冷風(fēng)切削加工對(duì)不銹鋼加工表面的效果

1、    冷風(fēng)切削加工對(duì)不銹鋼加工表面的效果                         更新時(shí)間：2009-07-15 14:37:48               

2、             不銹鋼材料廣泛用于醫(yī)療器械、建筑材料、汽車部件以及家用電器。但是，由于不銹鋼的切削性較差，被稱為難切削材料。在切削條件設(shè)置不當(dāng)、工作機(jī)械剛性不好的情況下，不銹鋼會(huì)顯示出令人吃驚的難切削性。另外，采用傳統(tǒng)的切削方法，切削加工過程中要使用切削液，以達(dá)到冷卻和潤滑以及排出切屑的目的。切削液分為兩種，一種是水不溶性礦物質(zhì)切削液，另一種為水溶性切削液，也稱為乳化液。后者冷卻性好，價(jià)格低，被廣泛用于生產(chǎn)加工中，但由于潤滑性能比前者差，在使用中為提高潤滑

3、性能往往要使用添加劑。當(dāng)前使用的添加劑中，大多含有硫、磷、氯等有害成分。這些有害成分在切削加工過程中，揮發(fā)到空氣中，對(duì)操作人員的身體健康會(huì)帶來很大危害。試驗(yàn)所用不銹鋼材料為計(jì)算機(jī)中硬盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的零件。在對(duì)傳統(tǒng)的切削方法進(jìn)行調(diào)查之后，研究了用冷風(fēng)冷卻，微量植物油潤滑的加工方法。以期達(dá)到提高加工精度、延長刀具壽命的目的，由此為實(shí)現(xiàn)ISO14000的要求奠定基礎(chǔ)。 1 不銹鋼材料特性和切削問題不銹鋼材料分為馬氏體、鐵素體和奧氏體三種。不銹鋼材料的特性以及由此產(chǎn)生的切削問題分以下三點(diǎn)說明。(1)加工硬化性大： 切削過程中，被加工材料產(chǎn)生塑性變形，由此被加工表面形成硬化層。硬化層的出現(xiàn)會(huì)加劇刀具的磨損

4、，特別是刀具的邊界磨損。(2)導(dǎo)熱率低： 切削加工產(chǎn)生的熱量70%80%是由切屑帶走。但是，材料的導(dǎo)熱率低時(shí)，切屑帶走的熱量就少。切削點(diǎn)的溫度上升，刀具壽命就會(huì)變短。(3)親和性大： 被加工材料的親和性大，易使刀尖產(chǎn)生積屑瘤和后刀面產(chǎn)生附著物，從而使被加工表面精度下降。 試驗(yàn)所用材料為鐵素體不銹鋼，日本國內(nèi)牌號(hào)為SUS430F，化學(xué)成分如表所示。表SUS430F化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)w/% C S Mn P Ni S Cr Mo Fe 0.12 1.00 1.25 0.06 0.60 0.15 1618 0.60 余2冷風(fēng)加工試驗(yàn)一般切削方法要大量使用切削液，進(jìn)行冷卻和潤滑，以期達(dá)到提高刀具壽命和表

5、面粗糙度的目的。而冷風(fēng)切削加工方法是將-10-30的冷風(fēng)對(duì)切削點(diǎn)進(jìn)行冷卻的同時(shí)，對(duì)刀具前后刀面供給微量植物油，以此起到降低切削溫度以及潤滑的作用。圖1試驗(yàn)裝置系統(tǒng)示意流程圖2.1bluebe切削液和冷風(fēng)供給系統(tǒng)2.1.1bluebe切削液LB-1bluebe切削液是美國航空航天產(chǎn)業(yè)針對(duì)難削材加工所開發(fā)的高潤滑性能切削液，它是從天然植物油中提取出來的，屬于天然有機(jī)物，自然分解率比礦物質(zhì)切削液高，對(duì)環(huán)境沒有公害，對(duì)人體沒有毒性。2.1.2冷風(fēng)和微量切削液供給裝置試驗(yàn)裝置見圖1和圖2。如圖1所示，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，一條通過bluebe給油機(jī)同bluebe切削液混合霧化供給刀具的前刀面以及后刀

