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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國內外現狀和特點的基礎上,對低溫冷風微量潤滑切削技術在機械加工中的應用作了系統(tǒng)的試驗研究。
本文利用人工制冷獲得0-60℃低溫干燥空氣,以冷風射流的方式噴向切削加工區(qū),進行了該技術在車削和滾齒加工中的試驗研究。為探討低溫冷風微量潤滑的冷卻潤滑機理,運用數值計算和試驗研究相結合的方法,通過對切削溫度、刀具磨損和工件表面質量的試驗研究,分析了低溫冷風在提升切削過程的冷卻潤滑性能和改善工件加工表面質量方面的特征和機理。獲得如下結果: 首先,通過對刀具溫度場的三維數值模擬計算,獲得了低溫冷風射流下刀具的溫度分布,分析了低溫冷風冷卻效果與冷風的溫度和冷風的壓力的關系,并進行了驗證試驗; 其次,通過低溫冷風微量潤滑切削和常溫干切削的對比試驗研究,證實冷風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,從而提高切削質量; {zh1},以數控滾齒機為平臺進行了低溫冷風加工45#鋼{zj0}切削參數的工藝試驗。采用正交法安排試驗,尋找出了{zj0}的低溫冷風切削參數及各因素對刀具磨損和齒面粗糙度影響的顯著度。
結果顯示,相對于常規(guī)油冷切削,低溫冷風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}的冷風切削參數為:冷風溫度-45℃,進給量0.2mm/r,微量潤滑量40ml/h。 所有的試驗結果都顯示,低溫冷風工況下,微量潤滑油對抑制刀具磨損和提升工件表面質量有十分積極的作用。因為微量潤滑油在高速冷風射流下,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,抑制切削熱的產生; 低溫冷風微量潤滑切削作為常規(guī)油劑切削的替代技術,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。