冷风切削薄壁不锈钢零件
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技术综合
本文针对不锈钢的切削性能差，从一般切削方法入手，分析了在使用硬质合金K10刀具和水不溶性切削液时所出现的问题。进而采用冷风切削加工技术，解决了一般切削加工法的弊端，得到了满意的结果。
图1 测试模型示意
1 加工难点的分析及加工方法
- 加工硬化性大 切削过程中，被加工材料产生塑性变形，由此被加工表面形成硬化层。硬化层的出现会加剧刀具的磨损，特别是刀具的边界磨损。
- 导热率低 切削加工生产的热量70%～80%是由切屑带走。但是，材料的导热率低时，切削带走的热量就少。切削点的温度上升，刀具寿命就会变短。
- 亲和性大 被加工材料的亲和性大，易使刀尖产生积屑瘤和后刀面产生附着物，从而使被加工表面精度下降。
2 冷风加工
- 冷风加工原理 一般切削方法要大量使用切削液，进行冷却和润滑，以期达到提高刀具寿命和表面粗糙度的目的。而冷风切削加工方法是在-10～-30℃的冷风对切削点进行冷却的同时，对刀具前后刀面供给微量植物油，以此起到降低切削温度以及润滑的作用。
- 冷风加工实验
- 冷风和微量切削液供给装置 空气压缩机产生的压缩空气，一条通过给油机同切削液混合雾化供给刀具的前刀面以及后刀面，另一条通过涡流式冷却管被冷却到供给切削点(见图2所示)。
- 实验条件 机床为精密数控车床上进行，刀具为硬质合金K10；切削速度v=150m/min；进给量f=0.055mm/r：切削深度ap=0.1mm。实验材料为不锈钢制作的测力测试模型。实验分3种情况：实验a使用水不溶性切削液。实验b使用-10℃冷风，不加微量切削液。实验c使用微量切削液与-10℃冷风同时使 用。在以上给定的试验条件下进行研究，对所得到的试验结果进行分析比较，从而对冷风加工的效果进行评价。
- 试验结果与讨论
- 积屑瘤 冷风切削对减少积屑瘤有非常明显的效果，微量切削液可以浸透到刀具后刀面和被加工表面之间，以及刀具前刀面和切屑间，减少两者之间的摩擦C 进而使积屑瘤减少。冷风试验中还发现，微量切削液供给到刀具的后刀面效果最好。
- 刀具的磨损 试验a和试验c的刀具磨损量相近，而试验b的刀具磨损较大，这表明微量切削液在减少刀具磨损方面起着重要的作用，延长了刀具的寿命，减少磨刀时间，降低了加工成本(见图3所示)。
- 加工表面 随着积屑瘤的减少，提高了加工表面的质量。虽然试验a和试验c的刀具磨损量相近，但试验c的表面粗糙度得到改善，加工表面状况最理想，表面粗糙度值从Ra3.2～6.4µm降到了Ra1.6～3.2µm，再经研磨，即可达到测试模型对表面粗糙度的要求。
- 尺寸精度 由于冷风切削的工作温度低，减小了测试模型零件的变形，从而保证了零件的尺寸精度和形状精度。冷风再加微量切削液可大大减少切削力，因此实验5加工测试模型零件出现局部变形或腰鼓形的30%，实验b为24%，实验c仅为10%。
- 冷风加工符合环境保护的要求 大量切削液的使用对于提高产品精度起了很大作用，但是随着现代切削技术的发展和环境保护的限制，它 又将被使用微量植物油的冷风切削加工技术所代替。
图2 测验装置系统示意图
图3 K10刀具的磨损曲线
3 结论
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