金屬切削液的銑削性能評價

時間：2022-10-07 13:12:27 碩士畢業(yè)論文我要投稿

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金屬切削液的銑削性能評價

　　金屬切削液的銑削性能評價【1】

　　摘要：通過搭建的銑削力測試平臺，研究銑削參數(shù)與切削力和工件表面粗糙度的關(guān)系。

　　進行干切削與采用不同切削液條件的切削力和工件表面粗糙度的實驗研究，考察不同切削液的銑削性能差別，實驗結(jié)果表明所設(shè)計的實驗方案具有很好的區(qū)分性，可以對切削液的銑削性能進行評價。

　　關(guān)鍵詞：切削液切削力工件表面粗糙度

　　前言：

　　隨著我國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，帶動了金屬加工液產(chǎn)品需求量的持續(xù)增長，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)的金屬加工液的年消耗量30～50萬噸規(guī)模，并且保持10%左右的年增長率[1]。

　　從金屬加工液的應(yīng)用來看，主要包括成型液、切削液、處理液和保護液等四大類，其中金屬切削液的比例最大，約占整個金屬加工液的45%左右，是使用最為廣泛的金屬加工液產(chǎn)品。

　　金屬切削液的主要功能是降低摩擦系數(shù)，減少切削熱量生成，提高工件表面質(zhì)量，延長刀具使用壽命。

　　因此，一個優(yōu)質(zhì)的切削液產(chǎn)品，應(yīng)該在提高切削參數(shù)、降低刀具消耗、防止機床銹蝕、提高工件質(zhì)量、降低維護成本、保證人身安全、減少環(huán)境污染等各個方面為用戶提供有效手段。

　　而這些目標的實現(xiàn)，則需要在了解當今機加工和材料技術(shù)的最新動態(tài)的基礎(chǔ)上，運用物理、化學(xué)和生物科學(xué)的最新技術(shù)，研發(fā)出適用于各種加工要求的產(chǎn)品并使上述指標到達到最優(yōu)組合。

　　金屬切削液的評價方法多種多樣，根據(jù)評價性能的需要，大致可以分為三大類。

　　第一類為簡單的滾動和滑動摩擦;第二類為金屬去除和成屑過程;第三類為金屬板材的成型或拉伸過程[2]。

　　每種方法都有其自己的優(yōu)點和局限性，到目前為止，還沒有一種行之有效的實驗室評價金屬加工液的摩擦磨損性能的方法，這主要是由于成本和時間的受限，在實驗室內(nèi)僅能模擬有限的加工工藝[3]。

　　本文將通過建立的銑削力測試平臺，考察切削液的潤滑性能，工件表面質(zhì)量以及刀具保護性能。

　　1 實驗部分

　　1.1 試驗設(shè)備

　　實驗采用CMV-850型立式加工中心進行銑削，采用YDCB-Ⅲ05壓電式多功能切削力測試系統(tǒng)進行銑削力測量，采用Mitutoyo SJ-201P粗糙度測量儀對工件表面質(zhì)量進行檢測。

　　測試系統(tǒng)：YDCB-Ⅲ05壓電式多功能切削力測試系統(tǒng)，包括YDCB-Ⅲ05壓電式多功能切削力儀、YE5850B電荷放大器、PCI-9118DG/L信號采集卡、計算機及其相應(yīng)采集軟件。

　　1.2試驗材料

　　工件材料：45#鋼(4HB170-197，調(diào)質(zhì));

　　刀具型號：可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金立銑刀;

　　試驗切削液：KLC 8204切削液、KLC 8205切削液和國外參考切削液。

　　1.3試驗條件

　　測量工況：采用多因素影響實驗方法，綜合考慮主軸轉(zhuǎn)速、軸向切深、徑向切深和進給量，試驗條件。

　　2 結(jié)果與分析

　　通過干切削、KLC 8204切削液、KLC 8205切削液及參考切削液的銑削實驗，分析切削參數(shù)對切削力的影響規(guī)律。

　　同時對研制產(chǎn)品與參考切削液進行銑削實驗，對比分析了兩者對切削力及工件表面質(zhì)量情況的影響。

　　2.1 切削力影響分析

　　在制定銑削方案過程中，重點考慮進給量和主軸轉(zhuǎn)速對切削力的影響，根據(jù)試驗方案測量切削力變化后，對實驗結(jié)果進行分析，內(nèi)容如下：

　　進給量對切削力的影響

　　根據(jù)所采集的實驗數(shù)據(jù)分析來看，在固定主軸轉(zhuǎn)速、軸向和徑向切深的情況下，進給量對切削力的影響顯著。

　　以KLC 8204切削液銑削實驗為例進行分析：

　　圖2給出不同進給量條件下所測量的Fx，F(xiàn)y和Fz三個方向的銑削過程切削力變化曲線，從圖中可以看出，當主軸轉(zhuǎn)速相同條件下，三個方向的切削力分力隨著進給量的增加而變大，尤其以主切削力Fy方向的分力影響最為顯著。

