液氮冷却在切磨削加工中的应用(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:1

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一般来说，由于刀具磨损极其严重，金刚石刀具不能用来加工黑色金属。美国一学者采用液氮冷却加工系统对不锈钢用金刚石刀具进行车削加工，由于低温抑制了碳原子的扩散和石墨化，大大减少了刀具磨损，并取得了极好的加工质量，其表面粗糙度达到Ra25nm。

磨削加工时会因磨削区高温常常对工件表面造成热损伤，如烧伤、微裂纹等。为有效解决这些问题，印度工学院S.Paul对液氮超低温磨削五种常用钢材进行了研究，结果表明：正确合理地使用液氮冷却，可有效控制磨削区温度，使磨削温度保持在材料发生相变温度之下而不发生磨削烧伤；并且在材料塑性增大和就较大进给量情况下，这种效果更加显著。

对于非金属材料和复合材料的液氮冷却切削加工，国外也开展了广泛研究。如KFRP(Kevlararamind fiber reinforced plastics)一种高强度/重量比、耐疲劳的复合材料，用传统切削方法加工非常困难，限制了这种材料的使用。新西兰学者对其进行超低温冷却加工，使用液氮不间断冷却(0.4～0.5l/min)，极大的改善了这种材料的切削加工性，不但获得了满意的加工表面质量，还在很大程度上延长了刀具寿命。采用低温切削热固性塑料、合成树脂、石墨、橡胶和玻璃纤维等材料时也均显示出良好的切削性能。

由此可见，在有关法规越来越严格，切削液使用和处理费用日益升高的情况下，液氮确实是一种未来切削加工中比较有效和经济的切削液替代品。

2. 液氮冷却的间接利用

主要是刀具冷却法，即在加工中不断地冷却刀具，使切削热快速从刀具上、特别是刀尖处被带走，刀尖始终保持在低温状态下工作。美国林肯大学的学者，利用山特维克公司生产的一种配备新型冷却系统的CBN(PCBN)刀具进行试验研究，这种刀具是在车刀上部的方盒内储存液氮，由进口输入，从出口流出。试验表明，液氮冷却时，车刀切削寿命延长10倍，磨损降低1/4，并可获得较小的表面粗糙度。

还有一种特殊的间接利用方法为喷气冷却。日本一些学者研制出喷气冷却系统，系统使用的冷却气体是由液氮在热交换器中冷却过的，其温度低于-50℃。冷却气体直接喷射于磨削点。实验发现磨削后工件材料的残余压应力比使用磨削液磨削要大，而且残余压应力的分布区域也变宽了。而残余压应力可提高零件的抗疲劳寿命，对一些零件，如飞机零件等十分重要。采用固体润滑剂处理过的CBN砂轮，或加工中添加极少量(10l/h)的超精植物油，可在加工中起到较好的润滑作用。

三、结论

利用一些钢铁材料的低温脆性，进行液氮低温切磨削加工，可提高其切削加工性，提高加工质量。

把液氮作为切削液直接应用，可显著降低切削温度，提高加工精度和表面质量，延长刀具(砂轮)使用寿命，液氮是一种未来切磨削加工中比较有效和经济的切削液替代品。

使用液氮冷却低温(超低温)加工，解决了一些难加工金属材料、非金属材料和复合材料的难加工问题。

利用液氮冷却切磨削加工时，需使用一些润滑剂解决切屑形成过程中润滑性差的问题；同时工件上新生的金属表面具有极强的化学活性，暴露在空气中均会很快生锈，因此，还需使用一些防锈剂来防止工件、机床生锈。 (

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