亚干切削技术的探究与应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：后者，“最小”“最大”的概念由“适量”所替代，这既说明随着研究的深入，人们认识问题不断进步的过程，同时说明在亚干切削技术领域有许多未知问题等待人们去认识。亚干切削包括最小润滑技术、低温微量润滑切削、保护气微量润滑切削技术等。亚干切削中采用冷空气射向切削区，首先降低切削区的切削温度，使润滑介质能更好地发挥润滑作用，使冷却介质更好地强化换热。

如前所述：完全干切削对机床结构、刀具材料、工艺条件都有相对严格的要求，因而使得完全干切削的实施变得困难，应用范围受到限制：湿式切削既不利于环境保护，又使生产成本上升：如果将干切削与湿式加工两者的优点相互结合，既可满足环境保护和加工要求，又可以使与切削液及其处理相关费用降至很低，取得甚至超过湿式切削的效果。在一般意义，通常将这种介于湿切削与干切削之间的加工技术称为亚干切削（Sub－dry Machining）。亚干切削包括最小润滑技术（Minimal Quantity of Lubricating，MQL）、低温微量润滑切削（冷风切削）、保护气微量润滑切削技术等。

亚干切削在本质上和传统的金属切削理论是一致的，建立在力学基础上的传统金属切削理论基本上都可以用于研究亚干切削，都是在切削中使用硬度远大于工件材料硬度的刀具，通过刀具对被切削材料的作用，在挤压、滑移、剪切等过程中完成切屑与工件的分离，切削过程中切削热、切削力、切屑变形变化规律、刀具磨损等特征量都深刻反映切削过程的状况，使用任何减少切削热、降低切削力、降低切削温度的方法和工艺措施，都能有效地改善切削过程状况，提高切削效率，提高被加工工件的加工质量。

亚干切削和完全干切削不一样，它对机床和刀具没有许多特殊要求；尽管机床和刀具的特殊设计对亚干切削有很多益处，但亚干切削并不是非它不行；在工艺上，亚干切削追求的是在湿切削同等甚至不及的条件下，通过工艺进步、有限的设备改造、刀具革新等手段，来达到湿切削能加工、尚不能加工以及不能企及的高生产效率、低成本和高加工质量之目的。这也是亚干切削研究和应用的宗旨和生命力。

作者最早提出亚干切削的定义是：以气体射流为动力，给予最小润滑（满足最基本润滑条件），最大冷却（有限的冷却介质达到最大的冷却效果），去冲刷切削区，提高切削效果——亚干切削（磨削）加工冷却方式或最小润滑、最大冷却技术。近期对该定义又完善为：基于绿色，拟以一定压力的冷风射流为动力、运载适量冷却及微量润滑介质，形成汽化对流强化换热和微润滑的多流体耦合冷却切削技术。前者最小润滑、最大冷却技术是一个目标，如何达到呢？这就需要研究。后者，“最小”“最大”的概念由“适量”所替代，这既说明随着研究的深入，人们认识问题不断进步的过程，同时说明在亚干切削技术领域有许多未知问题等待人们去认识。

亚干切削包括最小润滑技术（MQL）、低温微量润滑切削（冷风切削）、保护气微量润滑切削技术等。从定义范畴讲：冷却及微量润滑介质中的介质并非仅指切削液、润滑油，可泛指具有冷却及微量润滑作用、能用于该工艺过程中的一切介质；气体可以是空气也可以是其他气体，可以是高温至低温区间任一适宜的温度；当该工艺过程中仅有微量润滑介质时，又可称为最小润滑技术，可以说最小润滑技术是亚干式切削技术中的特例。

在一般干切削中，切削温度较湿切削加工要高得多，润滑油极易挥发，切屑与刀具前刀面之间的正压力也使润滑油难以真正进入切削区，切削过程中不仅有外摩擦，还有被切削材料变形所消耗的功转变成热量，这些因素并非润滑所能解决。亚干切削中采用冷空气射向切削区，首先降低切削区的切削温度，使润滑介质能更好地发挥润滑作用，使冷却介质更好地强化换热。即：一方面气流的压力作用容易进入切屑与刀具表面之间；另一方面，低温有利于在两种材料的摩擦表面维持润滑油的润滑作用；三是冷却介质的沸腾汽化可进一步降低切削区温度，有利于保持刀具硬度，减小工件热变形，减小刀具磨损。诸多方面的效果更加有利于切削过程向增大切削效率，提高工件尺寸稳定性和提高工件表面完整性方向发展。

亚干切削技术的探究与应用

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