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在加工切削中選擇合適的金屬切削液
時間:2018-10-05
金屬切削過程中,為提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度,延長刀具使用壽命,達到最佳的經濟效果,就必須減少刀具與工件、刀具與切屑之間磨擦,及時帶走切削區內因材料變形而產生的熱量。
要達到這些目的,一方面是通過開發高硬度耐高溫的刀具材料和改進刀具的幾何形狀,而另一方面采用性能優良的切(磨)削液往往可以明顯提高切削效率,降低工件表面粗糙度,延長刀具使用壽命,取得良好的社會和經濟效益。在機械加工中切削液的主要功能是潤滑和冷卻作用,加入特殊添加劑后還可起到清洗和防銹的作用,用于保護機床,刀具及工件等物件不被腐蝕。
我們在機械加工中,常用的切削液有:水溶液、普通乳化液、極壓乳化液、礦物油、植物油、動物油、極壓切削油等。其中,水溶液的冷卻效果最好,極壓切削液的潤滑效果最好。由于切削液的種類很多,性能差異較大,因此在加工中怎樣選擇合適的切削液一直是一項比較難以抉擇的事。下面主要從工件材料,刀具材料,加工工藝特點及性質等方面談談怎么合理選用切削液。
一、根據工件材料選用
在難切削材料中,有的硬度高達65~70HRC,抗拉強度比45號鋼的抗拉強度高三倍左右,造成切削力比切削45號鋼高200%~250%;有的材料高溫硬度和強度高,有的材料加工硬化的程度比基體高50%~200%,硬化深度達0.1~0.3mm,造成切削的困難;有的材料化學活性大,在切削中和刀具材料產生親和作用,造成刀具產生嚴重的粘結和擴散磨損;有的材料彈性模量極小和彈性恢復大及延伸率很大,更難于切削。因此,在切削各種難切削材料時,要根據所切材料各自的性能與切削特點與加工階段,選擇相宜的切削液,以改善難切削材料的切削加工性,而達到加工的目的。一般而言:
加工鑄鐵,鑄鋁等脆性金屬,為避免切屑堵塞冷卻系統或粘附在機床上難以清除,一般不用切削液。但精加工時為了提高表面質量,可用潤滑好,黏度小的煤油或7%~10%的乳化液。
加工一般鋼件,粗加工選用乳化液,精加工選用硫化乳化液。
加工有色金屬或銅合金,不宜用含硫切削液,以免腐蝕工件。可選用一般乳化液或切削油。
加工鎂合金時,不能用切削液,否則會燃燒起火。
加工難切削工件,如不銹鋼,耐熱鋼及含有鉻,鎳,鉬,錳,鈦,鈮,鎢等元素的材料時,因所含硬質點多,機械擦傷作用大,導熱系數低,切削熱不易散出,往往難以切削。應選用10%~15%的極壓切削油或極壓乳化液。
二、根據刀具材料選用
工具鋼刀具:其耐熱溫度約在200~300℃之間,只能適用于一般材料的切削,在高溫下會失去硬度。由于這種刀具耐熱性差,要求冷卻液的冷卻效果要好,一般采用乳化液為宜。
高速鋼:這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩(有的還含鋁)為基礎的高級合金鋼,它們的耐熱明顯比工具鋼高,允許的最高溫度可達600℃。使用高速鋼刀具進行低速和中速切削時,建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時,由于發熱量大,以采用水基切削液為宜。若使用油基切削液會產生較多的煙霧,污染環境,而且容易造成工件燒傷,加工質量下降,刀具磨損增大。
硬質合金刀具:用于切削刀具的硬質合金是由碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和5%~10%的鈷組成,它的硬度大大超過高速鋼,最高允許工作溫度可達1000℃,具有優良的耐熱性能,在加工鋼鐵材料時,可減少切屑間的粘結現象。在選用切削時,要考慮硬質合金對驟熱的敏感性,盡可能使用刀具均勻受熱,否則會導致崩刃。在選用切削液時一般油基切削液的熱傳導性能較差,使刀具產生驟冷的危險性比水基切削液小,所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。在使用冷卻液進行切削時,要注意均勻冷卻刀具,在開始切削之前,最好預先用切削液冷卻刀具。對于高速切削,要用大流量切削液噴淋切削區,以免造成刀具受熱不均勻產生崩刃,亦可減少由于溫度過高產生蒸發形成和煙污染。
