MQCL在不銹鋼加工中的斷屑機(jī)理分析

黃霜

摘要：本文在MQCL條件下及澆注式冷卻條件下對(duì)不銹鋼展開高速精車削實(shí)驗(yàn)，采集兩種冷卻條件下的切屑形態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析。研究表明，MQCL條件有效地改善了不銹鋼的斷屑能力，這是因?yàn)榈蜏亟档土瞬讳P鋼切屑的塑性，同時(shí)在強(qiáng)力的冷風(fēng)作用下，切屑受到較大的拉力而更容易折斷。

Abstract： In this paper， the high-speed finish turning experiments of stainless steel were carried out under mqcl and pouring cooling conditions， and the chip morphology under two cooling conditions was collected and analyzed. The results show that MQCL can effectively improve the chip breaking ability of stainless steel， which is because the plasticity of stainless steel chip is reduced by low temperature， and the chip is more easily broken under the action of strong cold air.

關(guān)鍵詞：MQCL;切屑形態(tài);斷屑機(jī)理

Key words： MQCL;chip morphology;chip breaking mechanism

中圖分類號(hào)：TG52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0084-02

0? 引言

近年來，奧氏體不銹鋼因其強(qiáng)度高、耐腐蝕性等優(yōu)異性能被廣泛用于航空航天、汽車、模具、輪機(jī)等不同加工領(lǐng)域中。但因奧氏體不銹鋼具有塑性和韌性大，切削溫度高，在切削加工中存在切屑不易折斷、易形成積屑瘤等問題，從而刮傷工件表面和纏繞、粘接刀具，導(dǎo)致工件表面光潔度差和刀具磨損大。低溫微量潤(rùn)滑（MQCL）是將壓縮后的高壓氣體冷卻再與極微量的切削液混合汽化后，形成霧狀的油汽混合物，噴射到加工區(qū)域，從而達(dá)到降溫冷卻和潤(rùn)滑的雙重目的[1]。低溫冷風(fēng)切削也屬于一種解決污染問題的綠色加工技術(shù)，通常采用-10～-30℃的冷風(fēng)強(qiáng)烈沖刷切削區(qū)。部分研究表明，低溫冷風(fēng)切削可以大大降低切削溫度，提高切屑脆性，改善斷屑能力，提高加工表面的質(zhì)量，適合不銹鋼、鈦合金等難加工材料的切削[2]。Radoslaw等學(xué)者研究了在MQCL環(huán)境下切削低碳鋼的切屑形態(tài)與加工表面質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)表明在MQCL環(huán)境下斷屑能力和加工表面質(zhì)量得到改善[3]。因此，研究在低溫微量潤(rùn)滑條件下奧氏體不銹鋼的斷屑機(jī)理具有重要意義。

1? 實(shí)驗(yàn)條件

①工件材料：選用奧氏體304不銹鋼，國(guó)內(nèi)牌號(hào)為0Cr18Ni9，其外徑為100mm，長(zhǎng)度為400mm。

②機(jī)床參數(shù)：此次實(shí)驗(yàn)機(jī)床選擇濟(jì)南第一機(jī)床廠CK6136i型號(hào)車床，i系列機(jī)床為整體式床座，使機(jī)床具有足夠高的阻尼特性、剛度以及強(qiáng)度，其質(zhì)量可靠、性能先進(jìn)、適應(yīng)性廣泛，能滿足高速加工時(shí)保證加工質(zhì)量和提高刀具壽命的需要。

③刀具參數(shù)：不銹鋼切削時(shí)因存在散熱條件差、加工硬化嚴(yán)重、易粘刀等問題，因此，不銹鋼切削刀具材料應(yīng)該具有良好的耐熱、耐磨性能和與不銹鋼親和作用小等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)采用刀具采用豐泰數(shù)控公司的GaoMeiKe系列涂層硬質(zhì)合金刀具。

④切削條件：本次實(shí)驗(yàn)基于自主搭建的低溫微量潤(rùn)滑切削系統(tǒng)，選取不同的冷風(fēng)溫度T、冷風(fēng)速度W、切削液流量Q及噴射角度a 對(duì)不銹鋼展開25組高速車削實(shí)驗(yàn)，其中冷風(fēng)溫度、冷風(fēng)速度、切削液流量分別選用五個(gè)水平，噴射角度選用前刀面（RF）、主后刀面（MRF）、副后刀面（SRF）三個(gè)水平，并以相同的切削參數(shù)開展?jié)沧⑹嚼鋮s對(duì)比切削實(shí)驗(yàn)，采集每一組切削試驗(yàn)的切屑形態(tài)。

