液氮冷却技术在切削加工中的应用.docVIP

液氮冷卻技術在切削加工中的應用;研究更有效和更經濟的廢液處理方法，減少有害污染物在環境中的積累，是國內外切削液研究的一個重要內容。? 由此可見，在有關環保法規越來越嚴格、切削液使用和處理費用日益升高的情況下，液氮有可能在一定范圍內成為切削液的替代品。? 切削液技術的發展趨勢 眾所周知，切削液具有潤滑、冷卻、清洗及防銹等作用，對提高切削加工質量和效率、減少刀具磨損等均有顯著效果。近十多年來，我國的切削液技術發展很快，切削液新品種不斷出現，性能也不斷改進和完善，特別是20世紀70年代末生產的水基合成切削液和近幾年發展起來的半合成切削液(微乳化切削液)在生產中的推廣和應用，為機械加工向節能、減少環境污染、降低工業生產成本方向發展開辟了新路徑。歸納起來，切削液技術主要有以下特點: 最小潤滑技術 干式切削加工是不采用任何切削液的加工，它可以從根本上消除傳統濕式加工易污染環境的弊端，是切削技術的一場深刻革命。由于干式切削符合當今發展綠色制造技術的要求，因而是一種非常有前途的切削新技術。但干式切削具有溫度高、切削力大等特點，又出現了一系列濕式加工中沒有的問題。目前，干式切削技術還很不成熟，其應用范圍也很有限。而傳統的濕式切削又有諸多不足。因此有人提出了準干式切削加工技術。準干式切削是一種介于濕式切削和純粹干式切削之間的切削方式，又稱為最小潤滑技術。準干式切削采用噴霧冷卻方式，它用極少的切削液而起到較好的冷卻和潤滑作用。 集中冷卻潤滑系統 集中冷卻潤滑系統是把多臺機械加工設備各自獨立的冷卻潤滑裝置合并為一個冷卻潤滑系統。這種系統的主要優點是:(1)延長切削液的使用壽命;(2)易于實現對切削液性能指標的自動控制，確保切削液質量;(3)廢液量較少且便于集中處理，有利于保護生態環境，(4)便于維護、保養和管理;(5)便于切屑運輸和進行集中處理等等。 實現切削液質量管理自動化 保證切削液長期穩定地滿足各種質量要求和充分發揮經濟效益，關鍵在于嚴格而科學的日常管理。隨著機械加工自動化程度的不斷提高和無人化工廠(車間)的出現，在冷卻潤滑系統中實現對切削液的自動檢測和自動控制已勢在必行。這種檢測和控制系統可自動檢測和控制切削液的工作溫度、使用濃度、PH值、微生物數量和氣味等，并可對切削液的失效進行預報。 高性能、長壽命、低污染切削液及其廢液處理技術 隨著機械工業整體技術的發展，機床切削速度更快，切削負荷更大，切削溫度更高，同時不斷有新工藝出現來適應新材料的加工，這都需要新型的高性能切削液滿足加工要求;同時根據勞動衛生和環境保護的要求，切削液中應盡量不含有危害人體健康和生態環境的物質。近年來我國進口的數控機床、加工中心等先進設備越來越多，其使用的切削液若從國外進口，運輸不便，成本很高，因此，研制高性能切削液以替代進口產品已是當務之急。在我國，水基切削液使用范圍越來越廣，且已開始從乳化液向性能好、壽命長的合成切削液、微乳化液過渡。在發達國家，微乳化液已普遍使用，正大力研制環保型切削液。 液氮冷卻技術 利用液氮進行低溫(超低溫)切削加工，就是利用液氮使工件、刀具或切削區處于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，應用后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。 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，由于刀具磨損嚴重，金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國一學者采用液氮冷卻系統對不銹鋼用金剛石刀具進行車削加工，由于低溫抑制了碳原子的擴散和石墨化，大大減少了刀具磨損，并取得了極好的加工質量，其表面粗糙度達到Ra25μm。磨削加工時會因磨削區高溫常常對工件表面造成熱損傷，如燒傷、微裂紋等，為有效解決這些問題，印度工學院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材，結果表明：正確合理地使用液氮冷卻，可有效控制磨削區溫度，使磨削溫度保持在材料發生相變溫度之下而不發生磨削燒傷;并且在材料塑性增大和較大進給量情況下，這種效果更加顯著。對于非金屬材料和復合材料的液氮冷卻切削加工,國外也開展了廣泛研究。如FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)是一種高強度/重量比、耐疲勞的復合材料，用傳統切削方法加工非常困難，因而限制了這種材料的使用。新西蘭學者對其進行超低溫冷卻加工，使用液氮不間斷冷卻(0.4-0.5 L/min)，極大地改善了這種材料的切削加工性，不但獲得了滿意的加工表面質量，還在很大程度上延長了刀具壽命。采用低溫切削熱固性塑料、合成樹脂、石墨、橡膠和玻璃纖維等材料時也均顯示出良好的切削性能。 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