陶瓷刀具:采用氧化鋁(Al2O3)、金屬和碳在高溫下燒結而成,這種材料的高溫耐磨性比硬質合金要好,一般采用干切削,但考慮到均勻的冷卻和避免溫度過高,也常用水基切削液。
金剛石刀具:具有極高的硬度,一般采用干切削。為避免溫度過高,也象陶瓷材料一樣,許多情況下采用水基切削液。
三、根據加工工藝特點及性質選用
粗加工:由于加工余量及切削量較大,因此在切削過程中產生大量切削熱,易使刀具快速磨損,所以需選擇冷卻功能為主的乳化液或合成切削液。
高速鋼刀具加工碳素鋼時,應選用3%~5%的乳化液,也可選用合成切削液。高速鋼刀具加工鋁合金,銅合金時,選用5%~7%的乳化液。加工鑄鐵鑄鋁,一般不用切削液。另外還需考慮切削速度,一般而言在低切削速度(小于5m/min)時,如滾齒機的滾齒,插齒,刨床的拉削時,刀具主要是機械磨損,要求切削液有良好的潤滑性,宜選用切削油來輔助加工。在較高切削速度(大于10m/min)時,刀具主要是熱磨損和電化腐蝕磨損,則要求切削液有良好的冷卻性,宜用離子型切削液。
精加工:為減少切屑,工件刀具間的摩擦,保證工件表面,粗糙度和工件精度,切削液應具有良好的滲透性,潤滑性和一定的冷卻性。一般選用潤滑性能較好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。高速鋼或硬質合金刀具精加工碳鋼時,選用10%~15%的乳化液,或10%~20%的極壓乳化液。精加工銅或鋁合金時,為了得到較高精度和表面質量,可用10%~20%的乳化液或煤油。在低切削速度時,為使切削液很快的滲透到切削區域,減少刀具與工件摩擦和粘結,控制積屑瘤形成,降低表面粗糙度,提高刀具耐用度,保證加工精度,宜用10%~15%的極壓乳化液。中等切削速度時,刀具既有機械磨損又有熱磨損和電化腐蝕磨損宜用8%~10%乳化液或離子型切削液。
半封閉加工:在鉆孔,絞孔和深孔加工中,刀具往往處于半封閉狀態下工作,排屑,散熱條件比較差,加工中產生大量切削熱不能及時傳出,易造成刀具灼燒,嚴重破壞工件表面粗糙度,尤其是切削某些硬度高,強度大,韌性大和冷硬現象嚴重的特殊材料時,問題更突出,不僅會使刀具磨損嚴重,容易退火,而且容易拉毛已加工表面。為此需用黏度較小的極壓乳化油或極壓乳化液,并加大切削液的壓力和流量,故可以一邊冷卻,潤滑,另一邊將切屑沖刷出來。
四、根據機床的類型選用
在選用切削液時,必須考慮到機床的結構裝置是否適應。有些機床,如多軸自動車床,齒輪加工機床,設計時就已考慮使用油基切削液,所以沒有采用特殊的軸承蓋的特殊的裝置來保護機床內部機構免受外界水、汽的侵襲,并且這類機床大都靠油基切削液來潤滑接近切削區域的運動部件,因而必須使用油基切削液。如果使用水基切削液水溶性會滲透到軸承和機床內部結構,使這些零部件脫油產生腐蝕加速磨損。水基切削液滲入液壓系統會使液壓油乳化變成油包水或水包油的乳化液,使粘度增大或大幅度下降,改變了液壓油的性質,影響液壓系統的正常運行。因此,對于那些原用油基切削液的機床,要轉用水基切削液時必須慎重,必要時要作適當的改裝,否則會導致機床損壞。
以上所述是機械加工中切削液選擇的一些基本方法,但是,機械加工種類繁多,加工要求和方法千變萬化,同時還需考慮加工成本,因此在實際選用中還需結合實際情況進行科學分析,選擇出最合適的切削液來提高加工效率和經濟效益。
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