CN107553206B - 外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法 - Google Patents

外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将工件固定于机床工作台；S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；S3、根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及切削深度，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工；其中S2喷嘴包括前刀面喷嘴和后刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为20mm～80mm，前刀面喷嘴与水平方向的夹角为20°～70°；后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为20mm～80mm，本发明加工方法润滑效果好、冷却效果好、排屑及时。

Description

外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法
技术领域
本发明涉及金属基板加工领域，具体涉及外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法。
背景技术
铸铁凭借其优异的抗拉强度、抗疲劳强度、弹性模量和耐磨性以及优良铸造性能和导热性，正逐步被广泛应用。铸铁优异的性能保证其在高温下还能保持足够的强度。
铸铁中的石墨具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使铸件有良好的耐磨性。此外，由于铸件中带有硬度很高的磷共晶，又能使抗磨能力进一步提高，这对于制备活塞环、气缸套等受摩擦零件具有重要意义。但是在铸铁切削加工过程中也存在一系列的问题，比如加工过程中切削力大、切削温度高、等问题，都直接影响着刀具的使用寿命和工件表面加工质量。并且在切削过程中刀具极易发生切屑粘结，严重缩短刀具使用寿命。
铸铁传统的切削加工中一般使用浇注式冷却方式对切削区域进行冷却润滑，但是切削液无法有效的到达切削区域进行冷却润滑，并且在切削液中含有各种辅助添加剂，虽然能够增加以及优化加工性能，但是添加剂中许多物质都是具有毒性的，对环境产生严重的影响。随着十三五绿色制造的号召，传统切削液随着绿色切削技术的兴起使用量正逐渐减少，取而代之的是干切削、准干式切削等绿色切削加工技术。为了能够解决传统切削液冷却效果不佳，切削液渗透能力低，对环境产生破坏的问题，微量润滑技术、低温冷风、液氮、油膜附水滴等技术被应用到铸铁切削加工中。
微量润滑技术是将少量的油雾化成油雾，在高压气体的作用下喷射到切削加工区域，虽然能够起到很好的润滑作用，但是铸铁切削过程中的温度很高，很容易使润滑油在高温中失效。低温冷风虽然能够起到很好的降温效果，但是润滑作用比较差。液氮需要专门的设备来储存，增加了生产成本，而且单纯使用液氮会缺乏润滑。
因此，亟需一种润滑效果好、冷却效果好、排屑及时的外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种润滑效果好、冷却效果好、排屑及时的外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，其包括以下步骤：S1、将工件固定于机床工作台；S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具； S3、根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及切削深度，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工；步骤S2中喷嘴包括前刀面喷嘴和后刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为20mm～80mm，前刀面喷嘴与水平方向的夹角为20°～70°；后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为20mm～80mm。
铸铁加工时普遍存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等问题，并且切屑极易粘接在刀具上，传统浇筑式冷却渗透性不强，冷却润滑效果不佳，而采用微量润滑技术缺少冷却，切削温度比较高。本发明采用微量油膜附水滴切削技术进行铸铁切削加工时，有效利用微量润滑油的润滑效果和水滴蒸发吸热冷却双重作用，改善切削区域尤其是第二变形区域的摩擦和润滑状态；与此同时，水滴蒸发可以迅速带走大量的热量，实现切削过程中切削热量的快速降热，保证渗入切削区域的微量油膜附水滴发挥润滑性能；本发明可以有效的改善切削部位摩擦和润滑状态、加速切削热量散失，降低铸铁切削过程中切削力和切削温度，提升工件加工质量和刀具寿命；另外，油膜附水滴设备中喷嘴出口的高压气体有利于切削过程中产生的切屑断裂，防止切屑残留在刀具上，进而减少刀具积屑瘤产生。
采用前刀面喷嘴和后刀面喷嘴结合喷出微量油膜附水滴，润滑、冷却、排屑效果更好。
优选的，前刀面喷嘴与后刀面喷嘴距离切削刃为20mm～80mm，避免由于喷嘴与切削刃距离太小造成微量油膜附水滴的喷射范围太小；同时防止喷嘴与切削刃距离太小，吹扫压力不够，不利于润滑、散热、排屑。
优选的，前刀面喷嘴和/或后刀面喷嘴为扇形喷嘴，前刀面喷嘴和/或后刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
喷嘴的扇形喷射区域与切削刃大小相等，喷嘴喷出的微量油膜附水滴的喷射作用范围最高效，避免喷射范围过小产生喷射润滑盲区，防止喷射范围过大增大微量油膜附水滴的用量。
优选的，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°。
后刀面喷嘴沿着竖直方向喷射可以获得最好的表面加工质量。
优选的，油膜附水滴设备的出水量为0.5～5 L/h，出油量为0.01～1L/h，气压范围为0.1MPa～0.9MPa。
采用以上油膜附水滴设备参数，排屑效果较好，有良好的散热、润滑作用，加工精度与质量较高。
优选的，油膜附水滴设备使用的润滑油为绿色环保型切削油。
润滑油中所含有的所有成份都是无毒的，可以被环境所降解，对人体无害，环保绿色。
