VA5／CK1480机床刀具冷却系统研究-.pdf

拦旦 主 持i 麓垩 垒 V A S ／ C K 1 4 8 0 机床刀具冷却系统研究 北方华安工业集团有限公司 黑龙江齐齐哈尔1 6 1 0 4 6 薛志馨李金富 进入2 1 世纪 ，在制造业实施绿色制造 已势在必 行。切削加工作为制造业重要而应用广泛 的加工方 法正面临新的挑战 ，在此背景下，绿色切 削加工技 术应运而生。 干式切削、低温切削、绿色湿式切 削等绿色切 削技术将是未来绿色制造业的重要组成部分 。 在传统的切削加工 中，需要使用大量切削液浇 注在切削区，以起到冷却、润滑、清洗 、排屑及防 3 ． 结构验证 为验证该机械增力夹紧丝杠的可靠性 ，我们分 别进行 了保压试验 、振动试验。即将大丝杠套初 始力2 8 k N，扭矩小于 1 6 0 N m；再采用小于2 2 N m 扭矩扳 手转动小 丝杠 ，使楔块 位移 ，夹 紧力达 到 1 7 0 k N时 ，保压4 8 h ，测量 压力值 基本保 持不变 ； 当继续转动小丝杠，使楔块位移达到满行程 ，夹紧 力达2 4 0 k N 时 ，保压4 8 h 后 ，压力值为2 3 7 k N，压 力减小幅度为1 ． 2 5 ％；为了进一步验证丝杠的增力 效果 ，我们又经过 多次装夹保压及振动试验 ，测量 压力值最小时为2 3 5 ． 4 k N，压力减小幅度为1 ． 9 ％。 小丝杠 增力倍 数为8 ． 6 倍 ，机械增 力丝杠 的增力效 果接近理论设计计算值。 4 ． 结论 我公司研制的双作用机械增力夹紧丝杠 ，用于 各类机床的平面卡盘和表面卡盘 。这一增力夹 紧丝 杠可使卡爪产生大夹紧力 ，弥补 了液压增力卡爪夹 紧力保持性差的缺 陷，而且起动力矩小 ，操作步骤 简单 ，大大提高 了装夹 工件 的效率 ，是重型车床， 尤其是各类数控重型机床理想的夹紧机构。MW 收稿 日期2 0 1 2 0 7 0 3 5 0 脚 参磊 籼工 锈等作用。随着人类社会对环境保护的高度关注， 使用切削液所带来的负面影响已不容忽视 。这些影 响主要表现 在 ①大 量使用切 削液增加 了制造成 本。在欧洲汽车制造业 ，切削液的成本 占总制造成 本的1 6 ． 9 ％，而 刀具成本仅 占总制造成本的7 ． 5 ％。 ②切削液 中含有矿物油及硫 、磷 、氯等对环境有害 的添加剂 ，如排放前未经处理或处理不当 ，则会对 环境造成污染。③切削液对操作工人的健康造成威 胁 ，会诱发多种皮肤病和呼吸道、肺部疾病 。 我公司在某产品加工生产 中，粗加工工序使用 的是V A5 程控液压仿形车床 II V A5 ／ C K1 4 8 0 数控车 床 ， 目前该 系列机床加工 属于典型 的干式切 削加 工。加工中主要存在刀具使用寿命低、成本消耗 大 、生产效率低 、粉尘大等缺点。 V A 5 系列机床的干式切削加 工是不采用任何切 削液的加工方式。它虽然从根本上消除 了湿式加工 易造成环境污染的弊端 ，但 它具有温度高 、切 削力 大 、刀具磨损严重等缺点 ，且受上道工序毛坯制造 加工的影 响，弹体加工余量较大 ，毛坯外表面有大 量氧化皮 ，致使在粗加工外形 中，产生大量粉尘 ， 造成一定的污染。 由于干式切削的温度比湿式切削高得多，为实 现 干式切 削 ，要求 刀具 材料 必须具 有较 高的红硬 性 、耐磨性 、热韧性和热化学稳定性 ，并且切屑、 工件与刀具之间的摩擦系数应尽可能小。刀具结构 应便于排屑，刀具 强度和冲击韧度要高 。 目前适用 于干式切削的刀具材料有超 细颗粒硬质合金、金刚 石 、立方氮化硼、纳米涂层 Na n o c o a t i n g s 硬 质 合金等。 我公 司使用 的刀具 多数为P VD、C VD涂 层硬 质合金 ，采用完全不使用切削液的干式切削加 工方 式 ，刀具寿命低、成本消耗量大 。 1 ． 技术原理 采用MQ L 技术进行 “ 汽束”喷雾冷却加工。 