当前切削液润滑冷却方式在车削加工中普遍应用。这样的润滑给操作工和车间环境造成比较大的身体伤害和环境影响。对于切削液的处理成本也相对较高。由于这些问题的出现推动了车床应用微量润滑技术。
背吃刀量、进给量、切削速度是直接影响车削加工质量和加工效率的主要因素。为了能改善切削液对加工环境及对车床维护要求的影响,因此研究在车床切削中应用微量润滑技术很重要。微量润滑用于车床的优点有:
1、机床设计成本降低,微量润滑机械加工,无需在密封防护着重考虑,节省成本。
2、去掉切削液冷却系统,减少占地面积。
3、可以使得工件表面加工质量获得提高。
4、提升加工的效率。
滚齿MQL加工之关键技术点
(1) 高滚切速度
一般地,在干式滚切加工中,对于涂层(TiAlN)的高速钢滚刀线速度要求达到180m/min 甚至更高;对于硬质合金钢滚刀线速度要求达到300 m/min。为了实现这种高速滚切加工,对于刀具主轴一般可以采用电主轴的方式实现;对于工作台,采用新型设计的具有自动消除间隙的齿轮传动系统驱动,微量润滑,替代传统的蜗杆蜗轮传动系统,LIEBHERR、GLEASON 等公司的中小规格高速滚齿机工作台已采用力矩伺服电动机技术,工作台转速达800 r/min 以上。
(2) 切屑的快速分离
由于温度高,切屑若不能快速脱离刀具、工件和机床,容易引起热变形,影响加工精度,因此必须快速有效地排除铁屑。在干式滚切加工中,一般通过滚刀的高速滚切使铁屑快速离开刀具及工件。很多公司针对排屑问题,还提出了一些机床结构改进方案,深孔钻微量润滑加工,如借助重力加快铁屑的去除,并避免铁屑直接落在工作台上,再辅助高压冷风,可以达到快速有效去除切屑的效果。有
些公司还采用了不锈钢隔热罩,一方面不锈钢表面光滑,深孔钻微量润滑,便于铁屑排除,另一方面不锈钢的热传导系数小,减少了铁屑热量向工作台和床身的传递。
(3) 高速滚刀
干式滚切用的滚刀材料发展初期采用硬质合金钢,但由于硬质合金钢滚刀成本昂贵,近几年发展的粉末冶金高速钢滚刀以及TiAlN涂层高速钢滚刀具有取代硬质合金钢滚刀用于干滚切加工的趋势。里伯海尔公司在一份研究报告对硬质合金滚刀(Carbide)干滚切、粉末冶金高速钢滚刀(HSS-PM)干滚切以及常规高速刚滚刀(Conv.HSS)滚切加工时间和加工成本进行了比较。对比分析结果表明,干式滚切相对于常规加工而言,加工时间短,成本更低;采用粉末冶金高速钢滚刀甚至比采用硬质合金钢滚刀具有更好的干式滚切加工效果。
切削工具切割金属是通过金属层的断裂实现的。金属层的断裂意味着外力***金属结构,同时以热的形式释放金属内部能量。切削加工时,一方面切屑将裂点的热传递至切削工具表面,另一方面切屑受弯曲应力的作用与切削工具挤压接触并相对快速运动产生摩擦热,综合原因使切削工具及金属表面的温度迅速升高。切削加工过程中高热的固体金属遇切削液的急冷作用会急速冷化产生淬火效应,***晶相结构,同时晶相里的分子错列增加,使金属变硬的同时亦使其变得易碎。当切削工具完成切割离开工件时,高热的刀尖会与冷却液接触产生“淬火反应”使切削工具变硬及变得易碎,特别是带涂层切削工具,影响切削工具寿命。由于淬火效应的强烈程度与温差成正比,而提高切削速度会使切削工具更高温,更大温差产生的强淬火反应会更降低切削工具寿命。这也是切削速度越高切削工具寿命越短的原因。
微量润滑加工时,润滑剂以雾粒形式喷射至加工表面,不会产生急冷作用,也不会产生淬火效应,而且,提高切削速度,工件的切削断裂点会提前出现,裂点热源将远离刀尖。由于热量全部集中在工件及切屑上, 切削工具的热源只有和切屑接触点产生热传导及摩擦的小部分,提高切削速度会使屑片更为弯曲并以更快速度离开工件及切削工具,有效减少屑片传导热能的时间。残留在工件上的高温能软化工件表面,让切削工具更容易进行切割。所以,综合来说,微量润滑加工适合提高切削速度。
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