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夏日高温已去但切削液使用及降温知识可不能少

作者:365bet体育  来源:365bet体育在线  时间:2019-10-02 18:21  点击:

  最近正值秋分,大部分南方地区此时才算真正告别了火热的高温天气。不过在做机加的人眼中,常年需要面对的是同样很“火热”的切削液,如何合理使用切削液及控温是必备技能。下面就来看看,

  对于不同切削加工类型,金属的切除特性是不一样的,较难的切削加工对切削液要求也较高。切削过程的难易程度,按从难到易的次序排列如下:内拉削-外拉削-攻丝-螺纹加工-滚齿-深孔钻-镗孔-用成形刀具切削螺纹-高速低进给切削螺纹-铣削-钻孔-刨削-车削(单刃刀具)-锯削磨削。

  粗车:粗车时加工余量较大,因而切削深度和进给量都较大,切削阻力大,产生大量切削热,刀具磨损也较严重,主要应选择用以冷却作用为主并具有一定清洗、润滑和防锈作用的水基切削液,将切削热及时带走,降低切削温度,从而提高刀具耐用度,一般选用极压乳化液效果更好。极压乳化液除冷却性能好之外,还具备良好的极压润滑性,可明显延长刀具使用寿命,提高切削效率,使用水基切削液要注意机床导轨面的保养,下班前要将工作台上的切削液擦干,涂上润滑油。

  精车:精车时,切削余量较小,切削深度只有0.05~0.8mm,进给量小,要求保证工件的精度和粗糙度。精车时由于切削力小,温度不高,所以宜采用高浓度(10%以上)的乳化液和含油性添加剂的切削液为宜。

  镗削:镗削机理与车削一样,不过它是内孔加工,切削速度不快,但散热条件差,可采用乳化液作切削液,使用时应适当增加切削液的流量和压力。

  铣削是断续切削,每个刀齿的切削深度时刻变化,容易产生振动和一定的冲击力,所以铣削条件比车削条件差。用高速刀具高速平铣或高速端铣时,均需要冷却性好,并有一定润滑性能的切削液,如极压乳化液。

  在低速铣削时,要求用润滑性好的切削油,如精密切削油和非活性极压油。对不锈钢和耐热合金钢,可用含硫、氯极压添加剂的切削油。

  切削螺纹时,刀具与切削材料成楔形接触,刀刃三面被切削材料所包围,切削力矩大排屑较困难,热量不能及时由切屑液带走,刀具容易磨损,切屑碎片挤塞并且容易产生振动。

  尤其车螺纹和攻螺纹时切削条件更苛刻,有时会出现崩刃和断丝锥,要求切削液同时具备较低的摩擦系数和较高的极压性,以减少刀具的摩擦阻力和延长刀具使用寿命,一般应选用同时含有油性剂和极压剂的复合切削液。

  此外,攻螺纹时切削液的渗透性能很重要,切削液能否及时渗透到刀刃上,对丝锥的耐用度影响很大,切削液的渗透性与粘度有关,粘度小的油渗透性较好,必要时可加入少量的柴油或煤油来提高渗效果。有的场合,如盲孔攻螺纹时切削液很难进入孔中,这时采用粘度大,附着力强的切削液效果反而更好。

  铰削加工是对孔的精度加工,要求精度高铰削属低速小进给量切削,主要是刀具与孔壁成挤压切削,切屑碎片易留在刀槽或粘接在刀刃边上,影响刃带的挤压作用,破坏加工精度和表面粗糙度增加切削扭矩,还会产生积屑瘤,增加刀具磨损铰孔基本上属于边界润滑状态,一般采用润滑性能良好并有一定良好性的高浓度极压乳化液或极压切削油,就可以得到良好效果。

  拉刀是一种沿着轴线方向按刀刃和齿升并列着众多刀齿的加工工具,拉削加工的特点是能够高精度地加工出具有复杂形状的工件。因为拉刀是贵重刀具所以刀具耐用度对生产成本影响较大。

  此外,拉削是精加工,对工件表面粗糙度要求严格。拉削时,切削阻力大,不易排屑,冷却条件差,易刮伤工件表面,所以要求切削液的润滑性较好,国内已有专用的含硫极压添加剂的拉削油。

  使用一般的麻花钻钻孔,属于粗加工,钻削时排屑困难,切削热不易导出往往造成刀刃退火,影响钻头使用寿命及加工效率。选用性能好的切削液,可以使钻头的寿命延长数倍甚至更多,生产率也可明显提高。

  一般选用极压乳化液或极压合成切削液。极压合成切削液表面张力低,渗透性好,能及时冷却钻头,对延长刀具寿命,提高加工效率十分有效。对于不锈钢、耐热合金等难切削材料,可选用低粘度的极压切削油。

