低溫切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研討

低溫切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研討摘要：眾所周知，在切削金屬材料時，控制切削熱的產(chǎn)生和釋放對于延長刀具壽命和保證工件質(zhì)量具有重要意義。傳統(tǒng)的控制切削熱的方法包括限制切削速度和進(jìn)給量等切削參數(shù)，以及使用澆注乳化液作為切削劑，起到冷卻、潤滑的作用。雖然這些方法起到了一定效果，但工件的生產(chǎn)加工效率仍然較低且成本高。本文就低溫切削技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀展開分析。關(guān)鍵詞：低溫切削技術(shù)；發(fā)展；現(xiàn)狀1、 低溫切削的優(yōu)點低溫切削法通過低溫冷媒冷卻使得刀尖加工部位溫度有效降低，此外，油霧、冷氣流和冷卻液還起到潤滑和排屑的作用。切削點低溫化，不僅使工件材料局部冷脆，有利于強化切屑的剪切斷裂并降低切削負(fù)荷，同時也防止了刀具自身的擴散磨損、相變磨損和粘結(jié)磨損。低溫切削適合鈦、鎂、鉑、高硅鋁合金、鎳銘合金和不銹鋼等難切削材料和薄壁材料的加工。低溫切削技術(shù)在保障員工人身安全上還具有潛在好處，低溫切削加工后，機床表面不會殘留切削液，因此，在一些操作人員有時需要在大型機床工作臺上走動的加工中，可以大大減少滑倒、受傷的風(fēng)險。在環(huán)境保護(hù)方面，低溫切削無需使用人造冷卻液，而是使用取自空氣的氮氣（或二氧化碳），而且最終又回歸空氣中。因此無需處理廢液，不會污染空氣，也不會污染加工的醫(yī)療器件或其他敏感工件。2、 低溫切削技術(shù)的分類2.1氮氣流切削法專用氮氣發(fā)生裝置把空氣中的氧氣、二氧化碳和水排出，提取氮氣，并將這些常溫氮氣噴入切削區(qū)。2.2超低溫冷卻切削法（冷卻液冷卻法）在一定壓力作用下，將液氮或是液體二氧化碳送入切削點，使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進(jìn)行切削加工的方法。它可分為2種形式應(yīng)用：①直接應(yīng)用，即把液氮像切削液一樣直接噴射到切削區(qū)。②間接應(yīng)用，在切削加工中用液氮冷卻刀具或工件。2.3低溫冷風(fēng)切削法低溫冷風(fēng)切削是在加工過程中用-10°C?-100°C的冷風(fēng)沖刷加工區(qū)，并混入微量的植物性潤滑劑（10?20mL/h），從而降低刀具和工件溫度的一種切削技術(shù)。2.4低溫微量潤滑切削法低溫微量潤滑切削技術(shù)是低溫冷風(fēng)切削技術(shù)與微量潤滑切削技術(shù)（MQL）的集成，它既融合了低溫冷風(fēng)切削技術(shù)與微量潤滑切削技術(shù)的優(yōu)勢，同時又彌補了兩種切削技術(shù)單獨應(yīng)用時的缺陷，在難加工材料的切削加工上體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性。3、 低溫切削技術(shù)的應(yīng)用3.1冷卻液冷卻使用YM051硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片刀加工高強度鋼35CrMnSiA，設(shè)計了低溫液氮切削、干切削和冷卻液澆注切削的對比試驗，試驗結(jié)果表明：采用液氮低溫切削加工技術(shù)提高了工件表面質(zhì)量，延長了刀具壽命，降低了生產(chǎn)成本，并且有利于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。采用液氮冷卻進(jìn)行TC4鈦合金的大進(jìn)給銑削試驗，測試了液氮冷卻條件下大進(jìn)給銑削TC4鈦合金的銑削力、銑削溫度以及刀具磨損等，并與乳化液和低溫冷風(fēng)條件下的測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：采用液氮冷卻比使用乳化液能更有效地降低切削力和切削溫度；比采用低溫冷風(fēng)冷卻能更有效地延長刀具壽命。就低溫冷卻對銑削加工的穩(wěn)定極限的影響做了大量試驗研究。試驗使用端銑法加工7075-T6鋁合金，采用液氮噴射冷卻法冷卻，研究低溫冷卻對切削力和刀具系統(tǒng)動態(tài)特征的影響。