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机床和工具考虑因素

冷却液方面 - 使用冷却液加工

冷却液方面 - 使用冷却液加工
 

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。然而,许多应用都需要使用冷却液进行加工,以确保零件公差、表面质量和机械加工性。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。

 

高压冷却 (HPC)

几乎所有机床都能使用70/80 bar (1015/1160磅/平方英寸) 的标准高压冷却液。一些机床甚至能够为高要求工序和难加工材料提供可达150 bar (2176磅/平方英寸) 的更高的冷却液压力。

这对车削和钻削工序都可能有很大的益处,然而,值得注意的是:

  • 只有使用为高精度冷却液应用开发的刀具才能从中获益。例如,具有贯穿内冷的钻头和精确冷却液喷射的车削刀具。
  • 车削应用的断屑所需的冷却液压力取决于冷却液喷嘴设计、所加工的工件材料以及切深和进给
  • 所需的冷却液流量取决于压力和刀具通道的总冷却液输送面积

为每种加工应用选择正确的刀具和冷却液泵 (压力和流量)正确适用的高压冷却液系统将提高机床利用率和金属切削效率,从而实现快速的投资回报。

 

使用冷却液加工时的益处

将高压冷却液与优化的切削刀具和快换系统相结合,您将获得很多益处。

切屑控制

避免停机准备时的两项最重要的生产时间“杀手”。

  • 机床停机:长的切屑缠绕在刀具或零件上
  • 维护:切屑卡在排屑装置中,造成机床无谓的停止运行几小时或几天
 
钻削时的排屑

内冷设计能够帮助排屑,从而防止排屑槽堵屑。

固定喷嘴位置

无需操作员调整,意味着提高机床利用率。

更高的切削速度

实现更高的金属切削效率。

高压高精度冷却液

机床的高压冷却液与配备高压喷嘴的现代车削刀具结合,产生高速冷却液射流。冷却液射流精确定向刀片前刀面的切削区域,高压的“液压楔”使得切屑抬起变形。这将减小刀片与材料之间的接触长度,从而有助于降低切削力、切削温度并改善切屑控制。

 

高压冷却原理

压力 (p):每单位面积的力

  • Pa - N/m
  • Bar (1 bar = 0.1 MPa)
  • psi - 磅/平方英寸 (1 bar = 14.5磅/平方英寸)

流量 (v):每单位时间的排出容积,升/分钟 (加仑/分钟)

流速 (w):流体流过管路的速度,米/秒 (英尺/秒)

减小输送面积会增大射流的流速,同时减小给定压力下的流量。利用经过优化的小直径喷嘴能够产生精确的层流射流。

流速w1
 
 
流速w1w2>>w1
 

下面的图表中所示为在80 bar (1160磅/平方英寸) 的固定压力下,所需体积流量与喷嘴直径之间的关系。使用小直径喷嘴能够产生高速射流,同时实现比传统冷却液系统更低的流量和能量需求。


X轴:喷嘴数量
Y轴:流量,l/min
 

泵的要求

成功应用高压冷却液对泵的要求包括压力和流量。

压力

断屑所需的压力因材料和切削参数的不同而不同。80 bar (1160磅/平方英寸) 足以满足大多数应用的要求。对于加工Inconel镍基合金和超级双相钢等材料时,需使用高达150 bar (2176磅/平方英寸) 或更高的压力

射流

所需的流量受冷却液出口的数量和直径的影响。

  • 使用20 μm冷却液过滤器
  • 车削:如果使用的刀柄带有3个1 mm (0.039英寸) 冷却液喷嘴,每个刀位的流量需求为20 升/分钟。然而,务必考虑同时使用冷却液的刀具数量 (刀具数量×20 l/min)。由于机床尺寸的原因,需要一个大的冷却液水箱为水循环提供时间。
  • 钻削:钻头上冷却液孔的直径随着钻头直径的增加而增加,意味着钻头的直径越大,所需的冷却液流量就越高。目的是提供充足的流量,而不是压力。建议使用可变压力泵,在钻头直径较大时使用较低的压力

  • ​钻头直径20 l/min​40 l/min
    ​12​70 bar​70 bar
    20​30 bar​70 bar
    ​2512 bar​50 bar
    ​30​6 bar23 bar
    ​40​1 bar​3 bar
    ​601 bar
 

冷却液连接

使用高压冷却系统的其中一个较大的益处是避免了人为调整冷却液管的工作。使用外冷却液管时,通常需要尝试2-3次才能将冷却液管调整至正确的位置。切屑通常会冲击冷却液管,因此需要频繁地重新进行调整,这意味着难以维持恒定的生产过程,以及造成停机。

使用带高精度喷嘴的刀柄时,从刀具至切削刃的冷却液输送是固定的,但是,仍需将冷却液连接至刀柄。可将管接头连接在方刀杆上,但是,这将延长每次换刀时的装夹时间,此外还会产生干扰并导致堵屑。

最佳解决方案是使用快换系统 - 一种即插即用解决方案。冷却液不断地流入刀柄夹紧单元中。通过这些解决方案,除了良好的切屑控制和更高的金属切削效率之外,使用高压冷却液进行加工还能带来缩短装夹时间的益处。

车削中心和车床中的冷却液连接

冷却液通过刀塔,流入Coromant Capto®。并且可获得快速刀具设置,并在及窗外完成刀具测量。夹紧单元适用于所有类型的车床 (车削中心、立式车床和平床身车床),新型的夹紧套件允许使用高达200 bar (2900磅/平方英寸) 的冷却液压力。

纵切机床中的冷却液连接

纵切机床上的冷却液输送与车削中心有很大的区别。用于支持滑动导轨结构的是合成油,而不是乳化液;无论哪个刀具正在切削,合成油都被同时输送至所有刀具。

虽然大多数机床已配置高压冷却液泵,但是,如果没有采用针对优化的切削刀具 (刀具冷却液出口直径×出口数量), 对于泵的流量能力而言可能会过大,因此无法达到最大冷却液压力。

一定要通过以下方式减小输送面积:

  1. 使用带内冷供应的刀具,并且关闭切削刀具以外的其他冷却液通道。
  2. 优化冷却液输送面积以最大限度地降低所需流量

QS™刀柄系统包括冷却液流入永久安装在机床内的挡块中的刀柄。位于QS刀柄背面的一条冷却液管确保在安装刀具的同时将冷却液直接输出至喷嘴。

喷嘴直径为1 mm (0.039英寸),并且保证精确定向的冷却液喷射,从而获得切屑控制的作用,同时使流量需求保持最低水平。

用于快速装夹镗杆的夹套

高压金属密封式夹套 (例如EasyFix) 可快速装夹圆柱直柄镗杆。弹簧预载的滚珠用于定位镗杆上的定位槽,可在几秒内找到中心位置。

 
 

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