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不同冷却润滑条件车削高硬高强高耐磨淬硬钢的试验研究

更新时间:2009-03-28

0 引言

切削液在金属切削加工过程中具有关键作用.但是,切削液的大量使用也造成了很多负面影响,不仅造成空气污染,还给生态环境和人体健康带来了巨大的潜在危害.因此,有必要降低金属切削加工过程中切削液的使用量.干式切削和微量润滑加工技术可以很好的解决这个问题.

精密干式硬态切削[1]能得到与磨削相当的表面粗糙度,是最具应用前景的先进制造技术,该工艺技术具有高效率、低能耗、无污染等优点[2].

相比于传统大流量润滑加工,微量润滑加工不仅降低由切削液使用带来的成本,而且减少环境污染[3].

微量润滑加工的试验研究主要集中于研究微量润滑对切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形态、加工件表面粗糙度等的影响以及微量润滑的参数优化等[4-10].大量的研究表明,针对淬硬钢、高温合金、钛合金以及不锈钢等难加工材料的高速切削,与干式切削和湿式切削相比,微量润滑能够表现出更优良的冷却润滑性能[11-13].

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依据文献[14],选CBN含量50%的PCBN刀具为切削实验刀具, CBN的组成及成分如表1所示.装夹在刀杆上后PCBN切削刀具的有效几何参数见表2.

1 车削试验系统

车削试验系统由车床、复合喷雾冷却系统、测力仪、热像仪、表面粗糙度仪等组成,车削试验在兰州工业学院甘肃省高校绿色切削加工技术及其应用省级重点实验室进行,如图1~3所示.

分配阶段的用药错误是指发生在药品调剂流程中,由药师审核医师处方、调剂药品、护士对患者用药的动态过程中产生的用药错误[5]。分配阶段的用药错误主要是药师在调配处方时出现差错,其原因:处方识别错误、没有严格遵守操作规范和核对制度;调剂药品品种、剂型、规格、数量错误;药品名称混淆;药品外观混淆;药品分装错误;药品稀释错误;药品配伍禁忌;业务不熟、缺乏责任心等。

  

图1 车削试验系统

  

图2 车削系统局部放大图

  

图3 复合喷雾冷却系统

一座与太阳使用相同能源的核反应堆正在法国南部逐渐成形。天空新闻网得到特殊的机会进入马赛附近的实验基地一探究竟。这个项目在7年内完成,它将使氢原子融合到一起,并且在融合过程中释放大量的无碳能量。尤其值得注意的是,这个融合过程不会产生长期留存的放射性废料。

1.1 工件材料

采用6种不同冷却润滑方式:冷风(-20 ℃)、油雾、水雾、冷风+油雾(-20 ℃)、水雾+油雾、干式.

1.2 刀具组成性能以及几何参数

本文将在切削参数不变的情况下,研究淬硬冷作模具钢Cr12MoV(60±1HRC)在冷风(-20 ℃)、油雾、水雾、冷风+油雾(-20 ℃)、水雾+油雾、干式6种不同冷却润滑条件切削时对切削力、表面粗糙度、切削温度的影响规律.

 

表1 PCBN刀头的组成和性能

  

型号体积百分比/%粒度/μm黏结剂密度/(g/mm3)GE2100502TiN3.5

 

表2 PCBN刀具的有效参数

  

κr/°κr′/°γ0/°α/°α′/°λs/°rε/mm倒棱/(°)倒棱/mm75°15°-10°7°5°-4°0.8-15°0.1

1.3 切削参数及冷却润滑方式

切削过程中,切削参数不发生变化,选择切削参数为:车削速度v=140 m/min;进给量f=0.10 mm/r;切削深度ap= 0.10 mm.

图4描述了在实验过程中三向切削力均值的变化规律.如图4所示,在切削参数为v=140 m/min;f=0.10 mm/r;ap= 0.10 mm时,6种不同冷却润滑条件下,径向力FY最大,主切削力FZ次之,进给力FX最小;径向力FY的变化幅度非常大,而主切削力FZ及进给力FX的变化幅度平缓.在冷却润滑方式是油雾时,径向力FY达到160 N以上,而采用其它5种冷却润滑方式时,径向力FY稳定在110 N左右,径向力FY为油雾冷却润滑时的2/3.以水雾+油雾在冷却润滑时,主切削力FZ最大,达到103 N,而冷却润滑方式是冷风+油雾(-20 ℃)时,主切削力FZ最小,仅为78 N,采用其它4种冷却润滑方式时,主切削力FZ基本稳定在90 N左右.对于进给力FX而言,6种冷却润滑方式对其影响不大.切削力的分析表明:六种不同冷却润滑条件下的三向切削力大小顺序为:FY>FZ>FX,此为其切削时最明显的特性之一;采用油雾冷却润滑时,径向力FY最大,这是由于油雾颗粒并没充分进入屑-刀-工双界面接触区而导致其未起到润滑作用,油雾+冷风和油雾+水雾冷却润滑方式对于减小径向力FY效果明显;以冷风+油雾(-20 ℃)冷却润滑方式对主切削力FZ的减小效果明显优于水雾+油雾,说明在冷风作用下,油雾颗粒进入屑-刀-工双界面接触区,起到了充分的润滑作用;6种冷却方式对进给力FX影响较小.

