静电冷却干切削技术的优化探讨

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：静电冷却干切削技术是由俄罗斯的“罗士技术”公司发明的，现已在30多个国家获得专利的静电冷却干切削生态净化工艺，它可以在许多情况下取代切削液。应用这种技术的结果表明：在机械工业和汽车制造业中，采用静电冷却干切削工艺可取得良好的技术经济效益。研究结果表明，采用静电冷却干切削加工，在工件表层会产生有利的压应力，在20μm深度内最大值为300～350MPa，压应力扩展深度达200μm。

静电冷却干切削技术是由俄罗斯的“罗士技术”公司发明的，现已在30多个国家获得专利的静电冷却干切削生态净化工艺，它可以在许多情况下取代切削液。该工艺曾在前苏联的几十家国防企业中使用，近期在美国、德国、日本、瑞士和其他国家的著名研究中心和公司成功地通过测试。由“罗士技术”公司直接参与的项目有：丹麦工业部的“干法静电冷却”、德国机床协会的“采用离子化空气冷却插齿加工”、北大西洋公约组织的“机械加工生态安全技术的开发”等。应用这种技术的结果表明：在机械工业和汽车制造业中，采用静电冷却干切削工艺可取得良好的技术经济效益。

静电冷却干切削能够增加工件塑性，改善切削性能，因此，在正确选择装置工作规范的情况下，可提高切削刀具的寿命和加工表面的质量，改善断屑性能，显著降低加工面表层的拉应力。

1.静电冷却装置

静电冷却干切削工艺原理是，将经过特殊类型小功率放电器处理过的空气送入切削区内，从而取代切削液。静电冷却装置的外形尺寸为240mm×228mm×85mm，质量不超过5kg，所需功率不大于25W（单相电网220V，50Hz）。

为了满足不同需求，静电冷却装置可配备各种不同类型的电离器。例如，带一个电离器的装置，在技术经济参数上最适用于大多数车削操作。如果采用大功率车削（3～5kW）或高速切削（＞200m/min），适用的装置应该具备两个电离器。它还适用于多种铣削操作，其中包括高速铣削，也适用于钻孔操作。带有多个电离器的装置，适用于铣齿、插齿以及多种铣削操作和其他切削加工。一个电离器消耗空气为1m³/h，压力为0.3～0.6MPa。对压缩空气没有任何特殊的要求。

2.静电冷却在切削过程中的作用

静电冷却在切削过程中的作用主要表现在：

（1）润滑功能润滑作用取决于工件和刀具初始表面产生强烈的氧化，并伴随形成具有润滑作用的薄膜。

（2）冷却能力空气流的直接冷却和被加工材料遭受破坏所需能量减少时，产生间接温升下降，在温升下降的后一种情况下出现列宾德尔效应。

（3）切屑断裂和导出能力干静电冷却进行加工时，对切屑形成过程的控制，不仅可通过改变切削参数和刀具几何角度来实现，也可通过改变干静电冷却装置的工作规范和该装置喷嘴相对于刀具和工件的位置来实现。在许多情况下，干静电冷却装置的空气流能够控制切屑导出过程。但将喷嘴位置相对于加工区域合理布置，虽然可达到刀具寿命的最佳效果，但却不能控制切屑的导出。

（4）对切削刀具材料的要求工业应用结果和测试证明，使用硬质合金、高速钢及立方氮化硼刀具加工时，静电冷却能获得很好的效果。使用其他冷却方法进行加工的刀具，静电冷却方法也有效果，而且不要求使用特殊的材料和涂层。

（5）对刀具几何角度和结构的要求切削刀具不应挡住进入切削区的空气流，应使喷嘴的布置距切削区不超过100mm。

（6）对机床结构的要求机床应保证静电冷却装置布置在靠近切削区，在许多情况下，必须安装防护装置，以便导出切屑和避免切屑落入机床内部。

3.静电冷却适应的加工材料与工艺

根据试验结果，静电冷却技术适应的加工材料与切削工艺见表4-21。

表4-21 静电冷却技术适应的加工材料与切削工艺

注：1为粗加工，2为精加工，3为精细加工，4为用车刀切螺纹，5为用丝锥攻螺纹，6为用板牙搓螺纹，7为用螺旋铣刀切螺纹，8为刨削，9为铣削，10为用螺旋铣刀加工。“＋”表示与使用切削液相比，刀具寿命相同或更长，“－”表示刀具寿命相当于使用切削液时的0.8～0.9倍，但是超过其他干加工时的寿命。

① D为加工孔的直径。

4.干静电冷却对表面残余应力的影响

零件在加工后，表层中残余应力的数值和符号对机器寿命的影响，在很多行业都是不可忽视的重要因素，这一点对航空工业尤为突出。大的拉应力会导致微裂纹的生成，并最终造成零件的破坏，压应力则能延长零件使用寿命。研究结果表明，采用静电冷却干切削加工，在工件表层会产生有利的压应力，在20μm深度内最大值为300～350MPa，压应力扩展深度达200μm。值得指出的是，切向残余应力是拉应力，在表面上或40～50μm深度范围内其最大值为200～400MPa。

静电冷却干切削技术的优化探讨

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