刀具高压冷却液直喷系统介绍分析.docVIP

刀具高压冷却液直喷系统介绍分析 人们对当前的刀具冷却液输送系统抱有极高的期望，希望它不仅用于金属切削过程的冷却。当我们选择或者被迫使用 冷却液时，考虑的重点是其功效以及能否释放潜在生产力。先进的刀具冷却液输送系统必须提供有效的切屑控制，尤 其在车削加工应用中更是如此。 　　 　　众所周知，使用冷却液是为了散热和增加润滑（减少摩擦）。一般情况下，冷却液只简单地浇注到加工区域。为 真正发挥冷却液效用，快速带走切削区的热量，精确地将高压冷却液流直接喷向所需的区域更为有效。金属切削过程 中的冷却挑战是在加工过程中，冷却液应用与生产率要求间存在交汇点，其中最突出的例子来自航空航天材料，如加 工钛合金Ti6Al-4V。Ti6Al-4V有较低的热传导性和较小的弹性模量，特别适于制造喷气发动机上高强度、耐热且轻质 的部件。然而，由于能采用的切削速度通常很低，切屑难以控制，且切削刀具的寿命相对较短，无法折断的长切屑还 会导致切屑堵塞、后续的刀具失效，因而加工成本极高，最糟糕的是甚至会损坏昂贵的部件。此外，切屑还会影响表 面粗糙度，使零件报废。 　　 　　在金属切削过程中所产生的如同鸟巢般盘根错节的切屑会造成生产率严重下降，使机床几乎不可能在熄灯操作中 无看管地运行。当使用刀杆或刀架进行加工时，若传统的冷却液喷嘴不靠近切削刃，那这个缺点就更为明显。 　　 　　尽管目前高压系统已有显著改善，但多数制造商仍然使用浇注式冷却系统，即将大量冷却液直接浇在切削刀具和 所加工零件上以散热。由于灵活的冷却液喷嘴经常移动，导致冷却液不能精确地喷向切削区。另外，此类系统还缺乏 适当的压力控制。 　　 　　由于冷却液只是冲洗切削区，某个区域会因局部加热而形成一道蒸气隔离层，该蒸气层随后会隔离切削区并阻止 其散热。高压冷却系统却不同，能迅速散热，且有足够压力阻止这类蒸气隔离层的形成，因此能轻松应对这种情况。 　　 　　刀具的高压冷却液输送系统间也存在差异，其中一个最常见的差异是系统与切削区的距离，或系统冷却液喷嘴与 工件/切削刀具接触面的距离。有些系统喷嘴与切削区的距离太远，因此冷却液无法有效、准确地到达切削区的最佳位 置，导致无法获得最大效益；若装有冷却液喷嘴的系统与切削区的距离较远，则必须使用更大的压力以弥补距离的不 足。如果系统的冷却液喷嘴离切削区太远，可能需要增加泵的数量，但这样一来成本显然更高，因此选择使喷嘴更靠 近切削区的系统。当冷却液流入刀杆然后穿过导流器时，使用山高刀具的JetstreamTooling飞流系统，可使冷却液喷 嘴非常贴近切削区，在机床标准冷却液泵产生的压力下获得更好的效果，无需使用更多高压泵。 　　 　　高压直喷冷却液优点 　　 　　为克服现有冷却液输送系统的缺点，刀具冷却液输送系统开发商（如山高）一直致力于优化系统性能，主要通过 提高冷却液流喷向切削区的压力和精确度来实现系统优化。有些系统（如山高JetstreamTooling飞流刀具系统）非常 巧妙地在刀夹的旋转顶部压块（导流器）中放置了冷却通道，冷却液压力、流量和通道的小孔径均可促使猛烈的高速 冷却液流轻松穿透，并润滑紧靠切削刃后方的主要发热区域。 　　 　　我们发现，在非常靠近切削刃的位置放置一个冷却液“楔块”可以获得最佳效果。这意味着系统喷嘴将冷却液喷 流置于刀片前刀面切削区和切屑之间，有助于提升并折断切屑。必威体育精装版一代JetstreamTooling飞流刀具系统非常适合车 削、割槽和切断加工，它为刀杆提供两个冷却液出口，一个直接朝向前刀面，另一个朝向刀片后刀面（即第二发热区 ）。位于下方的冷却液出口可为切削刃下方区域提供最佳冷却，直接朝向刀片后刀面的冷却液出口是额外提供的，可 使刀具寿命延长10%，并改善表面粗糙度。 　　 　　当刀具冷却液输送系统提供出色的冷却和优化的切屑控制时，制造商可以实现持续运转，并实现无故障、无人值 守的加工。同样，还能提高车削速度和进给量，延长切削刀具寿命，改善零件的表面粗糙度，这些都归功于先进的切 屑控制。在某些情况下，车削速度和进给量可以提升一倍甚至两倍，刀具寿命也可延长一倍。这样，制造商能够以更 快的速度加工更多部件，从而提高生产率和盈利。 　　 　　山高在实验室对钛合金工件进行了测试，采用一般冷却液冷却时，切削速度为40m/min（130ft/min），进给量 为0.25mm/rev（0.01ipr），切削深度为2mm（0.08in），加工节拍为5min。将高压冷却液输送系统应用于该加工 时，测试结果发现，可提高切削速度至80m/min（260ft/min），加工节拍减半，且刀具寿命延长一倍。 　　 　　目前机床冷却液泵通常可提供20bar（290psi）至70bar（1000psi）的压力，此压力范围足够用于刀具的高压冷 却液输送系统，如山