采用特殊乳化液提高车削表面质量

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研究表明，在车削加工中采取最小量润滑并加入添加剂，可以在很广的切削速度范围内改善表面质量。这是因为在添加剂中含有化合物，它可以降低工件与刀刃接触面之间的摩擦。
乳化液因其冷却特性和油脂润滑特性，最适合被用于最小量润滑的切削作业。烟雾状的介质通过压缩空气被吸入到切削作业区里，最小量冷却润滑(MMS)越来越多地被用于切削流程之中，这是因为这样做可以达到较高的切削速度和较长的刀具使用寿命。避免冷却润滑剂溢流，可以节省大量的冷却润滑剂。最小量冷却润滑剂的引入量小于50ml/h。
表面质量是评判标准
工件质量的评判标准便是车削作业可达到的表面质量。下列的研究结果基于R35碳素钢(PN-89/H-84023/07)的车削(图1)。这种钢材具备如下机械特性：硬度HRC125，断裂强度SK=350MPa，延伸极限σ0.2=235MPa，延伸率δK=25%。

图1 添加剂在乳化液雾剂中的浓度对粗糙度数值Ra(a)和Rq(b)的影响为了实施试验，使用了CU 502车削装置。切削工具为一种带有CSDBM2020M12刀柄和SNUN120408刀片的车刀，刀片采用P25硬金属，主刀kr=70°，副刀k'r=20°，切削角度g=-8°，切削深度为0.8mm。采用浓度为4%的Oportet RG-2乳化液作为冷却润滑剂。冷却润滑剂的添加物为一种乙二醇和甲醇-M基的由氯和硫组成的RC960l碳氢化合物。
为了生成乳化液烟雾，使用了一种与空压机相连并通过喷嘴喷射气和乳化液的装置，工作压力为0.2MPa。试验在切口深度ap=1mm并在下列工艺参数条件下进行：进给f=0.1～0.5mm/min，切削速度vc=50～450m/min，乳化液流量E =1.5～3.5g/min，压缩空气量P=4.5~6.5m3/h。粗糙度依据ISO 3274:1997和ISO 4287:1998标准进行测量。对如下的粗糙度数值进行试验：外形坐标的算术平均值Ra，最大的外形高度Rz和外形平方平均值Rq。
& n" N# n5 ^* [9 p" J* l) s2 t在最初的试验中，确定了添加剂RC9601和甲醇-M在乳化液雾剂中的最佳浓度。针对此目的，选择了切削作业的所有参数的平均值：vc=250mm/min，f=0.3mm/min，P=5.5m3/h，E=2.5g/min。在对试验结果进行分析之后发现，在添加剂的浓度达到5%时，Ra和Rq的粗糙度达到最小。
: v9 G6 i1 U# @加有添加剂的乳化液雾剂极大降低粗糙度
图2所示粗糙度参数与切削速度之间的变化。在几乎整个切削速度范围内，通过带有添加剂的乳化液雾剂可以得到最小的粗糙度数值Ra。这是因为添加剂中含有可降低摩擦的化合物。在切削速度Vc>400m/min时，所有冷却方式下的参数Ra数值基本相似。参数Rz在含有添加剂的乳化液雾剂的冷却下的数值，要大于在干式加工时的数值。与干式加工情况相比，所有粗糙度参数的数值在切削速度小于200m/min时，将下降大约10%～50%。

a=>Ra，b=>Rq，c=>Rz
图2 在车削R35钢材时，切削速度Vc对材料表面粗糙度的影响
* ]& U  M4 w! d) f, I(f=0.3mm/min，P=5.5 m3/h，E=2.5g/min)采用压缩空气冷却将降低粗糙度
, Q- b$ x$ J1 ?3 m0 s图3和图4所示在对R35钢材进行干式车削后的粗糙度参数Ra和Rz的比较(冷却：含有RC9601添加剂和甲醇-M的乳化液雾剂)。可以建议采用含有此种添加剂的乳化液雾剂，这是因为由此可以在最大程度上改善粗糙度Ra。
6 C$ ]2 q& X" V: K( U2 }
图3 在采用乳化液雾剂加甲醇-M对R35钢材进行车削时，
粗糙度Ra相对于干式加工的改善程度(E=2.5g/min, P=5.5m3/h)

图4 在采用乳化液雾剂加甲醇-M对R35钢材进行车削时，
+ K# o/ l( _4 p0 q) i* s9 i  [粗糙度参数Rz相对于干式加工的改善程度(E=2.5g/min, P=5.5m3/h)尽管在使用不含添加剂的乳化液雾剂情况下，也获得了比干式加工更好的Ra参数值，但是这种改善的程度极为有限。在采用压缩空气冷却时，与干式加工相比，粗糙度参数得到降低。
在使用含添加剂和甲醇-M的乳化液雾剂情况下，粗糙度参数值在很大的进给和切削速度的范围内得到降低。在车削R35钢材时，切削速度越小，表面粗糙度的改善程度就越高。
只是对于粗糙度参数Rz来说，在采用乳化液雾剂加甲醇-M进行车削时，其获得的结果要比干式加工效果差(当Vc=350m/min)。这与因添加物使得切屑与刀片的接触面上产生润滑膜，从而影响到刀刃面减少有关。
4 O' H+ x2 r4 k6 n) E0 w) T8 j7 r% |辅助采用添加剂可以改善表面质量
试验表明，在对R35钢材进行车削时，采取最小量润滑的车削作业与采取压缩空气冷却和干式加工作业相比，表面粗糙度数值可以降低30%。在切削速度大于350m/min的情况下，采用乳化液雾剂冷却时的参数Rq和Rz数值，相对于干式加工和压缩空气冷却而变差。
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在乳化液雾剂中加入添加剂，相对于其他冷却方式来说，可以显著改善表面粗糙度。粗糙度数值在一个很广的切削参数范围内最大可以降低50%。添加剂的最佳浓度为5%。表面粗糙度的最小数值可以在低速切削(