CN108161565A - 基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法 - Google Patents

基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。本发明在硬质合金切削过程期间送递超临界二氧化碳至切削刀具，其中超临界二氧化碳作为润滑剂、冷却剂、碎屑排空剂和/或用于另一种润滑剂或缓蚀剂的载体。

Description

基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法
技术领域
本发明涉及硬质合金加工技术领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法。
背景技术
金属切削液(MWF)在多种硬质合金切削过程(硬质合金切削过程的一些非限制性实例包括切削过程、成型过程等)期间润滑和冷却金属并且对适当的加工功能有用。具体地，MWF增加切削刀具寿命，提高工件加工表面质量，允许更快的加工效率并降低机械加工期间的能量消耗。金属切削液通常是水性乳状液或油性乳状液，通过水性乳状液或油性乳状液实现金属切削过程中切削刀具和被加工工件的冷却和润滑。然而，金属切削液的大量使用及其产生的大量废液造成了严重的环境问题，影响车间环境及操作工人身心健康。这可能归咎于(至少部分如此)可以在这些流体内聚集的金属、有机成分和微生物，和在机械加工过程中极过量地喷射这些液体时可能形成的气溶胶。可以由这些油溶液形成的气溶胶降低车间内的空气质量并且在某些情况下可能潜在地对工人造成急性和/或慢性皮肤影响及肺影响。金属切削液容易因微生物侵袭和硬水离子聚集而随时间出现质量下降，这可能造成废弃物处理问题，尤其当混合物含有有毒添加剂时。因此当MWF达到最终使用寿命时，它们可以变成有害废弃物。采用最小量冷却润滑切削技术，则可以基本消除与MWF有关的诸多环境问题及健康问题。
因此，理想的是使用微量润滑剂及冷却介质进行硬质合金切削过程中的冷却润滑作用。这样的替代性溶剂可以有利地减少或消除与水基MWF有关的问题，并且因此减少或消除对传统MWF维护系统或处理系统如泵和分离系统的需要。另外，送递最小量的润滑可以保护资源，维持更一致的高质量加工操作，并减少使用寿命周期排放，与此同时大大有助于消除潜在的与传统水基MWF有关的健康风险和变质问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，包括在硬质合金切削过程期间送递超临界二氧化碳至工件，其中超临界二氧化碳作为润滑剂、冷却剂、碎屑排空剂和/或用于另一种润滑剂或缓蚀剂的载体。
本发明的技术方案为：基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是刀具切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空。
进一步的，所述切削过程的切削参数为粗加工或半精加工主轴转速S=4000-20000rpm，进给速度 F=100-400mm/min，轴向切深ap=0.005-0.01mm，径向切深ae=0.001-0.005mm。
进一步的，所述切削过程的切削参数为精加工主轴转速S=22000-55000rpm，进给速度F=300-800mm/min，轴向切深0.001-0.005mm，径向切深ae=0.001-0.005mm。
进一步的，所述润滑剂为矿物油、植物油、酯、聚合物、二醇、脂肪酸中的任一种或两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
本发明人出乎预料而偶然地发现超临界二氧化碳可以用作硬质合金切削过程/操作(例如切削和成型)中的有效润滑剂和润滑剂载体。另外，超临界二氧化碳传统油性或水性金属切削液（MWF）在硬质合金切削中提供更好的基础润滑，并且发现单独的超临界二氧化碳具有与传统油性或水性金属切削液(MWF)基本类似的润滑性，至少在一种机械加工应用中是这样的。润滑剂如纯油(straightoil)，即不添加水的油，是用于绝大多数加工过程的最熟知润滑剂。而本发明人还发现超临界二氧化碳与润滑剂的组合具有有利的协同性，即由该组合测得的润滑能力比单用其中任一种时所测得的润滑能力明显更好。还发现当油在超临界二氧化碳内被送递时，即便向系统施加更少的油，也显示出上述协同性。例如，比较具有和没有超临界二氧化碳送递系统的相同的油，已经发现了用超临界二氧化碳送递系统改良的性能，但是有利的是，当随同超临界二氧化碳送递系统一起使用时，用更少量的相同的油，也发现了这些改良的结果。更进一步，本发明人还预期根据本文中实施方案的方法还可以有利地清除切削期间的碎屑或碎屑排空、降低工具磨损、提供抗腐蚀性并改善某些系统中的表面光洁度。
本发明使用基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法的实施方案适合于在硬质合金切削应用中送递油润滑剂、边界润滑剂和耐特压润滑剂，能够改善硬质合金切削的效率和回收、减少为制造产品所需要的原材料的量；避免了传统金属切削液造成的相关缺陷；使用超临界二氧化碳作为溶剂得到了对于油和/或表面活性剂而言有效的回收系统。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空
进一步的，所述切削过程的切削参数为主轴转速粗加工 S=6000rpm，进给速度 F=150mm/min，轴向切深ap=0.006，径向切深ae=0.002mm;精加工主轴转速S=30000，进给速度F=500mm/min，轴向切深0.002mm，径向切深ae=0.001mm。
进一步的，所述润滑剂为矿物油与二醇两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例2
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是刀具切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空
进一步的，所述切削过程的切削参数为主轴转速粗加工 S=10000rpm，进给速度 F=400mm/min，轴向切深ap=0.005，径向切深ae=0.001mm;精加工主轴转速S=45000，进给速度F=400mm/min，轴向切深0.002mm，径向切深ae=0.003mm。
进一步的，所述润滑剂为植物油、脂肪酸两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例3
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空
进一步的，所述切削过程的切削参数为主轴转速粗加工 S=4000rpm，进给速度 F=200mm/min，轴向切深ap=0.007，径向切深ae=0.002mm;精加工主轴转速S=22000，进给速度F=300mm/min，轴向切深0.003mm，径向切深ae=0.003mm。
进一步的，所述润滑剂为二醇、脂肪酸两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例4
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空
所述切削过程的切削参数为主轴转速粗加工 S=8000rpm，进给速度 F=150mm/min，轴向切深ap=0.01，径向切深ae=0.002mm;精加工主轴转速S=45000，进给速度F=800mm/min，轴向切深0.003mm，径向切深ae=0.004mm。进一步的，所述润滑剂为矿物油、植物油两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例5
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空
所述切削过程的切削参数为主轴转速粗加工 S=20000rpm，进给速度 F=250mm/min，轴向切深ap=0.006，径向切深ae=0.003mm;精加工主轴转速S=35000，进给速度F=500mm/min，轴向切深0.003mm，径向切深ae=0.004mm。进一步的，所述润滑剂为矿物油、植物油两种的组合。
进一步的，所述润滑剂为聚合物、二醇两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例6
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空
所述切削过程的切削参数为主轴转速粗加工 S=9000rpm，进给速度 F=340mm/min，轴向切深ap=0.006，径向切深ae=0.002mm;精加工主轴转速S=55000，进给速度F=320mm/min，轴向切深0.001mm，径向切深ae=0.002mm。进一步的，所述润滑剂为矿物油、植物油两种的组合。
进一步的，所述润滑剂为矿物油、二醇两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例7
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是刀具切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空。
进一步的，所述切削过程的切削参数为粗加工或半精加工主轴转速S=4000rpm，进给速度 F=100mm/min，轴向切深ap=0.005mm，径向切深ae=0.001mm。
进一步的，所述切削过程的切削参数为精加工主轴转速S=22000rpm，进给速度F=300mm/min，轴向切深0.001mm，径向切深ae=0.001mm。
进一步的，所述润滑剂为矿物油、二醇两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
实施例8
基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
进一步的，所述硬质合金切削过程是刀具切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空。
进一步的，所述切削过程的切削参数为粗加工或半精加工主轴转速S=20000rpm，进给速度 F=400mm/min，轴向切深ap=0.01mm，径向切深ae=0.005mm。
进一步的，所述切削过程的切削参数为精加工主轴转速S=55000rpm，进给速度F=800mm/min，轴向切深0.005mm，径向切深ae=0.005mm。
进一步的，所述润滑剂为植物油、聚合物两种的组合。
进一步的，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
进一步的，所述所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
进一步的，所述基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过本领域任一现有技术实现。

