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加工中心、高速切削刀具冷却技术 - 加工中心

加工中心高速切削时的切削速度是传统切削速度的5~10倍,主轴转速高达万转甚至十万转每分钟,切削效率高,且切削力降低,适合加工周详零件。但高速切削会产生大量切削热,会影响刀具寿命和加工精度。影响切削温度的主要因素有切削参数(切削速度、切削厚度和刀具前角)、刀具与工件的导热性能以及刀-屑、刀-工件的摩擦系数等。切削热包罗切削层金属的剪切变形热、切削底层金属的摩擦挤压变形热和已加工表面上的摩擦挤压变形热,切削发生塑性变形所消耗的功率主要转化为热量,进而形成切削加工热。加工中心在高速切削过程是一个复杂的动态过程,包含弹塑性变形、大变形和高应变率以及很高的切削温度和复杂的摩擦条件。以弹塑性大变形阐发为基础,采用热-应力耦合阐发和热弹塑性阐发等有限元数值模拟方法将会促进对高速切削过程热行为的研究。基于三维的热有限元建模,针对不同刀具材料、不同加工方式和冷却方式的刀具切削性能的阐发将是未来研究的重点。在刀具冷却技术方面,目前提出了先机的带冷却液通道的刀具。在冷却液方面,水基液的冷却效果良好。针对不同冷却液有很多研究人员通过尝试改良冷却液成分,以其得到更佳的冷却效果。冷却液的渗透性和加注方位与流量是影响冷却液效果的两个要害因素。国表里研究了采用超声波处理等技术提高冷去液渗透性来提高冷却效果。为了使用最少的冷却液实现最佳的冷却效果,研究了加注方位和流量的影响。目前,精工机床在干式切削、液氮冷却切削、水蒸气冷却切削、气体射流冷却切削、低温风式冷却切削以及最小量润滑切削等几种绿色切削冷却方式日益受到人们的重视。上述冷却方式在成本、实现难易程度上各有不同,多种方式还处于理论机理研究和尝试研究的阶段,应用不多。设计者应权衡利弊,针对特定机床与环境选择恰当的冷却方式,但总体来说,绿色切削技术可以提高刀具使用寿命及加工质量,且对环境无污染,对人体健康无害,在实际应用中取得了良好效果,是金属切削加工领域今后的成长标的目的。目前,高速(超高速)干式切削技术和开发无污染的生态切削液是绿色切削技术的成长重点。
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