１前言

　　硬態(tài)切削中的金屬軟化效應(yīng)是影響刀具壽命、工件表面的完整性、切削效率和加工精度的重要因素绞甥。由于硬態(tài)切削是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切屑的，冷卻效率過高澈虱，從而減小了由切削力而產(chǎn)生的切削效果帖豫，加大了機(jī)械磨損，縮短了刀具壽命表牲。而在斷續(xù)切削時(shí)镜伪，由于施加冷卻，刀具承受的熱循環(huán)加劇想幻，會(huì)引起刀片材料發(fā)生熱疲勞和過早破損粱栖。干式切削則提供了一種健康的制造環(huán)境，使工作更安全脏毯，避免化學(xué)物質(zhì)的有害影響闹究，全面保護(hù)生態(tài)環(huán)境，它已成為目前清潔制造研究的熱點(diǎn)食店。但是在某些加工中完全實(shí)施不使用切削液的干式切削技術(shù)是比較困難的渣淤，因此美國職業(yè)安全和健康委員會(huì)(OSHA)根據(jù)調(diào)查提出了切削液使用的新概念，其中包括低溫冷卻吉嫩、噴霧冷卻(復(fù)合噴霧冷卻)和將切削油劑用量控制在最小限度之內(nèi)的微量冷卻潤滑技術(shù)(Minimum Quantit-Cutting Fluid Appli-cation价认，簡稱MQCFA)。

2 低溫冷卻技術(shù)

　　為有效地降低在切削區(qū)產(chǎn)生的過高的溫度自娩，往往采用將液態(tài)氣體直接傳輸?shù)角邢鲄^(qū)和刀具切削刃附近的低溫切削技術(shù)刻伊。低溫切削(Cryogenic Machining)利用液態(tài)氮(-186℃)、液體CO2(-76℃)及其他低溫液體的冷卻特性椒功，可極大地提高刀具壽命、加工精度趋肖、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率硫舞，與干式切削相比可減小切削力10%～20%相脱、磨削力60%左右，切削一般鋼材時(shí)切削溫度下降300～400℃铅惋。

　　低溫切裝置的原理有以下幾種：利用瓶裝液體CO2的自噴對(duì)切削區(qū)直接冷卻：用經(jīng)干燥的空氣維持杜瓦瓶的恒壓绅拢，利用虹吸原理讓壓縮空氣從瓶中抽出液態(tài)氮，經(jīng)特制的噴嘴噴向切削區(qū)：采用液態(tài)氮或CO2從外部冷卻工件泪滥，來達(dá)到降低切削區(qū)溫度的目的濒聪。有的采用刀具內(nèi)部制冷方法，甚至把刀具與冷凍機(jī)直接相連對(duì)刀具進(jìn)行循環(huán)冷卻园凫，效果也很明顯砍没。實(shí)驗(yàn)證明，低溫切削鈦合金十碗、不銹鋼鸥司、高強(qiáng)度及耐磨鑄鐵等均能取得良好效果。采用液態(tài)氮(LN)直接冷卻刀頭的低溫切削自動(dòng)控制裝置汉惫，該裝置是由美國Nebraska-Lincoln大學(xué)的王志勇博士開發(fā)研制的培愁，它成功地解決了用PCBN刀具加工Si3N4陶瓷的難點(diǎn)。元模型的切削溫度分布可以看出缓窜，采用低溫冷卻技術(shù)可降低PCBN刀頭的溫度定续，確保PCBN刀具的紅硬性和金屬軟化效應(yīng)，大大減少刀具的磨損禾锤。

　　驗(yàn)還表明私股，低溫冷卻技術(shù)的實(shí)施有利于切屑的折斷。普通碳素鋼的力學(xué)性能極大地受切削溫度的影響时肿，在低溫下易于脆裂庇茫，因此切屑在低溫條件下呈脆性并比較容易折斷，這為低溫冷卻在切削加工中有助于斷屑提供了可行性的基礎(chǔ)螃成。
 
3 噴霧冷卻技術(shù)

　　隨著高速切削和強(qiáng)力切削的發(fā)展旦签，刀具承受著比過去高得多的壓力、摩擦力和溫度寸宏，雖然刀具材料的進(jìn)步極大地促進(jìn)了切削效率的提高宁炫，但切削區(qū)的冷卻始終是提高刀具壽命的一條重要措施。鑒于防止廢棄切削液對(duì)環(huán)境的污染氮凝，采用噴霧冷卻不失為一種較好的選擇羔巢。噴霧冷卻是利用霧滴汽化散熱的方法來實(shí)現(xiàn)冷卻的。汽化的方式分為兩種：泡狀汽化和層狀汽化黎蠢。霧化冷卻切削區(qū)屬泡狀汽化霹早，當(dāng)霧滴落于溫度較高的表面時(shí)，形成汽化中心岔歼，氣泡的脫離帶動(dòng)霧滴液體劇烈翻動(dòng)秋贤，使霧滴進(jìn)一步汽化跛猛，把熱量帶走，細(xì)小水滴產(chǎn)生相變成為蒸氣爬喝。澆注式冷卻使液體產(chǎn)生層狀汽化儡绩，汽化時(shí)蒸氣成層狀，汽化層把被加熱的表面和冷卻介質(zhì)分離程鸵，所以液體澆注冷卻僅是對(duì)流和熱傳導(dǎo)起主要作用鹿磁。

