在刀具磨損機制中,「磨損」本身並不是導致刀具失效的唯一原因,「高溫」才是刀具真正的大敵。由於高溫的影響,刀具的輕微磨損可能會「自我放大」。因此在切削加工中,「冷卻」是必不可少的條件。
用於低溫切削的製冷方法主要有低溫風冷、液氮冷卻和電子冷凍等。今天先介紹一下大家近期比較關注的液氮冷卻。
所謂液氮冷卻就是利用液氮進行低溫(超低溫)切削加工,即利用液氮使工件、刀具或切削區處於低溫冷卻狀態進行切削加工的方法。氮氣是大氣中含量最多的成分,液氮作為制氧工業的副產品,來源十分廣闊。使用液氮作為切削液,應用後直接揮發成氣體返回到大氣中,沒有任何污染物,從環保方面看,是一種有前途的切削掖替代品。
視頻加載中...
液氮冷卻有直接和間接兩種應用方法
直接應用
即將液氮作為切削液直接噴射到切削區。一般來說,由於刀具磨損嚴重,金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國一學者採用液氮冷卻系統對不鏽鋼用金剛石刀具進行車削加工,由於低溫抑制了碳原子的擴散和石墨化,大大減少了刀具磨損,並取得了極好的加工質量,其表面粗糙度達到Ra25μm。
間接利用
主要是刀具冷卻法,即在加工中不斷地冷卻刀具,使切削熱快速從刀具上、特別是刀尖處被帶走,刀尖始終保持在低溫狀態下工作。美國林肯大學的學者利用一種配備新型冷卻系統的PCBN刀具進行了試驗研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內儲存液氮,由進口輸人,從出口流出。試驗表明,使用液氮冷卻時,車刀壽命提高數倍,磨損降低1/4,並可獲得較低的表面粗糙度。
視頻中MAG採用液氮作為冷卻劑。這本身並不是一個新的創意,但MAG公司的這項專利技術與以前的各種冷卻方法完全不同。液氮冷卻的其他應用方式通常是將整個工作區完全浸沒在液氮中,或者通過一個外部噴嘴向工作區進行液氮噴霧。MAG的冷卻方法(最初是由一家研發企業Creare公司所開發)可以最貼切地表述為「最小量低溫切削」。在該方法中,液氮以較低的速度流過主軸和刀具的內冷卻通道,與最小量潤滑(MQL)的情況比較類似。但與MQL不同的是,這樣做的目的不是潤滑,而是冷卻,而且是「極度深冷」。
MAG超低溫液氮冷卻切削技術的推出,可以實現通過主軸中心和刀柄中心在刀片切削刃部的微孔中釋放出液氮,刀具切削產生的熱量被液氮氣化(液氮的沸點為-320℃)的瞬間帶走,尤其是在超硬材料加工和復合材料加工上會有更好的效果,切削速度可以大大提高,刀具壽命也可以大大延長。