內(nèi)部液氮冷卻低溫切削加工全新技術(shù)
內(nèi)部液氮冷卻低溫切削加工全新技術(shù)（液氮冷卻低溫切削）
所謂液氮冷卻就是利用液氮進(jìn)行低溫切削加工，即利用液氮使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進(jìn)行切削加工的方法。氮?dú)馐谴髿庵泻孔疃嗟某煞郑旱鳛橹蒲豕I(yè)的副產(chǎn)品來(lái)源十分廣闊。使用液氮作為切削液，應(yīng)用后直接揮發(fā)成氣體返回到大氣中，沒(méi)有任何污染物，從環(huán)保方面看是一種有前途的切削掖替代品。
低溫切削加工的液氮冷卻有應(yīng)用方法（直接、間接）
液氮冷卻直接應(yīng)用之低溫切削加工即將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)。一般來(lái)說(shuō)由于刀具磨損嚴(yán)重，金剛石刀具不能用來(lái)加工黑色金屬。而美國(guó)一學(xué)者采用液氮冷卻系統(tǒng)對(duì)不銹鋼用金剛石刀具進(jìn)行車(chē)削加工，由于低溫抑制了碳原子的擴(kuò)散和石墨化，大大減少了刀具磨損，并取得了極好的加工質(zhì)量。液氮冷卻間接利用低溫切削加工主要是刀具冷卻法，即在加工中不斷地冷卻刀具，使切削熱快速?gòu)牡毒咛貏e是刀尖處被帶走，刀尖始終保持在低溫狀態(tài)下工作。美國(guó)林肯大學(xué)學(xué)者利用一種配備新型冷卻系統(tǒng)的刀具進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這種刀具是在車(chē)刀上部的方盒內(nèi)儲(chǔ)存液氮，由進(jìn)口輸人，從出口流出。試驗(yàn)表明使用液氮冷卻時(shí)車(chē)刀壽命提高數(shù)倍，磨損降低1/4并可獲得較低的表面粗糙度。
采用液氮作為冷卻劑這本身并不是一個(gè)新的創(chuàng)意，但目前的這項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)與以前的各種冷卻方法完全不同。液氮冷卻的其他應(yīng)用方式通常是將整個(gè)低溫切削加工工作區(qū)完全浸沒(méi)在液氮中，或者通過(guò)一個(gè)外部噴嘴向工作區(qū)進(jìn)行液氮噴霧。目前的冷卻方法可以最貼切地表述為最小量低溫切削。該方法讓液氮以較低的速度流過(guò)主軸和刀具的內(nèi)冷卻通道，與最小量潤(rùn)滑的情況比較類(lèi)似。但不同的是這樣做的目的不是潤(rùn)滑是冷卻，而且是極度深冷。
液氮冷卻超低溫切削技術(shù)的推出，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)主軸中心和刀柄中心在刀片切削刃部的微孔中釋放出液氮，刀具切削產(chǎn)生的熱量被液氮?dú)饣ㄒ旱姆悬c(diǎn)為-320℃）的瞬間帶走，尤其是在超硬材料加工和復(fù)合材料加工上會(huì)有更好的效果，切削速度可以大大提高，刀具壽命也可以大大延長(zhǎng)。
內(nèi)氮?dú)饫鋮s低溫切削加工新技術(shù)
在低溫切削加工系統(tǒng)中，溫度為-196℃的液氮通過(guò)主軸、刀柄和刀體內(nèi)部的管道流動(dòng)，然后通過(guò)在切削刀片中用放電加工方式加工的出口，到達(dá)距剪切面不到1mm處。以前的低溫切削加工系統(tǒng)都是通過(guò)管道將超冷液體從外部引到刀具或工件介面處，為了在切削難加工材料時(shí)提高切削速度和延長(zhǎng)刀具壽命；丹東天茂氣體提示您：在低溫切削加工系統(tǒng)中，溫度為-196℃的液氮通過(guò)主軸、刀柄和刀體內(nèi)部的管道流動(dòng)，然后通過(guò)在切削刀片中用放電加工方式加工的出口，到達(dá)距剪切面不到1mm處。低溫冷卻液對(duì)切削時(shí)產(chǎn)生的高溫具有超強(qiáng)冷卻能力，可以防止切削熱傳入刀具切削刃。主軸內(nèi)采用真空管道來(lái)絕熱，刀柄和刀體中的管道則采用了一種導(dǎo)熱率極低的材料。到達(dá)切削點(diǎn)時(shí)，最初加注的液氮仍有近50%保持液態(tài)。在將切削熱從刀具/工件介面處帶走后，原來(lái)的液體變?yōu)闅怏w（其中包含80%的氮?dú)猓┥⑷胫車(chē)目諝庵小榱朔乐咕植繀^(qū)域氮?dú)鉂舛冗^(guò)高，使氧氣含量減少，采用了多個(gè)感測(cè)器監(jiān)測(cè)周?chē)諝庵械牡獨(dú)夂?，如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境空氣品質(zhì)不安全，則會(huì)暫時(shí)關(guān)閉液氮流。
在低溫切削加工和鏜削時(shí)，每個(gè)切削刃每分鐘大約要消耗0.04升冷卻劑；而在低溫鉆削和攻絲中，冷卻劑的消耗量要少一些，因?yàn)榧庸r(shí)刀具被包圍在工件內(nèi)。液氮冷卻低溫切削加工與小量潤(rùn)滑配合內(nèi)冷卻低溫加工還可以與外部供液的最小量潤(rùn)滑技術(shù)合并使用，以減小刀具的摩擦與粘附。這是因?yàn)榈蜏丶庸さ哪繕?biāo)是減小由切削熱引起的刀具磨損，但并不能起到潤(rùn)滑作用，因此需要借助于潤(rùn)滑技術(shù)。潤(rùn)滑可以有效防止因刀具過(guò)熱和軟化而造成的磨損加快。
盡管這種低溫切削加工仍然處于開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)用該技術(shù)銑削蠕墨鑄鐵時(shí)可使硬質(zhì)合金刀具的切削速度提高60%，使聚晶金剛石刀具的切削速度提高3倍。通過(guò)外加潤(rùn)滑，可使硬質(zhì)合金刀具的切削速度提高到原來(lái)的3倍，但PCD刀具的切削速度在已提高3倍的基礎(chǔ)上未見(jiàn)再提高。這些切削試驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注切削速度的提高，而刀具壽命則保持在與采用常規(guī)冷卻液時(shí)相同的水準(zhǔn)上。在使用潤(rùn)滑時(shí)，PCD刀具的切削速度沒(méi)有進(jìn)一步提高的原因在于，與硬質(zhì)合金相比，PCD這種超硬材料更不容易磨損，而且能更有效地傳熱。當(dāng)以大約100m/min的切削速度加工有色金屬材料時(shí)，切削熱通常會(huì)使PCD分解為碳并失效。在低溫加工中，金剛石在更高的切削速度下仍能保持其性能穩(wěn)定。
除了蠕墨鑄鐵以外潤(rùn)滑還對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行了低溫加工試驗(yàn)。后在航空制造業(yè)將會(huì)有大規(guī)模的資金投入。作為使用越來(lái)越多的航空材料，鈦合金不僅切削性不好，而且傳熱性也很差，但我們用低溫技術(shù)加工獲得了非常不錯(cuò)的結(jié)果。
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