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在金屬切削加工中,油劑切削液的大量使用對環(huán)境和操作者帶來了嚴重的危害,其使用也受到越來越多的限制,這就使得綠色切削技術(shù)成為金屬加工新的發(fā)展趨勢。本文在分析綠色切削加工技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀和特點的基礎(chǔ)上,對低溫冷風(fēng)微量潤滑切削技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用作了系統(tǒng)的試驗研究。
本文利用人工制冷獲得0-60℃低溫干燥空氣,以冷風(fēng)射流的方式噴向切削加工區(qū),進行了該技術(shù)在車削和滾齒加工中的試驗研究。為探討低溫冷風(fēng)微量潤滑的冷卻潤滑機理,運用數(shù)值計算和試驗研究相結(jié)合的方法,通過對切削溫度、刀具磨損和工件表面質(zhì)量的試驗研究,分析了低溫冷風(fēng)在提升切削過程的冷卻潤滑性能和改善工件加工表面質(zhì)量方面的特征和機理。獲得如下結(jié)果: 首先,通過對刀具溫度場的三維數(shù)值模擬計算,獲得了低溫冷風(fēng)射流下刀具的溫度分布,分析了低溫冷風(fēng)冷卻效果與冷風(fēng)的溫度和冷風(fēng)的壓力的關(guān)系,并進行了驗證試驗; 其次,通過低溫冷風(fēng)微量潤滑切削和常溫干切削的對比試驗研究,證實冷風(fēng)微量潤滑能有效降低刀具的表面塑性和切削溫度,從而減少前刀面和后刀面的磨損,增加刀具的壽命;同時,冷風(fēng)射流能有效地抑制已加工表面的積屑瘤和鱗刺,降低工件表面的粗糙度,從而提高切削質(zhì)量; {zh1},以數(shù)控滾齒機為平臺進行了低溫冷風(fēng)加工45#鋼{zj0}切削參數(shù)的工藝試驗。采用正交法安排試驗,尋找出了{zj0}的低溫冷風(fēng)切削參數(shù)及各因素對刀具磨損和齒面粗糙度影響的顯著度。
結(jié)果顯示,相對于常規(guī)油冷切削,低溫冷風(fēng)微量切削能更為有效地降低切削區(qū)溫度,減少刀具磨損和降低齒面粗糙度;正交試驗獲得的{zj0}的冷風(fēng)切削參數(shù)為:冷風(fēng)溫度-45℃,進給量0.2mm/r,微量潤滑量40ml/h。 所有的試驗結(jié)果都顯示,低溫冷風(fēng)工況下,微量潤滑油對抑制刀具磨損和提升工件表面質(zhì)量有十分積極的作用。因為微量潤滑油在高速冷風(fēng)射流下,具有極強的滲透和吸附能力,能迅速在刀-屑和刀-工件表面之間的新鮮表面形成潤滑薄膜,緩解摩擦,抑制切削熱的產(chǎn)生; 低溫冷風(fēng)微量潤滑切削作為常規(guī)油劑切削的替代技術(shù),能夠有效地降低切削溫度,減少刀具的磨損和提高工件表面質(zhì)量,再加上它的成本低,更加適合中國國情,因此具有很大的發(fā)展前景。