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液氮冷卻技術(shù)在切削加工中的應(yīng)用介紹

時間:2019-08-09 16:12來源: 作者:班德液氮罐 點擊:
研制長壽命切削液,研究延長切削液使用壽命的方法,從而減少切削液廢液排放量;研究更有效和更經(jīng)濟(jì)的廢液處理方法,減少有害污染物在環(huán)境中的積累,是國內(nèi)外切削液研究的一個重要內(nèi)容。 由此可見,在有關(guān)環(huán)保法規(guī)越來越嚴(yán)格、切削液使用和處理費(fèi)用日益升高的情況下,液氮有可能在一定范圍內(nèi)成為切削液的替代品。 自增壓液氮罐
切削液技術(shù)的發(fā)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(zhì)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(shù)發(fā)展很快,切削液新品種不斷出現(xiàn),性能也不斷改進(jìn)和完善,特別是20世紀(jì)70年代末生產(chǎn)的水基合成切削液和近幾年發(fā)展起來的半合成切削液(微乳化切削液)在生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用,為機(jī)械加工向節(jié)能、減少環(huán)境污染、降低工業(yè)生產(chǎn)成本方向發(fā)展開辟了新路徑。歸納起來,切削液技術(shù)主要有以下特點:  **小潤滑技術(shù)
  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(tǒng)濕式加工易污染環(huán)境的弊端,是切削技術(shù)的一場深刻革命。由于干式切削符合當(dāng)今發(fā)展綠色制造技術(shù)的要求,因而是一種非常有前途的切削新技術(shù)。但干式切削具有溫度高、切削力大等特點,又出現(xiàn)了一系列濕式加工中沒有的問題。目前,干式切削技術(shù)還很不成熟,其應(yīng)用范圍也很有限。而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多不足。因此有人提出了準(zhǔn)干式切削加工技術(shù)。準(zhǔn)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**小潤滑技術(shù)。準(zhǔn)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(tǒng)
  集中冷卻潤滑系統(tǒng)是把多臺機(jī)械加工設(shè)備各自獨立的冷卻潤滑裝置合并為一個冷卻潤滑系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點是:(1)延長切削液的使用壽命;(2)易于實現(xiàn)對切削液性能指標(biāo)的自動控制,確保切削液質(zhì)量;(3)廢液量較少且便于集中處理,有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境,(4)便于維護(hù)、保養(yǎng)和管理;(5)便于切屑運(yùn)輸和進(jìn)行集中處理等等。  實現(xiàn)切削液質(zhì)量管理自動化
  保證切削液長期穩(wěn)定地滿足各種質(zhì)量要求和充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益,關(guān)鍵在于嚴(yán)格而科學(xué)的日常管理。隨著機(jī)械加工自動化程度的不斷提高和無人化工廠(車間)的出現(xiàn),在冷卻潤滑系統(tǒng)中實現(xiàn)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(tǒng)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(shù)量和氣味等,并可對切削液的失效進(jìn)行預(yù)報。
  高性能、長壽命、低污染切削液及其廢液處理技術(shù)
  隨著機(jī)械工業(yè)整體技術(shù)的發(fā)展,機(jī)床切削速度更快,切削負(fù)荷更大,切削溫度更高,同時不斷有新工藝出現(xiàn)來適應(yīng)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(jù)勞動衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)的要求,切削液中應(yīng)盡量不含有危害人體健康和生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)。近年來我國進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)設(shè)備越來越多,其使用的切削液若從國外進(jìn)口,運(yùn)輸不便,成本很高,因此,研制高性能切削液以替代進(jìn)口產(chǎn)品已是當(dāng)務(wù)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(fā)達(dá)國家,微乳化液已普遍使用,正大力研制環(huán)保型切削液。 液氮冷卻技術(shù)
  利用液氮進(jìn)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(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進(jìn)行切削加工的方法。氮氣是大氣中含量**多的成分,液氮作為制氧工業(yè)的副產(chǎn)品,來源十分廣闊。使用液氮作為切削液,應(yīng)用后直接揮發(fā)成氣體返回到大氣中,沒有任何污染物,從環(huán)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(yīng)用方法。
  直接應(yīng)用。 即將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)。一般來說,由于刀具磨損嚴(yán)重,金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國一學(xué)者采用液氮冷卻系統(tǒng)對不銹鋼用金剛石刀具進(jìn)行車削加工,由于低溫抑制了碳原子的擴(kuò)散和石墨化,大大減少了刀具磨損,并取得了極好的加工質(zhì)量,其表面粗糙度達(dá)到Ra25μm。磨削加工時會因磨削區(qū)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(xué)院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材,結(jié)果表明:正確合理地使用液氮冷卻,可有效控制磨削區(qū)溫度,使磨削溫度保持在材料發(fā)生相變溫度之下而不發(fā)生磨削燒傷;并且在材料塑性增大和較大進(jìn)給量情況下,這種效果更加顯著。對于非金屬材料和復(fù)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(qiáng)度/重量比、耐疲勞的復(fù)合材料,用傳統(tǒng)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(xué)者對其進(jìn)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(zhì)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,使切削熱快速從刀具上、特別是刀尖處被帶走,刀尖始終保持在低溫狀態(tài)下工作。美國林肯大學(xué)的學(xué)者利用一種配備新型冷卻系統(tǒng)的PCBN刀具進(jìn)行了試驗研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內(nèi)儲存液氮,由進(jìn)口輸人,從出口流出。試驗表明,使用液氮冷卻時,車刀壽命延長to倍,磨損降低1/4,并可獲得較低的表面粗糙度。自增壓液氮罐
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