　　固定進給量、軸向和徑向切深的情況下，分析主軸轉(zhuǎn)速對銑削過程切削力的影響，以KLC 8205切削液為例進行分析：

　　圖3給出切削力隨著主軸轉(zhuǎn)速的變化曲線，從圖中可以看出，主軸轉(zhuǎn)速對切削力的影響有限，F(xiàn)x和Fz方向分力影響不大，F(xiàn)y方向分力隨著主軸轉(zhuǎn)速的變化表現(xiàn)出波動，但是沒有明顯的規(guī)律性。

　　通過對兩種切削液的銑削過程切削力進行測量，即KLC 8204和KLC 8205切削液，實驗數(shù)據(jù)分析表明：影響銑削過程各向切削力(Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z)大小的主要因素為進給量，在銑削過程，各向切削力隨著進給量的增加而變大，即同樣工況條件下，進給量越大，所測量的切削力越大;在銑削過程中，主軸轉(zhuǎn)速對切削力影響較小，沒有明顯的規(guī)律性。

　　2.2 切削力性能評價

　　首先通過實驗數(shù)據(jù)分析切削液對銑削過程切削性能的影響，在此對干切削及KLC 8204切削液在各工況條件下所測量的切削力進行對比。

　　圖4給出主軸轉(zhuǎn)速 400rpm條件下，干切削與采用KLC 8204切削液在各工況條件下所測量三向分析對比。

　　切削力的數(shù)據(jù)對比情況表明，在同樣主軸轉(zhuǎn)速、軸向和徑向切深，不同的進給量下，采用KLC 8204切削液后，能夠有效降低切削力。

　　這主要是采用切削液將有效改善切削環(huán)境，尤其是能夠降低切削表面的溫度，帶走切削過程所產(chǎn)生的大量切削熱，同時為刀具表面提供潤滑的原因。

　　選擇兩款相近油品KLC 8205及國外同類產(chǎn)品作為參考切削液。

　　通過實驗數(shù)據(jù)對比可以看出，兩者在同樣工況條件下，銑削過程中切削力有明顯差別，三個方向的切削力對比中，參考切削液的切削力測試結(jié)果要明顯低于KLC 8205切削液。

　　本實驗采用的KLC 8204切削液與干切削相比具有改進切削環(huán)境的功能，切削力的各項分力明顯優(yōu)于干切削環(huán)境;同樣使用切削液情況下，通過對切削力的測量，能夠區(qū)分不同切削液的性能的差別。

　　2.3工件加工表面質(zhì)量評價：

　　銑削過程影響工件表面質(zhì)量因素很多，主要有機床精度，切削參數(shù)的設(shè)定，刀具的選擇以及切削液性能等。

　　表面粗糙度指零件已加工表面上所具有的較小間距和微小峰谷不平度的微觀幾何形狀的尺寸特征，是反映零件表面質(zhì)量的重要指標之一。

　　國家標準規(guī)定，表面粗糙度的評定參數(shù)應(yīng)從輪廓算術(shù)平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz和輪廓最大高度R中選取。

　　本實驗中取Ra作為銑削過程工件表面質(zhì)量的評價參數(shù)。

　　首先對采用KLC 8204切削液與干切削實驗的工件表面質(zhì)量進行評價，以考察切削液在銑削過程中對工件表面質(zhì)量的影響。

　　圖6 給出同樣主軸轉(zhuǎn)速條件下，干切削與采用KLC 8204切削液后，工件表面粗糙度隨進給量的變化曲線，從圖中可以看出，采用切削液后，工件表面粗糙度更小，表明同樣工況條件下，采用切削液后，工件的表面質(zhì)量明顯改善，能夠表明切削液在銑削過程能夠有效改善切削環(huán)境，有助于提高工件表面質(zhì)量。

　　通過該圖也能看出進給量對工件表面粗糙度的影響有限，沒有明顯的規(guī)律性。

　　下面進行兩款同類產(chǎn)品的工件加工后的表面質(zhì)量進行對比，分別為KLC 8205切削液和國外參考切削液。

　　按照切削原理，加工過程中，適當提高主軸轉(zhuǎn)速，能夠降低工件表面粗糙度，從而提高工件表面加工質(zhì)量，下面通過測量的實驗數(shù)據(jù)來分析這一現(xiàn)象。

　　從圖7中可以看出，當固定進給量，軸向及徑向切深的前提下，工件表面的粗糙度受主軸轉(zhuǎn)速影響明顯，表現(xiàn)為：表面粗糙度隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高而降低。