2? 切屑形態(tài)對(duì)比分析

本文選取了澆注式冷卻組的切屑形態(tài)與低溫微量潤(rùn)滑條件下2組實(shí)驗(yàn)切屑形態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析。（圖2）

可以看出，在澆注式冷卻條件下，切屑連綿不斷，呈螺旋狀生長(zhǎng)，不能自動(dòng)斷屑，極易發(fā)生纏繞現(xiàn)象，從而劃傷工件已加工表面和使刀具受到破壞。當(dāng)前實(shí)驗(yàn)組表面粗糙度值Ra=2.838μm。這是因?yàn)椴讳P鋼塑性大，且加工過程中切削溫度高，使切屑材料軟化，當(dāng)前澆注式冷卻條件下，冷卻潤(rùn)滑效果不佳。同時(shí)，切削液流速低對(duì)切屑的沖擊力度相對(duì)較低，不能較好的助力于切屑脫離工件表面。

圖3為低溫微量潤(rùn)滑條件下的第16組切削實(shí)驗(yàn)切屑形態(tài)。當(dāng)前組冷卻參數(shù)為：冷風(fēng)速度W=11.5m/s，冷風(fēng)溫度T=10℃，切削液流量Q=300ml/h，噴射角度為前刀面RF，表面粗糙度值Ra=0.982μm。

從圖3中可以看出，切屑形態(tài)依然呈螺旋狀生長(zhǎng)，但長(zhǎng)度已降至10cm左右，基本能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷屑，與澆注式冷卻潤(rùn)滑相比斷屑情況明顯改善。這是因?yàn)楫?dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下冷風(fēng)溫度為10℃，能一定程度上降低切屑的塑形，提高切屑的脆性，并且當(dāng)前冷風(fēng)速度為11.5m/s，風(fēng)速較快，能夠?qū)⑶行伎焖俅惦x工件表面。

圖4為MQCL條件下第12組實(shí)驗(yàn)切屑。當(dāng)前組實(shí)驗(yàn)冷風(fēng)溫度T=0℃，冷風(fēng)速度W=5.5m/s，切削液流量Q=300ml/h，噴射角度為前刀面RF。表面粗糙度值Ra=0.972μm。

從圖4中可以看出，切屑長(zhǎng)度已明顯變短，相比第16組切屑長(zhǎng)度更為短一些，平均為4-5cm左右。這是因?yàn)楫?dāng)前實(shí)驗(yàn)組的冷風(fēng)溫度為0℃，切屑脆性得以進(jìn)一步提高，在冷風(fēng)的作用下更易被折斷。本組實(shí)驗(yàn)條件切屑形態(tài)說明當(dāng)前切削工況較好，斷屑能力得以提高。

3? 結(jié)語

本文通過對(duì)比分析澆注式冷卻條件下與MQCL條件下高速車削奧氏體不銹鋼時(shí)的切屑形態(tài)，證實(shí)了低溫微量潤(rùn)滑技術(shù)使不銹鋼斷屑情況得以改善，低溫微量潤(rùn)滑條件下切削的斷屑效果明顯好于澆注式冷卻條件。這是由于不銹鋼為塑性材料，易形成連續(xù)不斷的切屑，而在低溫微量潤(rùn)滑條件下切削時(shí)，由于冷風(fēng)的加入，換熱效果得到極大的提高，降低了切削溫度，從而降低了切屑的塑性，減輕了不銹鋼材料的軟化。同時(shí)，低溫冷風(fēng)是在強(qiáng)大的氣流沖擊作用下進(jìn)行的，此時(shí)，切屑受到較大的拉力而被輕易地拉斷，使斷屑情況得到改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙新窯.低溫微量潤(rùn)滑條件下涂層刀具車削不銹鋼的試驗(yàn)研究[D].西安：西安理工大學(xué)，2017.

[2]Su Y， He N， Li L， et al.An experimental investigation of effects of cooling/lubrication conditions on tool wear in high-speed end milling of Ti-6Al-4V [J].Wear，2006，261：760-766.

[3]Radoslaw M W， Stanislaw L， Girzegorz K.? Effect of Minimum Quantity Cooling Lubrication （MQCL） on Chip Morphology and Surface Roughness in Turning Low Carbon Steels[J].Engineering Solutions and Technologies in Manufacturing， 2014，657： 38-42.