润滑油知识

高速切削对切削介质的性能要求

 切削介质冷却性能的好坏,首先取决于切削介质自身的性质,如导热系数、比热容、汽化热、汽化速度等,其次取决于切削介质的作用方式,如喷射流量、喷射速度、喷射角度及喷射靶距等因素。气体介质的冷却性能远低于液体介质,但高速切削也要考虑过度冷却带来的刀具热疲劳失效问题,以及如何使切削介质进入刀/屑/界面和刀/工界面有效冷却等问题。一般湿式切削由于切削介质进入问题和强烈的热冲击,刀具磨损往往会加剧,故高速切削难加工材料多采用低温风冷、低温微量润滑等干式、准干式切削方式。

多数情况下采用切削介质的主要目的,是利用该介质的减摩润滑性能,以改善刀具/工件接触区的摩擦接触状况,从而提高刀具的使用寿命。不同换热系数下采用WC-Co硬质合金高速正交切削TC4钛合金时的刀具前刀面扩散分布曲线。由于换热系数的改变对刀具前刀面平均温度有一定的影响,但对于切屑形成以及刀具前刀面的很高温度(靠近切削刃口处)几乎没有影响。因此,在距离刃口附近很高温度区域的扩散磨损变化不大,中间部位的扩散磨损随换热系数的提高而降低。在距离刃口较远处,切削温度值相对较低,对刀具的扩散磨损影响较小。不同摩擦系数条件下采用WC-Co硬质合金高速正交切削TC4钛合金时的前刀面扩散磨损率的仿真分布曲线,距离切削刃口处的切削温度很高,处于粘结接触窗口内部(Sticking Window)而受摩擦系数变化的影响较小,因此,在靠近切削刃口处,刀具的扩散磨损率变化不大,但是滑动接触窗口区域随着摩擦系数的增加,切削温度相应增加较为明显,从而刀具扩散磨损率也相应较大。比较可见提高润滑性能对改善刀具扩散磨损比冷却的作用更明显。

高速切削排屑问题将会对刀具的切削性能、加工表面质量等产生一定的影响。因此,高速切削要求切削介质要具有一定的排屑作用。一般通过高速、高压、大流量的射流冲击直接将切屑吹离刀具和加工区。

切削介质的绿色性能要求介质具有环境友好性,减少污染物的排放。对人体造成主要危害的是油雾中的可吸入颗粒物(PM10,空气动力学直径≤10μm的颗粒)。通常,颗粒直径越小,进入人体呼吸系统的部位也越深,对人体的危害也越大。一般情况下,空气动力学直径≥10μm的颗粒物大部分会被阻挡在鼻腔外,不会进入人体,而直径≤10μm的可吸入颗粒物则能顺利进入呼吸系统并会在人体内沉积,对人体造成长期的危害。因此,对于可能产生油雾的冷却润滑方式,必须控制介质成分、油雾浓度及颗粒度大小,避免对生产现场人员的伤害。目前,在欧洲已开始禁用矿物基油作为切削介质用油。

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