拉削是指利用特制的拉刀逐齒依次從工件上切下很薄的金屬層,使表面達(dá)到較高的尺寸精度和較低的粗糙度。拉削每次都在新生面上進(jìn)行,速度變化每分鐘數(shù)毫米至數(shù)十米,壓力高達(dá)2~3GPa。拉削過(guò)程中存在刀具與工件、刀具與切屑之間摩擦,以及刀具與切入金屬內(nèi)部的分子內(nèi)摩擦,并產(chǎn)生大量的熱量。采用切削液是改善切削區(qū)摩擦的有效方法,切削液在切削過(guò)程中起到潤(rùn)滑、冷卻和清洗的作用,從而帶走加工產(chǎn)生的熱量,提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度,延長(zhǎng)刀具的使用壽命,達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效果。
在拉削加工中,常用的切削液有:水溶液、普通乳化液、極壓乳化液、礦物油、植物油、動(dòng)物油、極壓切削油等。其中,水溶液的冷卻效果最好,極壓切削液的潤(rùn)滑效果最好。
合理地選擇切削液,還需從工件材料、機(jī)床特性、刀具材料等方面綜合去考慮。
不同的工件材料須采用不同的切削液,例如對(duì)于碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼,通常采用硫化礦物油、極壓乳化液、極壓切削油等;鑄鐵類(lèi)常采用混合礦物油、煤油等;青銅、黃銅常采用混合礦物油;銅質(zhì)采用乳化液;鋁質(zhì)常采用松節(jié)油+煤油、混合礦物油+煤油、粘性小的礦物油等;鑄鋁及鋁合金采用混合礦物油、乳化液;不銹鋼及耐熱合金采用極壓乳化液、極壓切削油等。
從機(jī)床特性方面考慮,則需區(qū)分機(jī)床的驅(qū)動(dòng)是伺服驅(qū)動(dòng)還是液壓驅(qū)動(dòng),如是伺服驅(qū)動(dòng)無(wú)滲油風(fēng)險(xiǎn),則先考慮工件材料選取切削液;如果是液壓驅(qū)動(dòng),液壓系統(tǒng)存在著滲油的風(fēng)險(xiǎn),則在兼顧工件材料的同時(shí),采用油性切削液較為適合。
以高速鋼為例:
這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩(有的還含鋁)為基礎(chǔ)的高級(jí)合金鋼,它們的耐熱明顯比工具鋼高,允許的最高溫度可達(dá)600℃。使用高速鋼刀具進(jìn)行低速和中速切削時(shí),建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時(shí),由于發(fā)熱量大,以采用水基切削液為宜。若使用油基切削液會(huì)產(chǎn)生較多的煙霧,污染環(huán)境,而且容易造成工件燒傷,加工質(zhì)量下降,刀具磨損增大。
以硬質(zhì)合金刀具為例:
用于切削刀具的硬質(zhì)合金是由碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和5%~10%的鈷組成,它的硬度大大超過(guò)高速鋼,最高允許工作溫度可達(dá)1000℃,具有優(yōu)良的耐熱性能,在加工鋼鐵材料時(shí),可減少切屑間的粘結(jié)現(xiàn)象。在選用切削時(shí),要考慮硬質(zhì)合金對(duì)驟熱的敏感性,盡可能使用刀具均勻受熱,否則會(huì)導(dǎo)致崩刃。在選用切削液時(shí)一般油基切削液的熱傳導(dǎo)性能較差,使刀具產(chǎn)生驟冷的危險(xiǎn)性比水基切削液小,所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。
在選用水性冷卻液進(jìn)行切削時(shí),要注意均勻冷卻刀具,在開(kāi)始切削之前,最好預(yù)先用切削液冷卻刀具。要用大流量切削液噴淋切削區(qū),以免造成刀具受熱不均勻產(chǎn)生崩刃,亦可減少由于溫度過(guò)高產(chǎn)生蒸發(fā)形成和煙污染。
在拉削加工中,也融入了微量潤(rùn)滑技術(shù),微量潤(rùn)滑MQL 是英文Minimum Quantity Lubrication 的縮寫(xiě),是使壓縮空氣和特種潤(rùn)滑油進(jìn)行混合,達(dá)到切削刀具加工的表面,對(duì)拉刀進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的完整系統(tǒng)。MQL可以大大減少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之間的摩擦,起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用。
外置式微量潤(rùn)滑原理圖
但任何技術(shù)都有其局限性,相較于傳統(tǒng)切削液,微量潤(rùn)滑在帶走熱量和排屑方面明顯不如切削液。大流量的切削液不斷地對(duì)夾具、工作臺(tái)以及其他接觸部位進(jìn)行沖刷,帶走加工過(guò)程中所產(chǎn)生的切削熱,使機(jī)床、工作臺(tái)及機(jī)床內(nèi)部保持較低的溫度,在沖刷的同時(shí)把切屑帶走。而微量潤(rùn)滑在使用過(guò)程中由于油霧帶走的熱量較切削液則少得多。
近十幾年來(lái),由于刀具和工件材料的發(fā)展、拉削技術(shù)的不斷提高,推動(dòng)了切削液技術(shù)的發(fā)展。而隨著先進(jìn)制造技術(shù)的深入發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng),對(duì)切削液技術(shù)提出了新的要求,它必將推動(dòng)切削液技術(shù)向更高領(lǐng)域發(fā)展。
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