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金屬切削液的使用方法

 切削液的使用方法對(duì)刀具壽命和加工質(zhì)量都有很大影響,即使最好的切削液,如果不能有效地輸送到切削區(qū)域,也不能起到應(yīng)有的作用。因此選用以潤(rùn)滑為主的切削液時(shí)(如切削油),應(yīng)當(dāng)把它輸送到能在摩擦表面生成油膜的部位。相反,如果選用的切削液以冷卻為主(如水基切削液),就應(yīng)當(dāng)使切削液接近刀具的刃部。這種條件下通常要用壓力法強(qiáng)迫切削液進(jìn)入切削區(qū)域,從而把刀具、工件、切屑由于摩擦和變形所產(chǎn)生的熱量帶走。連續(xù)應(yīng)用切削液比間斷應(yīng)用切削液好,間斷應(yīng)用切削液會(huì)產(chǎn)生熱循環(huán),從而導(dǎo)致硬而脆的刀具材料(如硬質(zhì)合金刀具)產(chǎn)生裂紋和崩刃。間斷使用切削液除了縮短刀具壽命外,還會(huì)使工作表面粗糙不均勻。
    
正確使用切削液的另一個(gè)好處是有效地排除切屑,這也有助于刀具壽命的延長(zhǎng)。如適當(dāng)安放切削液的噴嘴,可防止銑刀和鉆頭的排屑槽被切屑堵死或排屑不暢。對(duì)于一些大工件的加工,或大進(jìn)給量的強(qiáng)力切削、磨削,采用二排或多排的冷卻液噴嘴,使之能充分冷卻,有利于提高加工效率,保證加工質(zhì)量。
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、手工加油法:
     
固體或膏狀潤(rùn)滑劑可以用毛筆、刷子將潤(rùn)滑劑涂或滴落到刀具或工件上(主要是攻螺紋、板牙套螺紋時(shí))。最近還研制出手提式供液器,通過加壓將潤(rùn)滑劑霧化,噴到刀具和工件上。
      
在沒有配量冷卻系統(tǒng)的機(jī)床上,如果鉆孔或攻螺紋的數(shù)量不多,用手工加油是有效的方法。當(dāng)在同一機(jī)床上要完成兩種不同加工時(shí),用手工油可以與機(jī)床上的溢流冷卻系統(tǒng)配合起來使用。
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、溢流法:
    
最常見的使用切削液的方法是溢流法。用低壓泵把切削液打入管道中,經(jīng)過閥門從噴嘴流出,噴嘴安裝在接近切削區(qū)域。切削液流過切削區(qū)后再流到機(jī)床的不同部件上,然后匯集到集油盤內(nèi),再從集油盤流回到切削液箱中,循環(huán)使用。因此,切削液箱應(yīng)有足夠的容積,使切削液有時(shí)間冷卻并使細(xì)的切屑及磨粒等沉降。視加工種類的不同,切削液箱的容積約為20-200L,個(gè)別加工則更大,如鉆深孔及強(qiáng)力磨削等,切削液箱可達(dá)500-1000L或更大。在集油盤內(nèi)應(yīng)設(shè)有粗的過濾器,防止大的切削進(jìn)入切削液箱,并在泵的吸油口裝有一個(gè)精細(xì)過濾器。對(duì)于磨削、衍磨和深孔鉆、深孔鏜等機(jī)床,由于加工的工件表面質(zhì)量要求高,必須去除更細(xì)的磨屑、砂輪顆粒和切削微粒,如槍鉆深孔加工,要用10um的濾紙進(jìn)行過濾。采用過濾設(shè)備可以避免切削液中含有過多的污染物或過多的金屬顆粒,有助于保持切削液的清潔和延長(zhǎng)切削液的使用周期。現(xiàn)代自動(dòng)化機(jī)床一般都設(shè)有切削液過濾、分離、凈化裝置。
    
用溢流法可使切削液連續(xù)不斷地流到切削區(qū)域并沖走切屑。切削液的流量要大一些,才能使刀具和工件被切削液所淹沒。除了向切削區(qū)提供適當(dāng)?shù)那邢饕和猓€要有足夠的切削液來防止不正常的溫升。在深孔鉆加工中,切削液箱如太小,切削液的溫升很快,當(dāng)油溫超過60℃時(shí),切削便不能繼續(xù)進(jìn)行,所以深孔鉆床一般都配有較大的冷卻油箱。
    
