于這個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算疗我，我們可以用一個(gè)90%的常數(shù)：
1瓦特=3.41 Btu(英熱量單位咆畏，252卡)；
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熱量所需要的水量吴裤。計(jì)算中有許多因素：金屬有多熱旧找、流體有多冷、流體接觸金屬的百分比以及時(shí)間長(zhǎng)度等麦牺。不進(jìn)行許多這類計(jì)算钮蛛，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，采用25%的安全因子剖膳，得出0.5gpm/馬力轮砸。因此南链，如果你在切削中采用了10馬力，則您需要5gpm冷卻液實(shí)現(xiàn)高壓效果应胎。
工作原理
高壓形成了局部的壓力增加衡服，避免了蒸氣的形成。液體的作用力而逞、指向切削點(diǎn)的質(zhì)量和加速的結(jié)果等結(jié)合起來免砖，完成了工件的加工任務(wù)。
力=(質(zhì)量×速度2)/重力
速度 =14.7(英尺/秒)×PSI?
你將注意到肩菲，壓力不是這個(gè)熟悉的方程式的一部分翠坟。它與速度有關(guān)，但是不是一對(duì)一的方式犹佣。如果你將壓力提高100%，那么力只能提高40%绞芽。如果你將體積提高100%皱辞，那么力可以提高100%。
始終要提高體積歪架；千萬不要提高壓力股冗，除非必須這樣做。為什么需要這樣做和蚪？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止状。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攒霹，那么你可能必須在這個(gè)小面積中裝入更多液體怯疤。隨著壓力提高，相同數(shù)量的冷卻液將通過越來越小的孔隙加進(jìn)去催束。你必須提高壓力集峦，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?在網(wǎng)址(暫不可見)上可以看到孔隙表，其中可以告訴你對(duì)于給定的壓力抠刺，通過某孔隙的冷卻液量塔淤。)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，只有在絕對(duì)必要的情況下才提高壓力速妖。
可以在新的或現(xiàn)有機(jī)床上使用一個(gè)獨(dú)立的單元高蜂。 |
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時(shí)形成的背壓。這里的規(guī)則是每英寸的鉆頭直徑采用10 gpm 冷卻液索王。一個(gè)直徑為0.500英寸的鉆頭需要5 gpm的冷卻液來實(shí)現(xiàn)高壓效果丢华；而0.250英寸的鉆頭則需要2.5 gpm。
最常見的問題是冷卻液孔太小宣验。 鉆頭必須可以通過足夠的冷卻液赌矩，否則它的性能將不正常鹦房。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)引到漏斗中浑梳，時(shí)間30秒悲社，然后測(cè)量你所收集的冷卻液體積。
接下來一個(gè)最常見的問題是冷卻液孔處在鉆尖后角中染窝。這一點(diǎn)對(duì)小鉆最常見反没。間隙通常只有5度，從而就不存在讓冷卻液從孔中出來的空間医惠。在使用中缺员，孔的底部阻塞了孔。為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能器谦，至少50%的孔必須處于二次擠磨中弯囊。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胶果。如果你沒有足夠大的冷卻液系統(tǒng)來維持全部壓力匾嘱，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早抠，從而冷卻液系統(tǒng)上的壓力表會(huì)顯示完全的壓力霎烙。千萬不要這樣做；這樣做在概念上就是錯(cuò)誤的蕊连。
一般地悬垃，鉆削規(guī)則和馬力規(guī)則會(huì)給你提供相同的答案。如果它們之間存在沖突甘苍，則要采用更大的體積尝蠕。
冷卻液濃度是大多數(shù)過程中很少得到理解的元素之一。應(yīng)該采用什么樣的濃度呢羊赵？5%是否合適趟佃？或者6%？摩擦學(xué)是一門對(duì)潤(rùn)滑進(jìn)行研究的學(xué)問昧捷，我們大家對(duì)其主要的理念之一都很熟悉：接觸的表面積越大闲昭，潤(rùn)滑的需要就越高。平面軸承所需要的潤(rùn)滑比滾動(dòng)軸承的高撑葡，而滾動(dòng)軸承需要的潤(rùn)滑又要比滾珠軸承的高益爽。