  深孔钻(枪钻)是近年发展起来的深孔加工工艺。传统的深孔加工(切深与孔径之比大于5),需要钻、镗、粗铰、研磨等多道工序才能加工出有较高精度和较低表面粗糙度的孔。新工艺是采用结构特殊的刀具和高压冷却润滑系统,可将上述多道工序简化为一次连续走刀完成相当深度的高精度和低表面粗糙度的孔加工。这种工艺效率高,经济效益显著。

  性能优良的深孔钻切削液是深孔钻加工技术关键之一,深孔钻切削液必须具备下列性能:

  •良好的高温润滑性,减少刀刃及支承的摩擦磨损,保证刀具在切削区的高温下保持良好的润滑状态。

  •良好的渗透性,排屑性,使切削液及时渗透到刀刃上,并保证切屑能顺利排出,因此,深孔钻切削液要求具有高的极压性和低的粘度。

  对于高速切齿加工,用油基切削液,会产生较大的油烟,污染环境,而且由于冷却不充分,往往会造成工件表面烧伤,影响加工质量,刀具磨损也加剧,此时,最好选用具有强极压性的水基切削液,如含有硫、磷极压添加剂的水基合成切削液或高浓度极压乳化液,可克服高速切削时的油污染,加工质量和刀具磨损情况均比油基切削液好。但对原有的滚齿、插齿机床,必须采取措施,防止水进入转动部分,以免机床产生故障。

  剃齿加工要求高的表面质量,为了防止粘刀,可采用含活性极压添加剂的切削油,又因为剃齿加工产生细小的切屑,为了使切屑容易冲掉,最好用低粘度的切削油,如果切屑分离不畅,会使已加工表面质量恶化。

  磨削加工能获得很高尺寸精度和较低的表面粗糙度。磨削时,磨削速度高发热量大,磨削温度可高达800~1000,甚至更高,容易引起工件表面烧伤和由于热应力的作用产生表面裂纹及工件变形,砂轮磨损钝化,磨粒脱落,而且磨屑和砂轮粉末易飞溅,落到零件表面而影响加工精度和表面粗糙度,加工韧性和塑性材料时,磨屑嵌塞在砂轮工作面上的空隙处或磨屑与加工金属熔结在砂轮表面上,会使砂轮失去磨削能力,因此,为了降低磨削温度,冲洗掉磨屑和砂轮末,提高磨削比和工件表面质量,必须采用冷却性能和清洗性能良好、并有一定润滑性能和防锈性能的切削液。

  高速磨削:通常把砂轮线m/s的磨削称为高速磨削。当砂轮的线速度增加时,磨削温度显著升高。从试验测定,砂轮线m/s时的磨削温度(工作平均温度)比30m/s高约50%~70%;砂轮线%。砂轮线速度提高后,单位时间内参加磨削的磨粒数增加,摩擦作用加剧,消耗能量也增大,使工件表层温度升高,增加表面发生烧伤和形成裂纹的可能性,这就需要用具有高效冷却性能的冷却液来解决,所以在高速磨削时,不能使用普通的切削液,而要使用具有良好渗透、冷却性能的高速磨削液,才能满足线m/s的高速磨削工艺要求。

  强力磨削:这是一种先进的高效磨削工艺,例如功入式高速强力磨削时,线mm左右有进给速度径向功入,功除率可高达20~40mm33/mm·s,这时砂轮磨粒与工件摩擦非常剧烈,即使在高压大流量和条件下,所测到摩擦区工件表层温度范围达700~1000,如果冷却条件不好,磨削过程就不可能进行。在强力磨削时,采用性能优良的合成强力磨削液与乳化液相比,总磨量提高35%,磨削比提高30%~50%,延长正常磨削时间约40%,降低功率损耗约40%,所以强力磨削时,冷却液的性能对磨削效果影响很大。

  金刚石砂轮磨削:这是适用于硬质合金、陶瓷、玻璃等硬度高的材料的磨削加工,可以进行粗磨、精磨,磨出表面一般不产生裂纹、缺口,可以得到较低的表面粗糙度。为了防止磨削时产生过多的热量和导致砂轮过早磨损,获得较低的表面粗糙度,就需要连续而充分的冷却。这种磨削由于工件硬度高,磨削液主要应具备冷却和清洗性能,保持砂轮锋锐,磨削液的摩擦系数不能过低,否则会造成磨削效率低,表面烧伤等不良效果,可以采用以无机盐为主的化学合成液作磨削液。精磨时可加入少量的聚乙醇作润滑剂,可以提高工件表面加工质量。对于加工精度高的零件,可采用润滑性能好的低粘度油基切削液。