6、面，另一條通過渦流式冷卻管被冷卻到-10-20供給切削點(diǎn)。 圖2試驗(yàn)裝置2.2試驗(yàn)條件和目的 刀具：硬質(zhì)合金K10；切削速度v=150 m/min；進(jìn)給量f=0.055 mm/r；切削深度ap=0.1mm。 為同一般切削方法進(jìn)行比較，試驗(yàn)也使用了水不溶切削液GM15(日本國內(nèi)牌號(hào))。試驗(yàn)分為3種情況： · 使用水不溶性切削液GM15。 · 使用-10冷風(fēng)，不加bluebe微量切削液。 · bluebe微量切削液同-10冷風(fēng)同時(shí)使用。在以上給定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行研究，對(duì)所得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較，從而對(duì)冷風(fēng)加工的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.3試驗(yàn)結(jié)果與討論試驗(yàn)c 圖3K10刀

7、具磨損顯微成像以及加工表面顯微成像2.3.1積屑瘤 如圖3所示，使用水不溶性切削液GM15時(shí)刀具的刀尖處形成了積屑瘤。積屑瘤的產(chǎn)生、成長以致于脫落，既不規(guī)則也不穩(wěn)定。脫落下來的積屑瘤一部分被切屑帶走，另一部分會(huì)粘附在被加工表面，造成已加工表面粗糙度下降。有人認(rèn)為積屑瘤有保護(hù)刀具的作用，但實(shí)際上積屑瘤在脫落時(shí)往往會(huì)將部分刀具材料同時(shí)帶走，從而加劇了刀具的磨損。因此，積屑瘤對(duì)于精密切削來講，是非常有害的。與此相比，僅供給冷風(fēng)的切削試驗(yàn)b和同時(shí)使用bluebe微量切削液與冷風(fēng)的切削試驗(yàn)c，刀具刀尖部的積屑瘤比試驗(yàn)a明顯減少。這說明冷風(fēng)切削對(duì)減少積屑瘤有非常明顯的效果。另外bluebe微量切削液可以浸

8、透到刀具后刀面和被加工表面之間以及刀具前刀面和切屑間，減少兩者之間的摩擦，進(jìn)而使積屑瘤減少。 圖4K10刀具的磨損曲線 圖5表面粗糙度變化曲線2.3.2刀具的磨損 如圖4可以看出，試驗(yàn)a和試驗(yàn)c的刀具磨損量相近，而試驗(yàn)b的刀具磨損較大，這表明bluebe微量切削液在減少刀具磨損方面起著重要的作用。2.3.3加工表面 隨著積屑瘤的減少，加工表面的精度提高了。雖然試驗(yàn)a和試驗(yàn)c的刀具磨損量相近，但由于試驗(yàn)c的表面粗糙度得到改善，同時(shí)也就延長了刀具的壽命。如圖4和圖5所示，試驗(yàn)c的加工表面狀況最理想。在其他的冷風(fēng)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，bluebe微量切削液供給到刀具的后刀面效果為最好。2.3.4冷風(fēng)加工符合

9、環(huán)境保護(hù)的要 大量切削液的使用對(duì)于提高產(chǎn)品精度起了很大作用，但是隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的限制，它又將被使用微量植物油的冷風(fēng)切削加工技術(shù)所代替。 一般切削加工所產(chǎn)生的廢液要經(jīng)過高溫燃燒處理。隨著產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大，廢液的燃燒處理會(huì)加速地球的溫室效應(yīng)，從而對(duì)環(huán)境造成很大影響。在發(fā)達(dá)國家，廢液處理成本在逐年上升，這也是企業(yè)生產(chǎn)成本上升的主要原因之一。冷風(fēng)切削加工產(chǎn)生的切屑可直接作為再生資源得到利用，從而實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)模式，這對(duì)保護(hù)環(huán)境有著非常重大的意義。 3結(jié)論本研究針對(duì)不銹鋼SUS430F的難削性，從一般切削方法入手，分析了在使用硬質(zhì)合金K10刀具和水不溶性切削液GM15時(shí)所出現(xiàn)的問題。進(jìn)而采用冷風(fēng)切削加工技術(shù)，解決了一般切削加工方法的弊端，得到了滿意的結(jié)果。由上述研究可得出以下結(jié)論。 1. 使用水不溶性切削液GM15時(shí)，刀尖處易形成積屑瘤，直接影響了加工表面的精度和刀具使用壽命。 2. 冷風(fēng)和微量植物性切削液同時(shí)使用時(shí)，提高加工表面精度