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  • 【拉削技术】拉削冷却及润滑小知识

    2022-03-10 17:00:04 14

    拉削是指利用特制的拉刀逐齿依次从工件上切下很薄的金属层,使表面达到较高的尺寸精度和较低的粗糙度。拉削每次都在新生面上进行,速度变化每分钟数毫米至数十米,压力高达2~3GPa。拉削过程中存在刀具与工件、刀具与切屑之间摩擦,以及刀具与切入金属内部的分子内摩擦,并产生大量的热量。采用切削液是改善切削区摩擦的有效方法,切削液在切削过程中起到润滑、冷却和清洗的作用,从而带走加工产生的热量,提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度,延长刀具的使用寿命,达到最佳的经济效果。

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    在拉削加工中,常用的切削液有:水溶液、普通乳化液、极压乳化液、矿物油、植物油、动物油、极压切削油等。其中,水溶液的冷却效果最好,极压切削液的润滑效果最好。

    合理地选择切削液,还需从工件材料、机床特性、刀具材料等方面综合去考虑。


    01
    工件材料

    不同的工件材料须采用不同的切削液,例如对于碳钢和合金结构钢,通常采用硫化矿物油、极压乳化液、极压切削油等;铸铁类常采用混合矿物油、煤油等;青铜、黄铜常采用混合矿物油;铜质采用乳化液;铝质常采用松节油+煤油、混合矿物油+煤油、粘性小的矿物油等;铸铝及铝合金采用混合矿物油、乳化液;不锈钢及耐热合金采用极压乳化液、极压切削油等。



    02
    机床特性

    从机床特性方面考虑,则需区分机床的驱动是伺服驱动还是液压驱动,如是伺服驱动无渗油风险,则先考虑工件材料选取切削液;如果是液压驱动,液压系统存在着渗油的风险,则在兼顾工件材料的同时,采用油性切削液较为适合。



    03
    刀具材料

    以高速钢为例:

    这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒(有的还含铝)为基础的高级合金钢,它们的耐热明显比工具钢高,允许的最高温度可达600℃。使用高速钢刀具进行低速和中速切削时,建议采用油基切削液或乳化液。在高速切削时,由于发热量大,以采用水基切削液为宜。若使用油基切削液会产生较多的烟雾,污染环境,而且容易造成工件烧伤,加工质量下降,刀具磨损增大。

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    以硬质合金刀具为例:

    用于切削刀具的硬质合金是由碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和5%~10%的钴组成,它的硬度大大超过高速钢,最高允许工作温度可达1000℃,具有优良的耐热性能,在加工钢铁材料时,可减少切屑间的粘结现象。在选用切削时,要考虑硬质合金对骤热的敏感性,尽可能使用刀具均匀受热,否则会导致崩刃。在选用切削液时一般油基切削液的热传导性能较差,使刀具产生骤冷的危险性比水基切削液小,所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液为宜。

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    在选用水性冷却液进行切削时,要注意均匀冷却刀具,在开始切削之前,最好预先用切削液冷却刀具。要用大流量切削液喷淋切削区,以免造成刀具受热不均匀产生崩刃,亦可减少由于温度过高产生蒸发形成和烟污染。

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    在拉削加工中,也融入了微量润滑技术,微量润滑MQL 是英文Minimum Quantity Lubrication 的缩写,是使压缩空气和特种润滑油进行混合,达到切削刀具加工的表面,对拉刀进行润滑和冷却的完整系统。MQL可以大大减少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之间的摩擦,起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用。


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    外置式微量润滑原理图


    但任何技术都有其局限性,相较于传统切削液,微量润滑在带走热量和排屑方面明显不如切削液。大流量的切削液不断地对夹具、工作台以及其他接触部位进行冲刷,带走加工过程中所产生的切削热,使机床、工作台及机床内部保持较低的温度,在冲刷的同时把切屑带走。而微量润滑在使用过程中由于油雾带走的热量较切削液则少得多。

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    近十几年来,由于刀具和工件材料的发展、拉削技术的不断提高,推动了切削液技术的发展。而随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强,对切削液技术提出了新的要求,它必将推动切削液技术向更高领域发展。

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