  螺纹、齿轮和丝杠磨削:这类磨削特别重视磨削加工后的加工面质量和尺寸精度,一般宜采用含极压添加剂的磨削油,这类油基磨削液由于其润滑性能好,可减少磨削热,而且其中的极压添加剂可与工件材料反应,生成低剪切强度的硫化铁膜和氯化铁膜,能减轻磨粒,切削刃尖端的磨损,使磨削顺利进行。为了获得较好的冷却性和清洗性,切削液要保证防火安全,应选用低粘度高闪点的磨削油为宜。

  珩磨加工的工件精度高,表面粗糙度低,加工过程产生铁粉和油石粉颗粒度很小,容易悬浮在磨削液中,造成油石孔堵塞,影响加工效率和破坏工件表面的加工质量,所以要求冷却润滑液具备较好的渗透、清洗、沉降性能。

  水基冷却液对细小粉末的沉降性能差,一般不宜采用。粘度大的油基磨削液也不利粉末的沉降,所以一般采用粘度小的矿物油加入一定量的非活性的硫化脂肪油作珩磨油。

  选用以润滑为主的切削液时(如切削油),应当把它输送到能在摩擦表面生成油膜的部位。相反,如果选用的切削液以冷却为主(如水基切削液),就应当使切削液接近刀具的刃部。

  这种条件下通常要用压力法强迫切削液进入切削区域,从而把刀具、工件、切屑由于摩擦和变形所产生的热量带走。连续应用切削液比间断应用切削液好,间断应用切削液会产生热循环,从而导致硬而脆的刀具材料(如硬质合金刀具)产生裂纹和崩刃。间断使用切削液除了缩短刀具寿命外,还会使工作表面粗糙不均匀。

  固体或膏状润滑剂可以用毛笔、刷子将润滑剂涂或滴落到刀具或工件上(主要是攻螺纹、板牙套螺纹时)。最近还研制出手提式供液器,通过加压将润滑剂雾化,喷到刀具和工件上。在没有配冷却系统的机床上,如果钻孔或攻螺纹的数量不多,用手工加油是有效的方法。当在同一机床上要完成两种不同加工时,用手工油可以与机床上的溢流冷却系统配合起来使用。

  最常见的使用切削液的方法是溢流法。用低压泵把切削液打入管道中,经过阀门从喷嘴流出,喷嘴安装在接近切削区域。切削液流过切削区后再流到机床的不同部件上,然后汇集到集油盘内,再从集油盘流回到切削液箱中,循环使用。因此,切削液箱应有足够的容积,使切削液有时间冷却并使细的切屑及磨粒等沉降。视加工种类的不同,切削液箱的容积约为20-200L,个别加工则更大,如钻深孔及强力磨削等,切削液箱可达500-1000L或更大。在集油盘内应设有粗的过滤器,防止大的切削进入切削液箱,并在泵的吸油口装有一个精细过滤器。

  对于磨削、衍磨和深孔钻、深孔镗等机床,由于加工的工件表面质量要求高,必须去除更细的磨屑、砂轮颗粒和切削微粒,如枪钻深孔加工,要用10um的滤纸进行过滤。采用过滤设备可以避免切削液中含有过多的污染物或过多的金属颗粒,有助于保持切削液的清洁和延长切削液的使用周期。现代自动化机床一般都设有切削液过滤、分离、净化装置。用溢流法可使切削液连续不断地流到切削区域并冲走切屑。切削液的流量要大一些,才能使刀具和工件被切削液所淹没。

  除了向切削区提供适当的切削液外,还要有足够的切削液来防止不正常的温升。在深孔钻加工中,切削液箱如太小,切削液的温升很快,当油温超过60℃时,切削便不能继续进行,所以深孔钻床一般都配有较大的冷却油箱。

  切削液流的分布方式直接影响到切削液的效率。喷嘴应当安置在使切削液不会因受离心力的作用而抛离刀具或工件之外的位置。最好是用二个或多个喷嘴,一个把切削液送到切削区域,而其他的则用于辅助冷却和冲走切屑。车削和镗削时要求把切削液直接送到切削区域,使切削液覆盖刀具的刃部和工件而起到良好的冷却作用。

  实践经验证明,切削液的喷嘴内径至少相当于车刀宽度的四分之三。对于重负荷的车削和镗削,需要有第二个喷嘴沿刀具的下侧面供给切削液。较低喷嘴供给的切削液可以不受切削阻挡顺利送到刀具和工件之间,有助于在低速时起润滑作用。水平钻孔和铰孔时,最好是通过空心刀具内孔把切削液送到切削区域,保证刃部有足够的切削液并把切屑从孔中冲出来。由于钻头的螺旋槽(为了排出切屑)要起到把切削液从切削区往外排出的作用,因此即使是立钻,进入切削区的切削液也很少,只有空心钻头才能解决这一问题。

