導(dǎo)讀：人們對(duì)當(dāng)前的刀具冷卻液輸送系統(tǒng)抱有*的期望，希望它不僅用于金屬切削過程的冷卻。當(dāng)我們選擇或者被迫使用冷卻液時(shí)，考慮的重點(diǎn)是其功效以及能否釋放潛在生產(chǎn)力。*的刀具冷卻液輸送系統(tǒng)必須提供有效的切屑控制，尤其在車削加工應(yīng)用中更是如此。
*，使用冷卻液是為了散熱和增加潤滑（減少摩擦）。一般情況下，冷卻液只簡單地澆注到加工區(qū)域。為真正發(fā)揮冷卻液效用，快速帶走切削區(qū)的熱量，地將高壓冷卻液流直接噴向所需的區(qū)域更為有效。金屬切削過程中的冷卻挑戰(zhàn)是在加工過程中，冷卻液應(yīng)用與生產(chǎn)率要求間存在交匯點(diǎn)，其中zui突出的例子來自航空航天材料，如加工鈦合金ti6al-4v。ti6al-4v有較低的熱傳導(dǎo)性和較小的彈性模量，特別適于制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上高強(qiáng)度、耐熱且輕質(zhì)的部件。然而，由于能采用的切削速度通常很低，切屑難以控制，且切削刀具的壽命相對(duì)較短，無法折斷的長切屑還會(huì)導(dǎo)致切屑堵塞、后續(xù)的刀具失效，因而加工成本*，zui糟糕的是甚至?xí)p壞昂貴的部件。此外，切屑還會(huì)影響表面粗糙度，使零件報(bào)廢。
在金屬切削過程中所產(chǎn)生的如同鳥巢般盤根錯(cuò)節(jié)的切屑會(huì)造成生產(chǎn)率嚴(yán)重下降，使機(jī)床幾乎不可能在熄燈操作中無看管地運(yùn)行。當(dāng)使用刀桿或刀架進(jìn)行加工時(shí)，若傳統(tǒng)的冷卻液噴嘴不靠近切削刃，那這個(gè)缺點(diǎn)就更為明顯。
盡管目前高壓系統(tǒng)已有顯著改善，但多數(shù)制造商仍然使用澆注式冷卻系統(tǒng)，即將大量冷卻液直接澆在切削刀具和所加工零件上以散熱。由于靈活的冷卻液噴嘴經(jīng)常移動(dòng)，導(dǎo)致冷卻液不能地噴向切削區(qū)。另外，此類系統(tǒng)還缺乏適當(dāng)?shù)膲毫刂啤?br>由于冷卻液只是沖洗切削區(qū)，某個(gè)區(qū)域會(huì)因局部加熱而形成一道蒸氣隔離層，該蒸氣層隨后會(huì)隔離切削區(qū)并阻止其散熱。高壓冷卻系統(tǒng)卻不同，能迅速散熱，且有足夠壓力阻止這類蒸氣隔離層的形成，因此能輕松應(yīng)對(duì)這種情況。
刀具的高壓冷卻液輸送系統(tǒng)間也存在差異，其中一個(gè)zui常見的差異是系統(tǒng)與切削區(qū)的距離，或系統(tǒng)冷卻液噴嘴與工件/切削刀具接觸面的距離。有些系統(tǒng)噴嘴與切削區(qū)的距離太遠(yuǎn)，因此冷卻液無法有效、準(zhǔn)確地到達(dá)切削區(qū)的*位置，導(dǎo)致無法獲得zui大效益；若裝有冷卻液噴嘴的系統(tǒng)與切削區(qū)的距離較遠(yuǎn)，則必須使用更大的壓力以彌補(bǔ)距離的不足。如果系統(tǒng)的冷卻液噴嘴離切削區(qū)太遠(yuǎn)，可能需要增加泵的數(shù)量，但這樣一來成本顯然更高，因此選擇使噴嘴更靠近切削區(qū)的系統(tǒng)。當(dāng)冷卻液流入刀桿然后穿過導(dǎo)流器時(shí)，使用山高刀具的jetstreamtooling飛流系統(tǒng)，可使冷卻液噴嘴非常貼近切削區(qū)，在機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)冷卻液泵產(chǎn)生的壓力下獲得更好的效果，無需使用更多高壓泵。