切削刀具遵循相同的規(guī)則：與工件接觸的刀具表面越大，所需要的潤(rùn)滑越高艾抠，因此企棘，冷卻液濃度越高。單點(diǎn)車削刀具接觸面積最小惑妒，采用5%的濃度就可以射传。鉆頭的整個(gè)刀尖和邊緣都接觸工件菌菇，始終最少需要8%的濃度。鉸刀具有更多的表面接觸域曼，因此可能需要10%浪顽。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俱篡。
控制磨損
你無須花費(fèi)好幾個(gè)星期來處理刀具壽命短或表面粗糙度不佳的加工任務(wù)东悔。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颤枪。損失了多少金錢汗捡、時(shí)間和可靠性？看看與工件接觸的刀具表面畏纲，你可以在遇到問題前確定合適的冷卻液濃度扇住。例如，將冷卻液濃度從5%提高到8%通郴艚荆可以將鉆頭壽命提高1000% 或更高台囱。你是否曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過，盡管如此读整，那些花費(fèi)昂貴且需要14個(gè)星期才能到貨的德國鉸刀往往在一個(gè)當(dāng)班中就全部報(bào)廢？
為什么采用高壓冷卻液后刀具壽命變得如此之高咱娶？你總是聽說米间，從你將機(jī)床接通電源的那一刻起，它就開始磨損膘侮。這是真的屈糊，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)。較大的初始磨損叫做磨合琼了，然后我們得到一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定潦故、可以預(yù)測(cè)的磨損期，再然后磨損一般會(huì)加速接近到報(bào)廢键切。這是你在沒有任何劈裂問題的精加工刀片上見到的現(xiàn)象庐穴，轎車上的輪軸軸承或防斷裂底座也這樣。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龙喂。
損壞是與此不同的蝇硅。進(jìn)入到切屑刀具間隙中的切屑會(huì)引起損壞。這是一種隨機(jī)發(fā)生的事件秧梨，我們都知道任何隨機(jī)事件組翁漠，如果繪成圖的話，會(huì)給我們提供一個(gè)正常分布形式妻行。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)形狀舆焕。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)沖走按任，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)零件棍详，但有時(shí)候刀具在加工兩個(gè)零件就斷裂杠滓，但有時(shí)候能加工60個(gè)》叨瑁”那么你描述了一種正確的分布現(xiàn)象苇经。可以繪制刀具壽命數(shù)據(jù)宦言，并在不必實(shí)際看到它們的情況下就了解刀片情勢(shì)扇单，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奠旺。
為什么這樣做蜘澜？
高壓冷卻液可以解決熱量問題、切屑問題以及潤(rùn)滑不良問題响疚。采用它你可以獲得多大的好處鄙信？與熱量、切屑或潤(rùn)滑有關(guān)的問題都從功能上消除忿晕。問題越大装诡，你獲得的好處越多。例如践盼，用低壓冷卻液進(jìn)行鉆削幾乎始終存在切屑損壞問題鸦采。刀具和切屑在鉆削孔中狹路相逢，隨著切屑要從孔中出來因摸，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)行擠磨蜗南。這樣就會(huì)導(dǎo)致孔粗糙度不良，刀具壽命縮短侦滩。如果鉆頭具有正確尺寸的冷卻液孔饰测，并且你具有足夠量且濃度合適的冷卻液，則會(huì)產(chǎn)生令人驚訝的結(jié)果假祝。我在全世界各地開研討班靡庵，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、1.300英寸深的孔需要多長(zhǎng)時(shí)間抢必。每組的平均結(jié)果幾乎都是每孔45~60秒匀洪。而采用高壓冷卻液這種孔可以在1.2秒鐘內(nèi)就加工好，刀具壽命至少為4000個(gè)孔耗鲸。稀有材料諸如對(duì)熱非常敏感的鈦厕扼，可以通過控制過程溫度而以高得多的速度進(jìn)行加工。
隨著這個(gè)行業(yè)從疲軟期恢復(fù)過來懒潘，開始用新機(jī)床更換老設(shè)備胚茴，它們將很可能具有高壓冷卻液功能互墓。為保持競(jìng)爭(zhēng)力，你必須學(xué)會(huì)使用該工具蒋搜。
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