  对于某些加工,如深孔钻和套孔钻削,常用高压(压力为0.69-13.79MPa)切削液系统供油。深孔钻用的是单刃钻头,与镗孔相似,只是钻头内部有切削液的通路。套孔钻削是一种在工件上钻一个圆柱形孔但留下一个实心圆柱体的钻孔法。

  当刀具进入工件时,钻出的实心圆柱体就通过空心的圆柱形刀头,用压力泵把切削液送到刀具周围,迫使切屑从刀具中心流出。套孔钻削用的切削液必须有良好的极压性和抗烧结性,粘度应当很低,才能在刀具周围自由流动,还应具有良好的油性,以降低刀具与工件,刀具与切屑间的摩擦系数。

  深孔钻削的主要问题是如何在切削区域维持足够的切削液流量。一种办法是利用钻屑槽作为切削液的通路,切削液压力为0.35-0.69MPa,经过转动的密封套流入钻头,然后直接进入切削区,从孔中流出来的切削液帮助排除切屑。在深孔钻削时,采用油孔钻与溢流法相比是一个大的进步,钻头寿命和生产率都有较大幅度的提高。高压法有利于切削液到达切削区域,有时也在其他机床上使用。磨削使高压喷嘴有利于砂轮的清洗。

  切削液可以用气载油雾的形式喷到刀具与工件上。切削液经一个小的喷嘴,使用压力为0.069-0.552MPa的压缩空气将切削液分散成很小的液滴喷入切削区。在这种情况下,用水基切削液比用油基切削液好些,因为油基切削液的油雾污染环境,有碍健康,且易于集成较大的油滴。喷雾法最适合于切削速度高而切削区域低(如端铣)的加工。选用冷却性能好的切削液,细小的液滴与热的刀具、工件或切屑接触,能迅速蒸发把热带走。喷雾冷却不需用防溅板、集油盘和回油管,只用很小的球形,而且工件是干的,即使有一点油液也容易擦干。

  其原理与家用喷雾器一样,主要利用细腰管原理,压缩空气把切削液吸引出液罐而混合雾化于气流中。它有一个通压缩空气的管和另一个虹吸切削液的管,并联接于混合接头上,它适合于低粘度切削油和乳化液的喷雾。

  其原理是切削液装于密封液筒内,用0.2-0.4MPa的压缩空气加压,当电磁阀打开时,切削液就被压出,通过混合阀与压缩空气气流混合雾化。这种装置适合于水基合成液和乳化液的喷雾,但水溶液和乳化液中不得含有脂肪油或悬浮的固体物质。雾化混合比可由混合阀和调压阀调整。

  其原理是用齿轮泵把切削液加压,通过混合阀直接喷射于压缩空气气流中使其雾化。这种装置适用于将透明冷却水和低粘度切削油雾化。喷雾化可应用于端铣、车削、自动机床加工、数控机床加工。带有电磁阀控制的喷雾装置适用于在数控机床上攻螺纹、铰孔。

  制冷液体降温法种类很多,如氮、氩、二氧化碳等气体均可压缩成液体放于钢瓶中,氟昂气体可用机械装置压缩成液体,使用时放出,经过调节阀,由喷嘴直接注射于切削区,靠气化吸热来冷却刀具、工件和切屑。这种方法冷却效果非常好,适用于不锈钢、耐热钢、高强度合金钢等难加工材料的切削加工,可以大大提高刀具耐用度。

  对于大、中型机械加工厂,在可能的情况下,都应当考虑采用集中循环系统为多台机床供应切削液,但必须各台机床是采用同一种切削液。几台磨床可以用联结在一起的输送系统处理磨屑。集中处理被切削液润湿的细切屑和磨屑,可以减少人力处理,改善劳动条件。

  切削液集中供给系统可使工厂更好地维护切削液。切削液集中在一个大池中,通过定期抽样检查,按照检查结果定期补充原液或水,便于控制切削液的浓度。可以减少抽样检查的次数,从而进行更多项目的检查,保证切削液在使用期的质量。同分开设置的许多单独的多切削液供给系统相比,由于切削液的维护工作减少,成本也相对降低。集中供给系统最主要的优点是能通过离心处理的方法,可有效去除切削液中的浮油和金属颗粒,同时也去掉了切削液中的一半的细菌(因为细菌很容易在切削液的漂浮油与金属颗粒之间的界面上生长)。连续去除这些脏物,定期检验质量并根据这些检查结果,有计划地使用添加剂或加入原液,这都是使集中系统十分有效地延长切削液使用寿命的重要因素。这样也减少了水溶性切削液的废液处理。

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