高壓直噴冷卻液優(yōu)點(diǎn)
為克服現(xiàn)有冷卻液輸送系統(tǒng)的缺點(diǎn)，刀具冷卻液輸送系統(tǒng)開發(fā)商（如山高）一直致力于優(yōu)化系統(tǒng)性能，主要通過提高冷卻液流噴向切削區(qū)的壓力和度來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。有些系統(tǒng)（如山高jetstreamtooling飛流刀具系統(tǒng)）非常巧妙地在刀夾的旋轉(zhuǎn)頂部壓塊（導(dǎo)流器）中放置了冷卻通道，冷卻液壓力、流量和通道的小孔徑均可促使猛烈的高速冷卻液流輕松穿透，并潤滑緊靠切削刃后方的主要發(fā)熱區(qū)域。
我們發(fā)現(xiàn)，在非?？拷邢魅械奈恢梅胖靡粋€(gè)冷卻液“楔塊”可以獲得*效果。這意味著系統(tǒng)噴嘴將冷卻液噴流置于刀片前刀面切削區(qū)和切屑之間，有助于提升并折斷切屑。一代jetstreamtooling飛流刀具系統(tǒng)非常適合車削、割槽和切斷加工，它為刀桿提供兩個(gè)冷卻液出口，一個(gè)直接朝向前刀面，另一個(gè)朝向刀片后刀面（即第二發(fā)熱區(qū)）。位于下方的冷卻液出口可為切削刃下方區(qū)域提供*冷卻，直接朝向刀片后刀面的冷卻液出口是額外提供的，可使刀具壽命延長10%，并改善表面粗糙度。
當(dāng)?shù)毒呃鋮s液輸送系統(tǒng)提供出色的冷卻和優(yōu)化的切屑控制時(shí)，制造商可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)*、無人值守的加工。同樣，還能提高車削速度和進(jìn)給量，延長切削刀具壽命，改善零件的表面粗糙度，這些都?xì)w功于*的切屑控制。在某些情況下，車削速度和進(jìn)給量可以提升一倍甚至兩倍，刀具壽命也可延長一倍。這樣，制造商能夠以更快的速度加工更多部件，從而提高生產(chǎn)率和盈利。
山高在實(shí)驗(yàn)室對(duì)鈦合金工件進(jìn)行了測試，采用一般冷卻液冷卻時(shí)，切削速度為40m/min（130ft/min），進(jìn)給量為0.25mm/rev（0.01ipr），切削深度為2mm（0.08in），加工節(jié)拍為5min。將高壓冷卻液輸送系統(tǒng)應(yīng)用于該加工時(shí)，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可提高切削速度至80m/min（260ft/min），加工節(jié)拍減半，且刀具壽命延長一倍。
目前機(jī)床冷卻液泵通?？商峁?0bar（290psi）至70bar（1000psi）的壓力，此壓力范圍足夠用于刀具的高壓冷卻液輸送系統(tǒng)，如山高jetstreamtooling飛流刀具系統(tǒng)。該系統(tǒng)兼具多種功能，在同一系統(tǒng)內(nèi)操作壓力既可低至5bar（70psi）（可能會(huì)影響生產(chǎn)率），也可高達(dá)70bar（1000psi），甚至達(dá)到350bar（5000psi）的超高壓。當(dāng)壓力在20bar（290psi）—40bar（580psi）之間時(shí)，使用山高jetstreamtooling飛流刀具可顯著提高生產(chǎn)率，能改善多種應(yīng)用和不同工件材料的切屑控制，并且其性能隨壓力和流量（l/min）的增大而增強(qiáng)。70bar（1000psi）的壓力足夠折斷長切屑型粘性材料zui難處理的切屑。