　　同時可以看出，在同樣工況條件下，采用KLC 8205切削液銑削后的工件表面粗糙度要低于采用參考切削液，表面工件表面質(zhì)量更好。

　　首先通過第一組試驗，即KLC 8204切削液與干切削進行對比來看，采用切削液后明顯降低了工件表面粗糙度，尤其是在低轉(zhuǎn)速區(qū)域改善更為明顯;通過進行同類切削液產(chǎn)品的試驗，可以看出，切削液對改善工件表面質(zhì)量的能力不同，該試驗?zāi)軌騾^(qū)分不同切削液在降低工件表面粗糙度，提高工件表面加工質(zhì)量的能力;通過改變試驗參數(shù)，考察主軸轉(zhuǎn)速對銑削過程工件表面質(zhì)量的影響來看，適當提高主軸轉(zhuǎn)速可以達到降低工件表面加工粗糙度、提高表面質(zhì)量的目的。

　　通過KLC 8205切削液與參考切削液實驗對比，可以看出研制的新型切削液能夠有效改善工件表面質(zhì)量，在0.1mm/r進給量條件下，能夠降低工件表面粗糙度可達30～80%。

　　3 結(jié)論

　　(1)影響銑削過程各向切削力(Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z)大小的主要因素為進給量，各向切削力隨著進給量的增加而變大，即同樣工況條件下，進給量越大，所測量的切削力越大;

　　(2)銑削過程中，主軸轉(zhuǎn)速對切削力影響較小，尤其是Fx和Fz方向分力受主軸轉(zhuǎn)速的影響有限，F(xiàn)y方向分力隨著主軸轉(zhuǎn)速變化表現(xiàn)出波動，但并沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。

　　(3)銑削過程中，工件表面的粗糙度受主軸轉(zhuǎn)速影響明顯，表現(xiàn)為：工件表面粗糙度在一定程度上隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高而降低;

　　(4)固定主軸轉(zhuǎn)速、軸向切深，以及徑向切深時，不同進給量條件下測量的工件表面粗糙度雖然具備很好的區(qū)分性，但是未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性;

　　(5)通過對工件表面質(zhì)量測量，可以看出研制的KLC 8205切削液具備很好的銑削性能，能夠降低工件表面粗糙度，提高工件表面加工質(zhì)量;

　　(6)通過制定的銑削測試方案，能夠很好地區(qū)分不同銑削環(huán)境下切削力的變化情況。

　　參考文獻：

　　[1] 李茂生.金屬加工液的開發(fā)應(yīng)用于評價方法.潤滑與密封，2010，35(11)：123-127

　　[2] 邵騰飛，魏朝良，董瑩等.金屬加工液潤滑性能的實驗室評價手段.大連潤滑油技術(shù)經(jīng)濟論壇論文專輯，2011：291-294.

　　[3] Theo Mang， Wilfried Dresel Lubricants and lubrication[M]. Weinheim： WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA，2007

　　金屬切削加工中切削液的選用和維護【2】

　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)和機械加工工業(yè)的不斷發(fā)展，特別是大量的難切削材料的應(yīng)用和對產(chǎn)品零件加工質(zhì)量要求越來越高，合理選擇切削液對于提高工件質(zhì)量及機床的使用壽命和效率有著非常重要的作用。

　　文章介紹了切削液的種類、特點，并著重說明了切削液的選用原則以及切削液的維護。

　　關(guān)鍵詞：切削;切削液;選用;維護

　　1 前言

　　切削液是一種用在金屬切削、磨削加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具和加工件的工業(yè)用液體。

　　合理選用冷卻潤滑液，可以有效地減小切削過程中的摩擦，改善散熱條件，而降低切削力，切削溫度和刀具磨損，提高刀具耐用度，切削效率和已加工表面質(zhì)量及降低產(chǎn)品的加工成本。

　　為了使工件、刀具和機床不受周圍介質(zhì)的腐蝕，防止切削過程中產(chǎn)生的細屑或磨粒附在刀具、工件加工表面和機床運動部件上造成機械擦傷，切削液除了應(yīng)具有冷卻和潤滑作用外，還要具備一定的防銹和沖洗作用。

