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压缩空气冷却


随着绿色制造技术在切削加工中的应用, 在高速铣削加工中采用压缩空气冷却取代切削液冷 却已成为一种不错的选择。但是,对于具体的高速铣削加工任务,选用何种冷却方式更为恰 当,则应根据不同的加工目的和被加工材料仔细加以权衡,以获得最佳的加工效果。以下是 选择冷却方式时需要考虑的四个主要工艺因素。 1 工件材料的硬度 如果工件材料的硬度≥42HRC,选择压缩空气冷却通常可获得更佳的效果。

高速铣削高 硬度材料的加工特点为: ①切削温度很高;②切屑在冷作硬化作用下会变得比母体材料更硬。 切削此类材料时, 如果采用切削液冷却, 可能会使刀具承受间歇性升温-冷却造成的热冲击, 温度的剧烈变化容易引起硬质合金切削刃碎裂。反之,如果采用压缩空气冷却,不仅可使刀 具温度保持恒定,而且可将切屑吹离切削区,避免因高硬度切屑的二次切削(re-cutting)作用 对刀具造成损坏。 2 工件材料的种类 如果工件材料的硬度<42HRC,则应根据工件材料的种类确定选用何种冷却方式。在高 速铣削粘性材料(如铝、软性不锈钢等)时,通常需要选用切削液冷却。切削液可对刀具起到 润滑作用, 且可使切屑易于向上滑出容屑槽并与刀具后角分离。 而在高速铣削大多数模具钢 (如 P20,H13,S7, NAK55,D2 等)时,压缩空气冷却可能是正确的选择。如果在加工中发 现工件材料与刀具发生粘连现象,则可能提示需要采用切削液;但也可能提示需要选用不同 的刀具涂层。 3 刀具涂层 氮碳化钛(TiCN)涂层和氮铝钛(TiAlN)涂层是高速铣削模具钢时最常用的两种刀具涂层。 球头铣刀在低于 245m/min(800sfm)的切削速度下铣削硬度小于 42HRC 的工件材料(或圆铣刀 在低于 600sfm 的切削速度下铣削相同材料)时,刀具采用 TiCN 涂层较为合适。如果被加工 材料的硬度或切削速度高于上述切削参数范围,则最好选用 TiAlN 涂层。 TiCN 涂层对切削液冷却具有很好的适应性。虽然切削温度的剧烈变化仍有可能引起硬 质合金切削刃碎裂, 但在上述切削参数范围内进行加工, 一般不会产生足以引起热冲击危险 的切削高温。 反之,高温切削性能较好的 TiAlN 涂层不太适合切削液冷却。这种涂层在进行高温切削 时,可在涂层外表面形成一层坚硬而光滑的氧化铝层,有助于提高刀具的切削性能。(事实 上,美国 Millstar 公司开发的“Exalon”TiAlN 涂层的高温切削性能更为先进,这种 TiAlN 涂 层的外面又增加了一层固体润滑层,可使切屑更易于沿着刀具切削刃滑离。) 石墨电极工件的铣削加工对刀具涂层的要求一般不太严格,选用 TiAlN 涂层或金刚石涂 层均可。 虽然这两种涂层采用压缩空气冷却即可获得很好的切削效果, 但许多加工车间仍然 愿意使用切削液,这是因为切削液有助于清除加工中产生的粉尘。 4 表面光洁度要求

用球头铣刀进行高速铣削时, 为了获得较高的工件表面光洁度, 可能需要采用切削液冷 却。由于球头铣刀端部的切削速度为零,采用切削液可起到很好的润滑作用。当用典型的球 头铣刀进行微进给精铣加工时,位于铣刀端部低速切削区域的工件材料可能会卡在“横刃 (web)”内。处于红热状态的残留材料被刀具拖曳着划过工件,并可能熔焊在工件表面,从 而破坏工件的表面光洁度。(为解决这一问题,某些具有球形轮廓的机夹刀片式铣刀,如美 国 Millstar 公司的“Super Finisher”刀片,可通过改进刀片的设计消除这种“横刃” 。)切削 液通过对刀具和工件的润滑作用,可以减小切屑熔焊现象的影响,获得较高的表面光洁度。 基于这种考虑,即使在使用 TiAlN 涂层刀具的加工场合,也应采用切削液冷却方式。虽然刀 具寿命可能因此而缩短,但有时为了达到表面光洁度要求,有必要牺牲部分刀具寿命。


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