试件材料采用冷作模具钢Cr12MoV,化学成分为C:1.55;Cr:11.25;Mo:0.45; Si:0.35;Mn:0. 35; S:0.025;P:0.025;V:0.20.车削试件直径为126 mm,长度为210 mm,槽宽6 mm,环宽10 mm.经热处理后得到硬度60±1HRC的车削试件.

2 试验结果与分析

2.1 切削力

其中气淬工作过程如下:托架升→到升位,加热室门开→到开位,料车进加热室→到加热室位,托架降→到降位,料车退装料位→到装料位,加热室门关→到关位,保温时间到(手动时需按出炉淬火按钮)→加热室门开→到开位,料车进加热室→到加热室位,托架升→到升位,料车退冷却位→到冷却位,托架降→到降位,加热室门关→到关位,冷却风扇开,淬火→淬火时间到,冷却风扇停,料车退装料位→到装料位。

  

图4 不同冷却润滑条件下切削力的比较(v=140 m/min;f=0.10 mm/r;ap= 0.10 mm)

2.2 表面粗糙度

图5描述了不同冷却润滑条件对车削表面粗糙度的影响规律.如图5所示,在切削参数不变条件下,干式和冷风冷却润滑条件下得到的表面粗糙度最小,分别为1.34 μm和1.49 μm;冷风+油雾(-20 ℃)冷却润滑条件下得到的表面粗糙度最大,达到1.76 μm,比干式和冷风条件下分别增加了0.42 μm和0.27 μm;而另外3种冷却润滑条件下得到的表面粗糙度在1.65 μm左右.以上分析表明:干式和冷风冷却润滑条件下可以得到比较小表面粗糙度;而使用微量润滑后,由于微小雾状颗粒的作用,使比较小的颗粒黏附在切削加工区,可能是导致表面粗糙度变大原因.

  

图5 不同冷却润滑条件下表面粗糙度的比较(v=140 m/min;f=0.10 mm/r;ap= 0.10 mm)

2.3 切削温度

在切削参数为v=140 m/min;f=0.10 mm/r;ap= 0.10 mm时,通过6种不同冷却润滑条件下高硬高强高耐磨淬硬钢Cr12MoV(60±1HRC)的车削试验,揭示了在冷风(-20 ℃)、油雾、水雾、冷风+油雾(-20 ℃)、水雾+油雾、干式6种不同冷却润滑条件对切削力、表面粗糙度、切削温度的影响规律.其结论如下:

  

图6 不同冷却润滑条件下切削温度的比较(v=140 m/min;f=0.10 mm/r;ap= 0.10 mm)

3 结论

图6为热像仪实时采集到的切削区温度场变化的规律.如图6所示,在切削参数不变条件下,干式和冷风冷却润滑条件下测得切削区的温度较高,而在采用另外四种冷却润滑条件时,切削区温度降低明显,尤其是在冷风+油雾(-20 ℃)时,温度更是降到最低.虽然由于热像仪反应时间滞后及切屑热量散发快等原因导致采集到的切削区温度可能偏低,但其变化规律真实可信.

使用车床(型号:CA6140)进行车削试验;微油雾及低温冷风装置为OoW129 复合喷雾冷却系统;三向切削力采用瑞士奇石乐Kister测力仪(型号:9257C);使用浙江大立科技股份有限公司生产的热像仪(型号:DM63-II)实时采集切削温度;选用日本三丰便携式表面粗糙度仪(型号:SJ-210)测量表面粗糙度.

1) 在6种不同冷却润滑条件下三向切削力,FY>FZ>FX,径向力FY的变化幅度较大,而主切削力FZ及进给力FX的变化幅度平缓;

2) 油雾冷却润滑时径向力FY最大,油雾+冷风和油雾+水雾冷却润滑方式对于减小径向力FY效果明显;冷却润滑方式是冷风+油雾(-20 ℃)对主切削力FZ减小效果明显优于水雾+油雾.

要组织开展相关监督检查,对无防伪标签或者虽有防伪标签但未加盖检疫员名章的检疫证明进行重点鉴别,视鉴别结果作相应处理。鉴别结果为假冒检疫证明的,对货主进行处罚并溯源;鉴别结果为真检疫证明但没有专用防伪标签或加盖检疫员名章的,对出证检疫员批评教育并进行责任追究。

3) 干式和冷风冷却润滑条件下可以得到比较小表面粗糙度;而采用微量润滑冷却润滑方式可能导致表面粗糙度变大.

4) 油雾、水雾、冷风+油雾(-20 ℃)、水雾+油雾4种切削方式可以有效降低切削温度.

参考文献

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沈建成,唐林虎,易湘斌,孙永吉,李宝栋
《兰州工业学院学报》2018年第02期文献

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