V A5 机床 承 担我 公司全 部 的某产 品粗加 工 任 务 ，客观 因素决定了所使用的刀具 寿命并没有得到 最大实现 ，从而制约了刀具成本及生产效率的进一 步提高 。 为 了改变 刀具寿命低、成本消耗大、生产效率 低、粉尘大等缺点。拟采用气体混 合微量润滑剂代 替切 削液的准干式切 削进行加工 ，其使用的是 最小 量润滑 Mi n i m a l Q u a n t i t y L u b r i c a t i o n ，MQ L 技 术 ，其原理如附图所示 。最少量润滑技术是指在切 削中 ，切削工作处在最佳状态下 即不缩短刀具使 用寿命 ，不降低 已加 工表面质量 ，切削液的使用 量达到最少。 MQ L 冷却技术基本原理 1 冰 管 2 ． 节气阀 3 ．汽阀 4 、6 、9 ． 管道 5 ． 气液混合室 7 ．喷嘴 8 ． 集液箱 l O ． 箱盖 1 1 、1 2 ． 过滤器 1 3 ． 储 液箱 “ 汽 束”喷 雾的形成 ，是 以一定压 力 0 ． 3 ～ 1 ． 0 MP a 的空 气使切 削液雾化 ，并 以很高的速度 喷 向切削 区域 ，使在该 区域高温下呈雾化状的切削 液 滴很快 气化 。 由于 液体在 气化时 会吸收大 量热 量 ，因而可使切削区域 内的温度大幅度下降 ，同时 切 削液还能带走切 削区域和空间的热量和粉末 ，改 善作业环境。 采用MQ L 技术的准干式切削具 有既可避免纯湿 式加工带来的弊端 ，又可减少纯干式切削温度、降 低刀具磨损等特点。并且采用准干切削加工后，刀 具 、工件和切屑都保持干燥 ，可以大大减少刀具与 工件摩擦 ，抑制温升 、降低 刀具磨损 、防止粘连和 提 高工件加工质量 ，降低对环境造成污染。 MQ L 冷却技术的关键在于能否把切削液充分雾 化。该项技术在国内许多公司使用过 ，曾经在钻床 及铣镗床上试 用过 ，效果 比较明显 。 我们在借鉴它们成熟方法的基础上进行改造 ， 以适合V A 5 机床加工需求。在V A 5 机床上增加一个 喷雾冷却 系统 ，利用钢管将高压切削液喷射到切 削 区域 ，可实现冷却与润滑效果 ，从而达到提高刀具 寿命及生产效率 ，清洁环境的作用。为了控制喷出 的切削液流量 ，在管道6 上安 装了切 削液流量调节 阀 ，则切削液 的流量可以任意调节 。 2 ． 创新点 在传统的金属切 削加工中 ，为了提高生产效率 及刀具寿命 ，就 必须减少刀具与工件、刀具 与切屑 之间的摩擦 ，及时带走切削区内因材料变形而产生 的热量 。要达 到此 目的 ，一方面是利用高硬度、耐 高温 的刀具材料 ；另一方面是采用优 良的切削液 ， 通过其冷却、润滑效果实现刀具寿命的延长。 受机床本身结构特点限制，V A 5 系列机床无法 实现全面冷却要求 ，因此 ，采用MQL 技术进行加 工 ，它介于湿式切削与纯干式切削之 间，就是利用 高压空气将少量 的切削液 雾化后形成“ 汽束”喷到 切削区域内 ，从而产生冷却、润滑及清理作用。该 种方式切削液耗量小 ，残 留的微量液体可全部为切 屑带走 ，无需 回收 ，工作环境清洁。 3 ． 经济及社会效益 目前 ，该系统 已在V A5 ／ C K1 4 8 0 机床上应用多 年 ，建议在其他钻床及铣镗床上推广应用。通过某 产品粗加工试验数据表明，使刀片的平均寿命提高 了2 7 ． 5 ％，以加工万件产品计算 ，可节约 刀片6 O 余 块 ，每片刀块单价为4 3 8 ． 7 5 元，大约可节约2 ． 5 万元 刀具费用 ，大大 降低 了加 工成本 ；同时也节省了更 换 刀具等辅助时 间，进而提高 了劳动生产效率 ；减 少粉尘 ，改善 工作环境 ，体现 了以人为本的绿色加 工。MW 收稿 日期 2 0 1 2 0 8 0 1 提示 欢迎读者朋友们针对我刊文章提 出 自己的见解 与评价 ，或将 您希 望看 到 的内容 发给我们 。 邮 箱 L B 1 9 5 0 1 2 6 ． c o m 本刊编辑部 参磊 5 1