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在车削中如何应用冷却液和切削液

在车削中如何应用冷却液和切削液
 

切削液的主要功能是在刀具与工件材料之间实现排屑、冷却和润滑。如果应用正确,切削液将最大限度地增加产量,并提高加工安全性、刀具性能和零件质量。

在某些情况下,不使用冷却液进行加工 (干式加工) 可能会带来环境和成本方面的益处。请与您的山特维克可乐满专家联系,以选择干式加工的最佳刀具、槽型和材质。

许多应用都需要通过冷却液来确保公差、表面质量和机械加工性这几项因素。既然需要冷却液,就应对其进行最佳利用以最大限度地发挥其真正的潜力。

冷却液有对切削过程而言非常重要的多个不同方面:

  • 冷却液介质
  • 冷却液出口
  • 冷却液压力
 

冷却液介质

车削时可使用许多种不同的冷却液介质:

  • 乳化液,这种油水混合物 (水中的油含量为5-10%) 是最常见的冷却液介质
  • 油,某些机床使用油而不是乳化液
  • 压缩空气,用于排屑但不能很好地散热
  • MQL (微量润滑冷却方式) - 含有润滑所需的最小油量的压缩空气
  • 低温致冷剂,使用这种液化气体作为冷却液可实现最大冷却效果

可通过车削刀具中的冷却液通道应用乳化液、油和压缩空气。笼统地提到冷却液时,我们指的是使用乳化液或油进行冷却。MQL和低温致冷剂需要专用设备。

 

冷却液出口

大多数现代车削刀具都采用贯穿刀具的内冷设计,其中许多刀具实际上同时提供高精度上方冷却液和下方冷却液。刀具中的冷却液出口可能属于以下类型,可为您的加工带来不同的益处:

  • 高精度冷却液,或高精度上方冷却液,一个喷嘴 (或类似部件) 正对着前刀面的切削区域引导冷却液射流。降低温度并改善切屑控制。可与高冷却液压力一起用于改进断屑性能
  • 下方冷却液,作用于后刀面的一股冷却液射流,能够有效地为刀片散热,从而延长刀具寿命
  • 传统冷却液出口,在大多数情况下具有比高精度冷却液喷嘴更大的出口直径的可调喷嘴。用于在加工过程中使冷却液流过刀片和零件 (可能被视作传统冷却方式)。这些刀具不能与高压冷却液一起使用

传统冷却液与高精度冷却液的比较

高精度冷却液

现代车削刀具配备的喷嘴能够提供直接对准前刀面切削区域的高精度冷却液,从而控制断屑并确保安全加工。为了优化机床的能力、进一步延长刀具寿命并改进切屑形成效果,可通过改变喷嘴直径对冷却液流量和流速进行微调。

高精度冷却液在冷却液压力较低时开始产生积极影响,但是,压力越高,就越能成功地加工要求更高的材料。

 

使用高精度冷却液,您将获得改进的切屑控制、更长的刀具寿命、更好的加工安全性和更高的生产率。

不使用高精度冷却液可能出现堵屑问题,从而导致机床停机、急修服务、更重的刀具磨损和较差的表面质量。

下方冷却液

最现代的车削概念还采用下方冷却液。下方冷却液能够控制切削区域中的热量,从而实现更长的刀具寿命和可预测的加工。

下方冷却液在冷却液压力较低时就已体现出明显的效果,但是,压力越高,我们能够看到的刀具寿命延长效果就越大。可通过提高切削速度或进给来提高产量。

​上方冷却液还是下方冷却液?或两者皆有?

如果使用的刀具带有上方 (高精度冷却液) 和下方冷却液,则在某些工序中关闭上方冷却液可能比较有利。这在很大程度上取决于所加工的工件材料以及所用的材质和切削参数。

对于薄涂层材质,例如ISO S材料的首选PVD材质,最好同时使用上方和下方冷却液来为刀片提供热保护并避免塑性变形。

厚涂层材质 (例如ISO P和ISO K材料的首选CVD材质) 的涂层具有良好的热保护性能。在粗加工到半精加工应用中,这些材质只需搭配下方冷却液便能实现最佳刀具寿命。参见下面的蓝色图表和有关ISO P的说明。

对于较薄的涂层材质,例如ISO M材料的首选CVD材质,建议同时使用上方和下方冷却液。然而,如果在应用中出现月牙洼磨损,则试着仅使用下方冷却液,并比较刀具寿命。

阅读有关刀片磨损的更多信息。

钢件车削的冷却液建议

  • 使用下方冷却液可延长刀具寿命
  • 在需要改进的切屑控制时使用上方冷却液 (和下方冷却液),通常在蓝色切深 (ap) 和进给 (fn) 区域内需要这样做
  • 在蓝色区域之外,上方冷却液可能导致切削刃轻微磨损并加重月牙洼磨损。月牙洼磨损可能难以评估,这意味着不可预测且短缩的刀具寿命。这也是建议使用下方冷却液的原因。(如果下方冷却液不可用,则使用配备传统冷却液出口的刀具)
ap (mm)
fn (mm/r)

在加工不同材料时使用上方和下方冷却液的益处

工件材料 材质类型 上方冷却液下方冷却液
P​CVD​切屑控制刀具寿命
​PVD​切屑控制/刀具寿命
MCVD​​切屑控制
PVD​​切屑控制/刀具寿命
K​CVD​刀具寿命
​​陶瓷​刀具寿命
N​无涂层​切屑控制/刀具寿命
​PVD​​切屑控制/刀具寿命
​PCD (金刚石)​切屑控制/刀具寿命
S​PVD​切屑控制/刀具寿命
​陶瓷​切屑控制
 

冷却液压力

高压冷却液会增加能耗,需要从可持续性和成本的角度考虑这一点。但是,高压冷却液也能以不同的方式提高生产率。

高压高精度冷却液

机床中的高冷却液压力可与喷嘴一起产生高速冷却液射流,进而形成液压楔。冷却液射流有3种主要作用:​​

  1. 在接触区内对刀片进行更高效的冷却 (A)
  2. 强制切屑迅速离开刀面,从而减轻刀片的磨损 (B)
  3. 帮助将切屑冲断成更小的碎片并将其从切削区域排出

使用正确的压力

7 - 10 bar (100 - 150磅/平方英寸)

加工钢和其它常见材料时,高精度冷却液能够实现改进的切屑控制和更高的加工安全性。这种高精度使您能够在保持加工安全性的同时提高切削参数。

70 - 80 bar (1000 - 1200磅/平方英寸)

在压力更高时,能改善断屑情况。使用为高精度冷却液设计的槽型能够获得更好的结果。

150-200 bar (2200-2900磅/平方英寸)

双相不锈钢和高温合金等要求高的材料需要更高的压力。使用带高精度冷却液供应喷嘴的刀柄和高精度冷却液专用槽型。

 

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