微量润滑条件下Al2O3陶瓷刀具的切削试验研究

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在现代的切削加工中,切削液的过度使用造成了严重的环境污染和资源浪费。随着人们对生态环境保护意识的提高,以微量润滑切削技术为代表的绿色切削加工方法得到国内外研究学者的重视。微量润滑技术(MQL)是指在切削加工中将压缩空气与极少量的润滑油混合雾化后,高速喷射到切削区域,从而达到冷却和润滑的效果。本文在微量润滑条件下,应用Al2O3陶瓷刀具对淬火45钢和206不锈钢进行切削试验,对比不同切削参数下刀具磨损情况,为MQL技术在实际切削加工中的应用提供理论依据。论文的研究内容包括以下几部分:1根据国内外研究学者对MQL切削性能的研究,以及该试验所用MQL系统在不同切削条件下的推荐参数,确定了MQL系统的最佳切削参数:空气压力为0.6MPa,油量为10ml/h,喷嘴与刀尖距离为20mm,刀具与工件之间角度为15-20°;同时,对该研究中各切削条件进行选择,如切削液、工件材料、刀具及其几何角度、切削用量。2分别根据淬火45钢和206不锈钢的切削性能制定合理的试验方案,并进行切削试验。通过测量不同切削条件下刀具后刀面磨损值,对比MQL切削和干切削中刀具磨损状态。利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,对比不同润滑条件对刀具后刀面磨损的影响,总结出MQL切削条件下最佳切削用量:在淬火45钢切削加工中,切削速度为90m/min,切削深度为0.5mm,进给量为0.102mm/r或0.198mm/r;在206不锈钢的切削加工中,切削速度为147m/min,切削深度为0.5mm,进给量为0.054mm/r或0.102mm/r。3在淬火45钢的切削实验中发现:在70m/min的切削速度下,由于转速较低,刀具所受到的载荷不均匀,致使MQL切削和干切削中刀具发生剧烈磨损,甚至发生崩刃和刀尖剥落现象;在切削速度为90m/min时,MQL技术发挥了显著的冷却润滑作用,MQL切削中刀具磨损值较干切削明显降低;在切削速度达到110m/min时,MQL切削中的刀具后刀面磨损值与干切削相近,且在进给量为0.198mm/r时的磨损量高于干切削。从而说明在切削速度较高时,切削温度较高,MQL技术以无法对切削区域进行有效的冷却和润滑。通过扫描电子图片发现,在淬火45钢切削加工中,由于工件材料硬度较高,刀具磨损形态均为磨粒磨损。在MQL切削中,刀具磨损带中间位置均存在沟痕现象,说明在切削加工中,MQL系统喷射出的油雾无法完全进入到切削区域的中间位置,使得刀尖受热不均匀。4.在206不锈钢的切削加工中,由于工件材料硬度较低,塑性较高的特性,在切削加工过程中极易发生粘结现象,这使得工件表面产生大量鳞刺严重影响工件表面质量。在MQL切削中,由于切削区域得到了有效的冷却润滑,使得的切削温度降低,刀具粘结磨损现象得到明显改善。与切削淬火45钢相似,在切削速度较低,进给量较大的情况下,由于刀具在切削过程中受力不均匀,使得刀尖容易发生剥落现象。随着切削速度的提高,刀具磨损带形状变的更为平整,没有发生刀尖剥落的现象。5.通过对比不同切削条件下刀具切削行程长度发现,MQL技术可以显著提高刀具使用寿命:在切削淬火45钢中,MQL切削中刀具寿命约为干切削的2.1倍;在切削206不锈钢中,MQL切削中刀具寿命约为干切削的4倍。另外,对切削加工中MQL系统的油耗进行了计算,进一步证实了MQL技术在节约加工成本中起到的重要作用。
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