Claims (7)

1.基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述方法包括：
S1.润滑剂在送递至工件前与超临界二氧化碳混合；
S2.送递超临界二氧化碳至喷嘴；
S3.将迅速膨胀的二氧化碳由喷嘴喷至用于硬质合金切削过程的切削刀具上。
2.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述硬质合金切削过程是刀具切削过程，并且其中切削过程期间形成的切屑在切削过程中超临界二氧化碳送递至切削刀具期间被排空。
3. 根据权利要求2所述的基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述切削过程的切削参数为粗加工或半精加工主轴转速S=4000-20000rpm，进给速度F=100-400mm/min，轴向切深ap=0.005-0.01mm，径向切深ae=0.001-0.005mm;精加工主轴转速S=22000-55000rpm，进给速度F=300-800mm/min，轴向切深ap=0.001-0.005mm，径向切深ae=0.001-0.005mm。
4.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述润滑剂为矿物油、植物油、酯、聚合物、二醇、脂肪酸中的任一种或两种的组合。
5.根据权利要求2所述的基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述的超临界二氧化碳送递基本实现了切削刀具的微量润滑。
6.根据权利要求1所述的基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，所述被加工工件和切削刀具在切削过程中产生的切削热在超临界二氧化碳送递期间被冷却。
7.根据权利要求6所述的基于超临界二氧化碳冷却润滑的硬质合金切削方法，其特征在于，还包括在硬质合金切削过程期间，以压力释放冷却喷雾送递压缩空气或惰性气体中的至少一种气体至工件，以提供额外的冷却。
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CN114473623A (zh) * 2021-12-31 2022-05-13 安徽天航机电有限公司 高温合金gh2132航空套管高效切削加工工艺的冷却润滑方法

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