下面為美國(guó)機(jī)械加工切削手冊(cè)推薦的典型切削液用量:車削,切削液的流量19L/min;螺紋切削,直徑25mm切削液的流量132L/min,直徑50mm切削液的流量170L/min,直徑75mm切削液的流量227L/min;銑削,小銑刀切削液的流量19l/min(刀具),大銑刀切削液的流量227(刀具)L/min;鉆孔、鉸孔,直徑25mm的切削液的流量7.6-11L/min,大鉆頭鉆孔的切削切削液的流量 
     0.3-0.43L/min
(直徑/mm);深孔鉆削,外排屑型直徑4.6-9.4mm切削的流量7.6-23L/min,9.4-19mm的切削液流量19-64L/min19-32mm的切削液38-151L/min,32-38mm的切削液流量64-189L/min,內(nèi)排屑型7.9-9.4mm的切液流量19-30L/min,9.4-19mm的切削液流量30-98L/min19-30mm的切削液流98-250L/min,30-60mm的切削液流量250-490L/min,要求用精密濾網(wǎng),孔愈深直徑愈大,所用的流量也愈大(對(duì)同一系列中的鉆頭來說);套孔鉆削,外排屑型,直徑51-89mm的切削液流量30-182L/min,89-152mm的切削液流量61-303L/min152-203mm的切削液流量121-394L/min,內(nèi)排屑型60-152mm的切削液流量416-814L/min,152-305mm的切削液流量814-1287L/min305-475mm的切削液流量1287-1741L/min,475-610mm的切削液流量1741-2158L/min,要求用精密濾網(wǎng),在同一系列鉆頭中,直徑較大和孔較深的用較大的流量;衍磨,小孔的切削液流量11L/min(每孔),大孔的切削液流量19L/min(每孔),要求用精密濾網(wǎng);拉削,小孔的切削液流量
 
    38L/mm
(行程),大孔的切削液流量0.45L/mm(行程)*切削長(zhǎng)度;無心磨削,小工件的切削液流量76L/min,大工件的切削液流量151L/min,其他磨削(砂輪寬度/mm)的切削液流量0.75L/min,要求用精密濾網(wǎng)。

    
切削液流的分布方式直接影響到切削液的效率。噴嘴應(yīng)當(dāng)安置在使切削液不會(huì)因受離心力的作用而拋離刀具或工件之外的位置。最好是用二個(gè)或多個(gè)噴嘴,一個(gè)把切削液送到切削區(qū)域,而其他的則用于輔助冷卻和沖走切屑。
    
車削和鏜削時(shí)要求把切削液直接送到切削區(qū)域,使切削液覆蓋刀具的刃部和工件而起到良好的冷卻作用。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明,切削液的噴嘴內(nèi)徑至少相當(dāng)于車刀寬度的四分之三。
    
對(duì)于重負(fù)荷的車削和鏜削,需要有第二個(gè)噴嘴沿刀具的下側(cè)面供給切削液。較低噴嘴供給的切削液可以不受切削阻擋順利送到刀具和工件之間,有助于在低速時(shí)起潤(rùn)滑作用。
    
水平鉆孔和鉸孔時(shí),最好是通過空心刀具內(nèi)孔把切削液送到切削區(qū)域,保證刃部有足夠的切削液并把切屑從孔中沖出來。由于鉆頭的螺旋槽(為了排出切屑)要起到把切削液從切削區(qū)往外排出的作用,因此即使是立鉆,進(jìn)入切削區(qū)的切削液也很少,只有空心鉆頭才能解決這一問題。目前,我國(guó)大多數(shù)鉆孔都采用麻花鉆,切削液的進(jìn)入與排屑方向相反,所以切削液很難進(jìn)入刀刃上,影響了切削液的冷卻潤(rùn)滑效果,以致造成鉆頭容易燒傷,磨損嚴(yán)重,耐用度低。如何改善切削液的供給方法是值得研究的問題。
    
銑削時(shí)最好有二個(gè)噴嘴將切削液輸送到銑刀的進(jìn)刀和出刀側(cè),一個(gè)噴嘴流出的切削液被銑刀齒送到切削區(qū)域,另一個(gè)噴嘴流出的切削液則把切屑從刀具中沖出來。窄的銑刀用標(biāo)準(zhǔn)的圓形噴嘴即可,寬的刀具要用扁平的噴嘴,其寬度至少為刀具寬度的3/4,才能有良好的覆蓋率。
    