　　2 切削液分類

　　2.1 水基切削液

　　2.1.1 水溶液。

　　水溶液的主要成分是水，在其中加入一定量的防銹和油性添加劑，還能起到一定的防銹和潤滑作用。

　　由于水的導(dǎo)熱系數(shù)是油的導(dǎo)熱系數(shù)三倍，所以它的冷卻性能好，呈透明狀，常在磨削中使用。

　　2.1.2 乳化液。

　　按用途可分為：普通乳化液：它是由防銹劑，乳化劑和礦物油配制而成。

　　清洗和冷卻性能好，兼有防銹和潤滑性能。

　　防銹乳化液：在普通乳化液中，加入大量的防銹劑，其作用同上，用于防銹要求嚴格的工序和氣候潮濕的地區(qū)。

　　極壓乳化液：在乳化液中，添加含硫，磷，氯的極壓添加劑，能在切削時的高溫、高壓下形成吸附膜，起潤滑作用。

　　根據(jù)乳化液中的礦物油含量和礦物油粒度可分為：粗乳液：含油60%～90%，油滴粒度大于1μm，外觀為乳白色;微乳液：含油40%～50%，油滴粒度小于1μm，外觀呈半透明灰色;乳化液中礦物油的作用是作油性劑、防銹劑等添加劑的載體。

　　各種添加劑配制得當能使乳化液切削液獲得良好的冷卻效果，同時還有相當好的潤滑和除銹性能。

　　這些特點使乳化液避免了油基切削液容易產(chǎn)生煙霧、起火的缺點而用在大量切削熱生成的切削加工場合。

　　另外，乳化液價格便宜，使用衛(wèi)生安全。

　　乳化液的缺點是容易因溫度上升、現(xiàn)場維護不當造成繁殖細菌、霉菌等，使乳化液中的有效成分產(chǎn)生化學(xué)分解而發(fā)臭、變質(zhì)而縮短使用壽命。

　　2.1.3 化學(xué)合成切削液。

　　不含礦物油類，在水中添加水溶性防銹劑、油性劑、極壓抗磨添加劑、表面活性劑、防腐劑和消泡劑等多種功能性添加劑。

　　稀釋液呈透明狀或半透明狀。

　　化學(xué)合成切削液的冷卻和清洗性能非常優(yōu)良，適合高速切削;加工工件時具有良好的可見性，特別適合數(shù)控機床、加工中心等現(xiàn)代加工設(shè)備使用;穩(wěn)定性和抗腐朽能力比乳化液強，使用壽命長。

　　缺點是與乳化液相比，潤滑和防銹性能較差。

　　2.2 油或油基切削液

　　油或油基切削液主要成分是礦物油，根據(jù)礦物油內(nèi)添加物的不同可分為：脂肪油切削油：在礦物油內(nèi)添加一定的脂肪油，此類油的潤滑性良好，常用于機械零件的精密加工;極壓切削油：在礦物油內(nèi)添加一定比例的極壓添加劑，進一步提高切削油的耐溫耐壓性能;復(fù)合切削油：由礦物油、油性添加劑和極壓添加劑配制而成，對金屬表面有極佳的吸附作用，在很寬的溫度范圍內(nèi)能保持切削油的潤滑性能，適合多工位切削及多種材料的的切削加工。

　　3 切削液的選用

　　3.1 工藝要求和切削特點

　　(1)粗加工時，要求以冷卻為主，一般應(yīng)選用冷卻作用較好的切削液，如水溶液或低濃度的乳化液等;(2)精加工時，主要希望提高加工質(zhì)量和減少刀具磨損，一般應(yīng)選用潤滑作用較好的切削液，如高濃度的乳化液或切削油等;(3)加工孔時，應(yīng)選用濃度大的乳化液或極壓切削液。

　　(4)深孔加工時，應(yīng)選用含有極壓添加劑濃度較低的切削液。

　　(5)磨削時，應(yīng)選用清洗作用好的切削液。

　　3.2 被加工材料的性質(zhì)

　　切削普通鋼材時一般用乳化液或硫化油;加工不銹鋼、高強度鋼和高溫合金鋼時，應(yīng)選用活性高、含抗磨、極壓添加劑的切削液;對于容易加工的材料則選用不含極壓添加劑的切削液。

　　切削有色金屬和輕金屬時，切削力和切削溫度都不高，可選用礦物油和高濃度乳化液，為避免腐蝕工件應(yīng)注意不要使用含硫化油的切削液。

　　切削鎂合金時為防止燃燒起火一般不使用水基切削液，可采用低粘度油作為切削液。

　　切削鑄鐵與青銅等脆性材料時，切屑常呈崩碎狀，容易隨切削液到處流動，流入機床導(dǎo)軌之間造成部件損壞，可以不使用切削液，或者使用冷卻和清洗性能好的低濃度乳化液。

　　3.3 刀具材料

　　3.3.1 工具鋼刀具。

　　工具鋼耐熱溫度低，在高溫下會失去硬度，只能適用于一般材料的切削。

　　切削加工時，要求冷卻液的冷卻效果要好，一般采用乳化液為宜。

　　3.3.2 高速鋼刀具。