优选的，油膜附水滴设备使用的润滑油中含有耐极压的切削油。
润滑油中添加耐极压的切削油，使加工过程中，润滑油够承受较大切削力，能够承受高温，不至于在高温中失效。
本发明的有益效果：
1．采用微量油膜附水滴切削技术进行铸铁切削加工时，有效利用微量润滑油的润滑效果和水滴蒸发吸热冷却双重作用，改善切削区域尤其是第二变形区域的摩擦和润滑状态；与此同时，水滴蒸发可以迅速带走大量的热量，实现切削过程中切削热量的快速降热，保证渗入进切削区域的微量油膜附水滴发挥其润滑性能，从而改善切削部位摩擦和润滑状态、加速切削热量散失以及保证微量油膜附水滴有效发挥冷却润滑性能，降低铸铁切削过程中切削力和切削温度，提升工件加工质量和刀具寿命。
2．采用前刀面喷嘴和后刀面喷嘴结合喷出微量油膜附水滴，润滑、冷却、排屑效果更好。前刀面喷嘴、后刀面喷嘴与切削刃距离为20mm～80mm，避免由于喷嘴与切削刃距离太小造成微量油膜附水滴的喷射范围太小；同时防止喷嘴与切削刃距离太小，吹扫压力不够，不利于润滑、散热、排屑。
3．油膜附水滴设备中喷嘴喷出的高压气体有利于切削过程中产生的切屑的断屑，防止切屑残留在刀具上，进而减少刀具积屑瘤产生；提升加工质量和刀具寿命。
4.在高压气体的作用下，喷嘴出口的油膜附水滴颗粒可以具有一定的初速度，更容易通过毛细管的作用渗透到切削区域，同时，具有一定的初速的油膜附水滴颗粒在与工件相碰撞之后可以形成二次破碎，与切削区域的接触面积增大，更容易吸热挥发，冷却润滑作用也会提高。
附图说明
图1为实施例1的油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁切削方法的加工示意图；
图2为实施例2的油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁切削方法的加工示意图；
图3为实施例3的油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁切削方法的加工示意图；
其中：10-工件；20-切削刃；301-前刀面喷嘴；302-后刀面喷嘴。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，包括以下步骤：
S1、将工件固定于机床工作台；
S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括前刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为30mm，前刀面喷嘴与水平方向的夹角为45°；油膜附水滴设备出水量为0.6 L/h，出油量为0.02 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
S3、根据工件加工要求设置切削速度为70m/min、进给速度0.15mm/r以及切削深度为0.9mm，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
前刀面喷嘴为扇形喷嘴，前刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
油膜附水滴设备使用的润滑油为绿色环保型润滑油。
本实施例中，均于同等切削参数下的常规MQL技术进行切削效果对比。切削过程中，采用Kister 9129A三向测力系统进行切削力测量，采用TVS-500EX非接触式红外热像仪进行切削温度测量，采用TR200手持式粗糙度仪进行加工表面粗糙度测量，并采OLYPUS-SZ61光学体视显微镜进行切削刀具后刀面磨损量测量。所得结果如表1所示。
实施例2
如图2所示，本实施例提供一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，包括以下步骤：
S1、将工件固定于机床工作台；
S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括后刀面喷嘴，后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为35mm，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°；油膜附水滴设备出水量为1.2L/h，出油量为0.02 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
S3、根据工件加工要求设置切削速度为70m/min、进给速度0.15mm/r以及切削深度为0.9mm，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
后刀面喷嘴为扇形喷嘴，后刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
油膜附水滴设备使用的润滑油为绿色环保型润滑油。
本实施例中，均于同等切削参数下的常规MQL技术进行切削效果对比。切削过程中，采用Kister 9129A三向测力系统进行切削力测量，采用TVS-500EX非接触式红外热像仪进行切削温度测量，采用TR200手持式粗糙度仪进行加工表面粗糙度测量，并采OLYPUS-SZ61光学体视显微镜进行切削刀具后刀面磨损量测量。所得结果如表1所示。
实施例3
如图3所示，本实施例提供一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，包括以下步骤：
S1、将工件固定于机床工作台；
S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括前刀面喷嘴和后刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为30mm，前刀面喷嘴与水平方向夹角为45°，后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为35mm，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°；油膜附水滴设备出水量为1.2L/h，出油量为0.02 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
S3、根据工件加工要求设置切削速度为70m/min、进给速度0.15mm/r以及切削深度为0.9mm，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