對(duì)于平面銑削,用有許多小孔的管子制成的環(huán)形噴液器較好。這樣可以把切削液送到各個(gè)刃口,使刀具完全浸在切削液中,起到均勻的冷卻作用。如果經(jīng)常用某種特定尺寸的端面銑刀,最好是帶有扇形的環(huán)形噴射器,其開口處的曲線與刀具的半徑相配。
    
磨削時(shí)采用低壓大流量的磨削液,一般可以收到良好的效果。但流量過大時(shí),將會(huì)產(chǎn)生不必要的噴濺,特別是對(duì)消泡性能較差的合成切削液,更易引起磨


削液的溢出,可以采用安裝防濺板和加入消泡劑的辦法解決。
    
磨削時(shí)如用一般噴灑方法效果就很差,在磨削熱向整個(gè)工件擴(kuò)散之前磨削液幾乎不能帶走什么熱量,這是因?yàn)樯拜啽砻嫠俣群芨?,圍繞砂輪的表面上始終帶有一層空氣膜,有礙于切削液滲透到切削區(qū)域。應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一種特殊的噴嘴,迫使切削液通過空氣膜送到砂輪上,這種噴嘴應(yīng)當(dāng)盡量靠近工件,以防因砂輪離心力的作用而使切削液完全流失掉。另外一種克服砂輪上產(chǎn)生空氣膜的方法是靠近噴嘴安裝一塊擋板以阻斷空氣流,這樣可在砂輪與工件的交接面之間形成部分真空而吸入磨削液。
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、高壓法:
    
對(duì)于某些加工,如深孔鉆和套孔鉆削,常用高壓(壓力為0.69-13.79MPa)切削液系統(tǒng)供油。深孔鉆用的是單刃鉆頭,與鏜孔相似,只是鉆頭內(nèi)部有切削液的通路。套孔鉆削是一種在工件上鉆一個(gè)圓柱形孔但留下一個(gè)實(shí)心圓柱體的鉆孔法。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)入工件時(shí),鉆出的實(shí)心圓柱體就通過空心的圓柱形刀頭,用壓力泵把切削液送到刀具周圍,迫使切屑從刀具中心流出。套孔鉆削用的切削液必須有良好的極壓性和抗燒結(jié)性,粘度應(yīng)當(dāng)很低,才能在刀具周圍自由流動(dòng),還應(yīng)具有良好的油性,以降低刀具與工件,刀具與切屑間的摩擦系數(shù)。

深孔鉆削的主要問題是如何在切削區(qū)域維持足夠的切削液流量。一種辦法是利用鉆屑槽作為切削液的通路,切削液壓力為0.35-0.69MPa,經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)的密封套流入鉆頭,然后直接進(jìn)入切削區(qū),從孔中流出來的切削液幫助排除切屑。在深孔鉆削時(shí),采用油孔鉆與溢流法相比是一個(gè)大的進(jìn)步,鉆頭壽命和生產(chǎn)率都有較大幅度的提高。
    
高壓法有利于切削液到達(dá)切削區(qū)域,有時(shí)也在其他機(jī)床上使用。磨削使高壓噴嘴有利于砂輪的清洗。
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、噴霧法:
    
切削液可以用氣載油霧的形式噴到刀具與工件上。切削液經(jīng)一個(gè)小的噴嘴,使用壓力為0.069-0.552MPa的壓縮空氣將切削液分散成很小的液滴噴入切削區(qū)。在這種情況下,用水基切削液比用油基切削液好些,因?yàn)橛突邢饕旱挠挽F污染環(huán)境,有礙健康,且易于集成較大的油滴。噴霧法最適合于切削速度高而切削區(qū)域低(如端銑)的加工。選用冷卻性能好的切削液,細(xì)小的液滴與熱的刀具、工件或切屑接觸,能迅速蒸發(fā)把熱帶走。噴霧冷卻不需用防濺板、集油盤和回油管,只用很小的球形,而且工件是干的,即使有一點(diǎn)油液也容易擦干。
   