研究結(jié)果表明：低溫冷卻可以大幅提高端銑的穩(wěn)定極限，對切削區(qū)應(yīng)用液氮噴射有助于切屑的排出，顯著降低切削力，同時使銑削邊緣力增加，從而擴大了穩(wěn)定范圍。把液氮低溫切削技術(shù)應(yīng)用于纖維增強塑料（FRP）X件的剪切加工。由于粘結(jié)材料和纖維的不同性能，引起切削區(qū)的纖維撕裂、層離和彌散效應(yīng)，纖維增強塑料的切割一直是一項具有挑戰(zhàn)性的工藝過程。將低溫切削技術(shù)應(yīng)用于FRP的大規(guī)模生產(chǎn)能夠顯著提高生產(chǎn)率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。液氮通過工作臺的內(nèi)部管路送達(dá)工件切削區(qū)，工件經(jīng)制冷后剪切。試驗表明：FRP試件在室溫下的剪切結(jié)果均勻性極差，質(zhì)量不能滿足要求。而在低溫下進(jìn)行剪切時，低溫環(huán)境可以顯著減弱粘結(jié)材料中微粒的延展運動，使粘結(jié)材料脆性提高。FRP的最終剪切結(jié)果表現(xiàn)出更加均勻的材料性能和剪切區(qū)更小的損傷效應(yīng)。在干式和低溫液氮冷卻環(huán)境下使用碳化鎢涂層的硬質(zhì)合金刀片在多種切削速度和進(jìn)給率下對Ti6AI4V合金進(jìn)行切削試驗，以評估刀具磨損增長機理。結(jié)果表明：刀具磨損隨切削速度和進(jìn)給率的增加而增大；低溫冷卻比干式切削更有利于減輕刀具切削表面和工件材料的磨損。3.2低溫冷風(fēng)切削某科學(xué)人員對兩種切削速度下切削Ti6Al4V合金時低溫壓縮空氣冷卻對刀具磨損和切削力的影響，并且與干式加工進(jìn)行了對比。研究表明：在切削初始，應(yīng)用低溫壓縮空氣冷卻的切削力比干式加工的切削力大，但隨著切削時間延長風(fēng)冷切削力減小。在高速切削中由于風(fēng)冷條件下積屑瘤尺寸顯著減小，風(fēng)冷切削力減小程度更加顯著。此外，由于風(fēng)冷作用，使得切削溫度降低，積屑瘤尺寸減小，切削刃熱軟化程度降低，從而使切削刃塑性變形受到抑制，延長了刀具壽命。使用低溫二氧化碳?xì)怏w混入少量含氯礦物油作為切削液，對奧氏體不銹鋼做開槽、車螺紋試驗，與普通切削液進(jìn)行對比。結(jié)果顯示：在切削效率上低溫二氧化碳切削比普通澆注切削高出15%?70%，刀具壽命延長了18%?38%。證明低溫二氧化碳可以作為一種潛在切削液。3.3低溫微量潤滑切削技術(shù)在幾種典型難加工材料切削上的應(yīng)用中使用自主研發(fā)的低溫微量潤滑系統(tǒng)對幾種典型難加工材料如鈦合金（TC4）、高溫合金（GH4169）、不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）、高強鋼等進(jìn)行了一系列切削試驗研究，試驗結(jié)果表明：在所選定的切削參數(shù)下，使用低溫微量潤滑切削可以顯著降低切削力、刀具磨損，改善已加工表面質(zhì)量，提高刀具壽命，加工效率比傳統(tǒng)的澆注式切削顯著提高，并且工件加工硬化現(xiàn)象也有所改善。鎳鈦形狀記憶合金在加工中具有極高的刀具磨損率，成為限制鎳鈦合金傳統(tǒng)加工的主要因素。將研究重點放在比較低溫冷卻、微量潤滑（MQL）和干式加工對刀具磨損率和刀具連續(xù)磨損的影響方面，在以上三種工況下對切削邊緣的側(cè)面磨損、溝槽磨損以及切削力和已加工表面質(zhì)量進(jìn)行了試驗研究，結(jié)果表明：低溫加工在高切削速度下降低鎳鈦形狀記憶合金加工中刀具的磨損率和在相對較低切削速度下減輕刀具側(cè)面連續(xù)磨損、切削區(qū)深處的溝槽磨損方面都有顯著的效果。此外，在考慮切削分力、工件表面質(zhì)量等其他加工參數(shù)前提下，低溫冷卻在提高切削加工性能方面也具有顯著優(yōu)勢。結(jié)束語綜上所述，低溫切削加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代金屬加工工藝一種十分重要的技術(shù)手段，尤其在加工鈦合金、高溫合金等難加工材料方面比傳統(tǒng)加工方法具有更加顯著的優(yōu)勢。低溫切削技術(shù)可以通過控制切削區(qū)的溫度來降低磨損，在很大程度上延長刀具壽命，改善工件表面質(zhì)量，