前刀面喷嘴和后刀面喷嘴为扇形喷嘴，前刀面喷嘴和后刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
油膜附水滴设备使用的润滑油为绿色环保型润滑油。
润滑油中含有耐极压的切削油。
本实施例中，均于同等切削参数下的常规MQL技术进行切削效果对比。切削过程中，采用Kister 9129A三向测力系统进行切削力测量，采用TVS-500EX非接触式红外热像仪进行切削温度测量，采用TR200手持式粗糙度仪进行加工表面粗糙度测量，并采OLYPUS-SZ61光学体视显微镜进行切削刀具后刀面磨损量测量。所得结果如表1所示。
实施例4
本实施例提供一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，包括以下步骤：
S1、将工件固定于机床工作台；
S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括前刀面喷嘴和后刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为30mm，前刀面喷嘴与水平方向夹角为30°，后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为25mm，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°；油膜附水滴设备出水量为1.5L/h，出油量为0.03 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
S3、根据工件加工要求设置切削速度为70m/min、进给速度0.15mm/r以及切削深度为0.9mm，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
前刀面喷嘴和后刀面喷嘴为扇形喷嘴，前刀面喷嘴和后刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
油膜附水滴设备使用的润滑油为植物基润滑油。
润滑油中含有耐极压的切削油。
实施例5
本实施例提供一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，包括以下步骤：
S1、将工件固定于机床工作台；
S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括前刀面喷嘴和后刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为20mm，前刀面喷嘴与水平方向夹角为30°，后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为25mm，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°；油膜附水滴设备出水量为2L/h，出油量为0.03 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
S3、根据工件加工要求设置切削速度为70m/min、进给速度0.15mm/r以及切削深度为0.9mm，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
前刀面喷嘴和后刀面喷嘴为扇形喷嘴，前刀面喷嘴和后刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
油膜附水滴设备使用的润滑油中含有耐极压的切削油。
表1 各实施例与对比试验切削效果汇总
Figure DEST_PATH_IMAGE001
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种外冷油膜附水滴冷却润滑条件下铸铁绿色切削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将工件固定于机床工作台；
S2、开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；
S3、根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及切削深度，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工；
步骤S2中，包括以下任一种加工方式：
（1）开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括前刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为30mm，前刀面喷嘴与水平方向的夹角为45°；油膜附水滴设备出水量为0.6 L/h，出油量为0.02 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
（2）开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括后刀面喷嘴，后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为35mm，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°；油膜附水滴设备出水量为1.2L/h，出油量为0.02 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
（3）开启油膜附水滴设备，将油膜附水滴设备的喷嘴对准刀具；喷嘴包括前刀面喷嘴和后刀面喷嘴，前刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为30mm，前刀面喷嘴与水平方向夹角为45°，后刀面喷嘴与刀具的切削刃距离为35mm，后刀面喷嘴与水平方向的夹角为90°；油膜附水滴设备出水量为1.2L/h，出油量为0.02 L/h，压缩气体与油膜附水滴混合时其气体压力为0.35 MPa；
步骤S3中，包括：根据工件加工要求设置切削速度为70m/min、进给速度0.15mm/r以及切削深度为 0.9mm，开启加工机床对铸铁工件进行切削加工；
油膜附水滴设备使用的润滑油为绿色环保型润滑油，无毒，可以被环境所降解；
油膜附水滴设备使用的润滑油中含有耐极压的切削油；
前刀面喷嘴为扇形喷嘴，前刀面喷嘴的扇形喷射区域与刀具切削刃大小相等。
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