高壓直噴冷卻液應(yīng)用
高壓冷卻液可為車削、切斷和割槽加工帶來更多益處。在這類加工中，切削刃與零件的接觸時(shí)間通常只有幾秒種或稍長時(shí)間，且被定義為“連續(xù)切削”。連續(xù)切削會(huì)在切削區(qū)產(chǎn)生高溫，因此，切削參數(shù)必須進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以防止發(fā)生快速的后刀面磨損和塑性變形。若對(duì)較粘的延展性材料進(jìn)行連續(xù)切削加工，會(huì)產(chǎn)生較長且無法控制的切屑，這是非常糟糕的情況。
很多行業(yè)可受益于高壓冷卻液，而傳統(tǒng)的發(fā)電、航空航天及醫(yī)療行業(yè)早已順應(yīng)潮流，因?yàn)樗鼈兊奶厥獠牧闲枰獓?yán)格控制切屑的形成，所以已使用高壓冷卻液。例如，航空航天和醫(yī)療常用的鈦合金是一種導(dǎo)熱性極差的材料，會(huì)使切削區(qū)持續(xù)保持高溫，并可能導(dǎo)致冷焊、擦傷和污損現(xiàn)象，進(jìn)而快速破壞刀具的切削刃。更糟糕的是，加工鈦合金會(huì)產(chǎn)生纖薄的高速切屑，不但難以折斷成合適的長度，還會(huì)帶走切削區(qū)的冷卻液，使零件表面受到熱損傷。
具有較大正前角和鋒利切削刃的傳統(tǒng)刀具可以zui大程度地降低鈦合金加工產(chǎn)生的不良影響，但必須使用高壓冷卻液輸送系統(tǒng)來控制切屑，并優(yōu)化整體加工操作。多項(xiàng)大學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究已證實(shí)，切屑通過切削刃時(shí)會(huì)迅速降溫，并產(chǎn)生一種硬化作用，類似于對(duì)一塊金屬熱工件進(jìn)行快速淬火操作，從而增加鈦合金切屑的硬度。在直噴射流、楔效應(yīng)、冷卻液對(duì)切屑的壓力以及增加硬度的共同作用下，切屑會(huì)斷開成為細(xì)小、易控的碎片。
總之，若要切削任何富于挑戰(zhàn)性的工件材料，使用冷卻液能達(dá)到更好的效果。高壓冷卻液輸送系統(tǒng)的*加工改進(jìn)方案已運(yùn)用到當(dāng)前許多特殊材料應(yīng)用中，如鈦合金、鎳基和鈷基合金，包括nimonicc263、inconel718、udimet720和waspaloy，這些材料具有*的粘性和延展性，因此需要使用高壓冷卻液輸送系統(tǒng)來獲得高水平的切屑控制。在刀具的高壓冷卻液輸送系統(tǒng)使用方面，難加工合金并非是*顯示出成效的材料，在汽車、造船、核能、食品和飲料行業(yè)通常需要使用可加工性相當(dāng)?shù)偷恼承蚤L切屑材料。通過采用高壓冷卻液輸送系統(tǒng)，在奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、低碳鋼及鋁合金加工過程中均顯著提高了金屬切除率，使切削參數(shù)、切屑控制和表面粗糙度得到改善，減少了生產(chǎn)時(shí)間。
由于山高jetstreamtooling飛流刀具系統(tǒng)解決了排屑問題，因此無需操作員干預(yù)就可實(shí)現(xiàn)持續(xù)無中斷的生產(chǎn)過程，排屑時(shí)間不再納入工序時(shí)間的計(jì)算。此外，山高系統(tǒng)的冷卻液導(dǎo)流器樞軸允許機(jī)床操作員快速更換新切削刃，確保冷卻液始終處于準(zhǔn)確位置。
冷卻方式選擇
