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长期以来,人们为了降低切削温度、延长刀具使用寿命、改善加工质量和提高生产率,通常在切削过程中浇注大量的切削液,即湿式切削占主导地位。然而湿式切削不仅导致生产成本增加,还给人体健康和环境等带来很多负面影响,其应用越来越受到限制。不使用切削液的干式切削是理想的绿色切削技术,涂层刀具技术的发展也使得干式切削的范围不断扩大,但实践表明对于难加工材料,即使使用涂层刀具干式切削仍有一定困难。因此,一种介于干式切削与湿式切削之间的微小量润滑MQL(Minimum QuantityLubrication)切削技术的研究和应用受到普遍关注。 以涂层硬质合金刀具车削奥氏体不锈钢为例,采用试验研究及观察分析的方法,分析了切削用量参数、MQL参数及供液方位等对切削力和表面粗糙度的影响规律;研究了MQL条件下涂层硬质合金刀具的磨损特性及磨损规律,获得了刀具不同磨损区域的磨损形态。通过用扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪对刀具不同磨损区域观察分析,揭示了MQL条件下涂层硬质合金刀具的磨损失效机理。 切削力试验研究结果表明,①随着进给量f的增大切削力增大,而随着切削速度vc的提高切削力略有下降。②供液方位对切削力的影响较为显著,其中前、后刀面同时供液时切削力最小,其次是单后刀面供液,而单前刀面供液切削力仅略低于干式切削。③空气压力p和切削液流量Q对切削力的影响存在饱和值,在本次试验条件下(vc=110m/min,f=0.2mm/r,ap=1.5mm),空气压力p和切削液流量Q的饱和值分别为约0.6MPa和33ml/h。④随着刀具磨损的增大切削力增大,但始终小于干式切削。 表面粗糙度试验研究结果表明,①进给量f对表面粗糙度具有显著的影响,而切削速度vc的影响很小。②前、后刀面同时供液时表面粗糙度最小,其次是单后刀面供液,而单前刀面供液时表面粗糙度仅略低于干式切削。⑧随着空气压力p和切削液流量Q的增大,表面粗糙度下降,但幅度很小。 综合两方面的试验研究结果,从简化MQL切削系统考虑,实际使用中采用单后刀面供液,空气压力p和切削液流量Q分别取约0.6MPa和33ml/h即可获得良好的工艺效果。 对刀具磨损区域的观察、测量结果表明,与干式切削相比,MQL条件下刀具磨损明显得以改善,后刀面磨损均匀,刀尖磨损和边界沟槽磨损显著减小,刀具寿命提高1.1倍以上。进一步用扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪对刀具磨损区域的观察分析表明,涂层刀具前刀面出现了月牙洼磨损,尤其干切削条件下比较严重,这主要是由于粘结磨损造成的。涂层刀具的后刀面和刀尖处的涂层剥落严重,相对于干式切削,MQL条件下涂层剥落后露出的刀具基体磨损较轻,可见MQL能有效的降低磨损的发生。干切削时涂层刀具的边界沟槽磨损比较严重,主要是由于氧化磨损和粘结磨损共同作用的结果。