用噴霧法有如下優(yōu)點(diǎn):1)刀具壽命比干切削長(zhǎng);2)在沒有或不宜使用溢流系統(tǒng)時(shí),可用它來提供冷卻作用;3)切削液可以到達(dá)其他方法無法接近的地方;4)在工件與刀具之間,切削液的流速高于溢流法,冷卻效率按同體積的切削液計(jì)算,比溢流法高出許多倍;5)在某些條件下可以降低成本;6)可以看見被切削的工件。噴霧法的缺點(diǎn)是冷卻能力有限,并且還需要通風(fēng)。
   
噴霧裝置有三種方式:1)吸引式,其原理與家用噴霧器一樣,主要利用細(xì)腰管原理,壓縮空氣把切削液吸引出液罐而混合霧化于氣流中。它有一個(gè)通壓縮空氣的管和另一個(gè)虹吸切削液的管,并聯(lián)接于混合接頭上,它適合于低粘度切削油和乳化液的噴霧。2)氣壓式(加壓法),其原理是切削液裝于密封液筒內(nèi),用0.2-0.4MPa的壓縮空氣加壓,當(dāng)電磁閥打開時(shí),切削液就被壓出,通過混合閥與壓縮空氣氣流混合霧化。這種裝置適合于水基合成液和乳化液的噴霧,但水溶液和乳化液中不得含有脂肪油或懸浮的固體物質(zhì)。霧化混合比可由混合閥和調(diào)壓閥調(diào)整。3)噴射式,其原理是用齒輪泵把切削液加壓,通過混合閥直接噴射壓縮空氣氣流中使其霧化。這種裝置適用于將透明冷卻水和低粘度切削油霧化。
    
噴霧化可應(yīng)用于端銑、車削、自動(dòng)機(jī)床加工、數(shù)控機(jī)床加工。帶有電磁閥控制的噴霧裝置適用于在數(shù)控機(jī)床上攻螺紋、鉸孔。
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、制冷液體降溫法:
     
制冷液體降溫法種類很多,如氮、氬、二氧化碳等氣體均可壓縮成液體放于鋼瓶中,氟昂氣體可用機(jī)械裝置壓縮成液體,使用時(shí)放出,經(jīng)過調(diào)節(jié)閥,由噴嘴直接注射于切削區(qū),靠氣化吸熱來冷卻刀具、工件和切屑。這種方法冷卻效果非常好,適用于不銹鋼、耐熱鋼、高強(qiáng)度合金鋼等難加工材料的切削加工,可以大大提高刀具耐用度。
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、切削液的集中供給系統(tǒng):
   
對(duì)于大、中型機(jī)械加工廠,在可能的情況下,都應(yīng)當(dāng)考慮采用集中循環(huán)系統(tǒng)為多臺(tái)機(jī)床供應(yīng)切削液,但必須各臺(tái)機(jī)床是采用同一種切削液。幾臺(tái)磨床可以用聯(lián)結(jié)在一起的輸送系統(tǒng)處理磨屑。集中處理被切削液潤(rùn)濕的細(xì)切屑和磨屑,可以減少人力處理,改善勞動(dòng)條件。
   
切削液集中供給系統(tǒng)可使工廠更好地維護(hù)切削液。切削液集中在一個(gè)大池中,通過定期抽樣檢查,按照檢查結(jié)果定期補(bǔ)充原液或水,便于控制切削液的濃度??梢詼p少抽樣檢查的次數(shù),從而進(jìn)行更多項(xiàng)目的檢查,保證切削液在使用期的質(zhì)量。同分開設(shè)置的許多單獨(dú)的多切削液供給系統(tǒng)相比,由于切削液的維護(hù)工作減少,成本也相對(duì)降低。
   
集中供給系統(tǒng)最主要的優(yōu)點(diǎn)是能通過離心處理的方法,可有效去除切削液中的浮油和金屬顆粒,同時(shí)也去掉了切削液中的一半的細(xì)菌(因?yàn)榧?xì)菌很容易在切削液的漂浮油與金屬顆粒之間的界面上生長(zhǎng))。連續(xù)去除這些臟物,定期檢驗(yàn)質(zhì)量并根據(jù)這些檢查結(jié)果,有計(jì)劃地使用添加劑或加入原液,這都是使集中系統(tǒng)十分有效地延長(zhǎng)切削液使用壽命的重要因素。這樣也減少了水溶性切削液的廢液處理