值得注意的是，有些車削加工可能更適合干式切削，而不適用于澆注或高壓直噴冷卻液。例如，需要進(jìn)行間歇或斷續(xù)切削的應(yīng)用通常會(huì)產(chǎn)生熱沖擊，由于冷卻液會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大熱沖擊的負(fù)面影響，因此干式切削的效果更佳。在這類情況下，高壓冷卻液解決方案或許可以避免冷卻液應(yīng)用的負(fù)面影響。
一般而言，在連續(xù)切削應(yīng)用中使用冷卻液的效果更佳。但若涉及環(huán)境問題、開放式結(jié)構(gòu)車床或某些類型的鋼材，在車削加工中采用干式切削能獲得良好的效果。山高的duratomiccvd雙面王鍍層刀片具有出色的耐熱性能，是這類應(yīng)用的理想選擇。但是，若使用干式切削，難以進(jìn)行割槽和切斷等加工，其主要原因是切屑積聚，所以在這樣的加工中，采用冷卻液（確切而言是高壓直噴冷卻液）可顯著改善其性能。
精加工通常也需要使用冷卻液，否則車間可能會(huì)出現(xiàn)部件精度和表面粗糙度質(zhì)量問題。盡管在大多數(shù)車間中，有高達(dá)80%的加工采用冷卻液，但有些車間出于環(huán)?？紤]，所有加工均采用干式切削。為此，需要密切監(jiān)控并調(diào)整機(jī)床產(chǎn)生的熱量，并保持控制以確保部件尺寸的精度和表面粗糙度。這無疑是極大的挑戰(zhàn)，因此需要考慮其他在當(dāng)前條件下*可行的解決方案。與使用冷卻液加工相比，干式切削加工的生產(chǎn)率明顯較低，且刀具壽命較短。
理想的冷卻液系統(tǒng)
在考慮購買刀具的高壓冷卻液輸送系統(tǒng)時(shí)，制造商不僅應(yīng)評(píng)估其性能，還要考慮其多功能性和簡易性，以確保高壓冷卻液輸送系統(tǒng)適用于機(jī)床的整個(gè)冷卻液壓力范圍。此外，系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)便于裝配和安裝。
理想的系統(tǒng)應(yīng)可以為車削或割槽刀桿提供內(nèi)冷和外冷兩種選擇。對(duì)于外冷方式，這類系統(tǒng)（如山高的刀柄系統(tǒng)）可以采用位于刀桿側(cè)面或底部的軟管。制造商可獲得多種軟管組件，以便于將冷卻液供給管輕松地連接至機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)或刀架的任意位置。如果用戶不再需要使用該系統(tǒng)，也可輕松移除，機(jī)床將恢復(fù)到原來的冷卻液設(shè)置。對(duì)于內(nèi)冷方式，該系統(tǒng)的刀柄設(shè)有內(nèi)冷通道，如山高capto刀柄就配有錐形接口以供應(yīng)冷卻液。
結(jié)論
無論采用哪種類型的冷卻液系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)有效的切屑控制、延長刀具壽命和提高產(chǎn)量，關(guān)鍵在于以下兩點(diǎn)：首先，使冷卻液流盡可能靠近切削區(qū)；其次，將冷卻液直接噴射到切削區(qū)的正確位置。山高jetstreamtooling飛流刀桿可有效降低每個(gè)零件的成本，與節(jié)約的資金相比，其購買成本僅占機(jī)床整體投入的極小部分。雖然低壓冷卻液系統(tǒng)以及刀具的價(jià)格略低，但考慮到切屑積聚會(huì)導(dǎo)致機(jī)床停機(jī)，進(jìn)而造成刀具使用壽命縮短和生產(chǎn)損失，其節(jié)約的資金無疑是微不足道的。
（文章來源：山高刀具公司）