　　噴霧冷卻裝置的氣流元件主要由引流和被引流兩大部分組成，根據(jù)引流部分所處位置的不同可分為噴射器和環(huán)形氣流放大器兩種频僵。蒸氣噴射器是噴射器中最為典型的一種骆喉，主要由噴嘴、吸入室和擴(kuò)壓器三大部分組成享甸。噴嘴的功能是產(chǎn)生高速的擾流截碴，對(duì)吸入室的氣體產(chǎn)生擾動(dòng)，帶動(dòng)吸入室的氣體一起流入擴(kuò)壓器中蛉威，從而產(chǎn)生氣流放大作用日丹。
 

　　環(huán)形氣流放大器的特點(diǎn)是高壓的氣體從縫隙很小的環(huán)形間隙流出，形成高速氣流蚯嫌，流入喉部哲虾，再從擴(kuò)張段流出，流動(dòng)過程中誘發(fā)大量周圍的自由空氣一同運(yùn)動(dòng)择示，從而產(chǎn)生較大的氣流輸出束凑。環(huán)形氣流放大器由環(huán)形氣流室、擴(kuò)張室和引流室三部分組成栅盲，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較精巧汪诉，通過調(diào)節(jié)環(huán)形氣流室內(nèi)的氣流參數(shù)就可調(diào)節(jié)總氣流量的大小。
 

　　在相同切削條件下選用YT15機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具同時(shí)做干式切削和噴霧冷卻切削對(duì)比實(shí)驗(yàn)谈秫，工件材料為J-55鋼料扒寄，采用一般乳化切削液作為噴霧劑，用顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)私免，噴霧冷卻的刀具前刀面磨損很少木冈，刀尖高度稍有磨損，負(fù)后刀面沒有明顯磨損檀抡，后刀面有一定的磨損量演易。干式切削負(fù)后刀面磨損嚴(yán)重，且有深的溝槽园溃，前刀面形成月牙洼坝偶，后刀面有一定的磨損量。干式切削時(shí)切屑顏色為深蘭色，噴霧冷卻時(shí)切屑顏色為土黃色慰沸。實(shí)驗(yàn)表明拷拗，噴霧冷卻對(duì)切削熱的抑制十分有效，經(jīng)過一段時(shí)間切削后磷像，用手觸摸刀具和工件仍有涼感，刀具壽命和生產(chǎn)率大幅度提高津贩。

4 最小量冷卻潤滑技術(shù)

　　切削液的冷卻邦匆、潤滑、排屑等作用在加工過程中得不到充分有效的發(fā)揮尝江，而廢舊冷卻液的處理已成為不可忽視的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素涉波。為了降低生產(chǎn)成本，減少對(duì)環(huán)境的污染炭序，就必須限制或廢止切削液的使用啤覆。切削液主要有以下負(fù)面問題：增加制造成本，在工件總的加工成本中惭聂，切削液費(fèi)用占7%～17%窗声，而刀具的成本大約只占2%～4%；未經(jīng)處理的切削廢液排入江河湖泊辜纲，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境笨觅；水基切削液含有一些對(duì)人體有害的化學(xué)成分，會(huì)引起工人呼吸道和肺部的諸多疾病耕腾，與人體直接觸會(huì)誘發(fā)多種皮膚病见剩。在目前還不能很有效地實(shí)施干式切削的情況下，采用最小量冷卻潤滑技術(shù)(MQCFA)的準(zhǔn)干式切削是比較有效的一種加工方法扫俺。

　　采用MQCFA要掌握的關(guān)鍵技術(shù)是：(1)如何保證潤滑液可靠地進(jìn)入切削區(qū)苍苞，對(duì)加工進(jìn)行充分有效的潤滑；(2)如何確定加工所需的潤滑液用量涉姆。目前解決第一個(gè)問題主要有兩種方法：一種方法是“外噴法”耕粪，將油氣混合物從外部噴向加工區(qū)。這種方法簡單易行荒鳖，但潤滑液的消耗量大居饵，尤其對(duì)某些封閉式加工(如鉆、鉸等)效果不好末昂。另一種是“內(nèi)噴法”减严，在刀具中開出油氣通道，油氣混合物從這些通道直接噴向加工區(qū)二蚓，對(duì)加工區(qū)進(jìn)行迅速有效的潤滑肮碗。這種方法潤滑比較充分，潤滑液的消耗量少，特別適合于封閉式加工始踪，但刀具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜笆唧。而對(duì)于第二個(gè)問題，目前主要用實(shí)驗(yàn)方法來解決洁糟。一臺(tái)典型的加工中心在濕式切削中岸裙，每分鐘需要20～100L的切削液，而采用MQCFA技術(shù)每小時(shí)只需要0.03～0.2L的切削液速缆。OSHA制定的切削液標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：空氣中霧劑數(shù)量的最大允許值為5.0mg/m3降允，期望能達(dá)到0.5mg/m3，而且生產(chǎn)成本不能過高艺糜。

5 結(jié)束語

　　制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)性要兼顧環(huán)境保護(hù)的重要性剧董，有利于環(huán)保的清潔生產(chǎn)加工方式———硬態(tài)切削必將得到更深入的研究和推廣應(yīng)用。以低溫冷卻技術(shù)破停、噴霧冷卻技術(shù)和最小量冷卻潤滑技術(shù)為代表的切削液使用新概念已引起發(fā)達(dá)國家企業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視翅楼，隨著機(jī)械工業(yè)面臨越來越大的環(huán)保壓力，迫使工廠不得不考慮采用環(huán)保型的生產(chǎn)工藝真慢，這對(duì)于我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施和經(jīng)濟(jì)增長目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將起著積極的作用毅臊。

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