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【拉削技術】拉削冷卻及潤滑小知識

2022-03-10 17:00:04 52

拉削是指利用特制的拉刀逐齒依次從工件上切下很薄的金屬層,使表面達到較高的尺寸精度和較低的粗糙度。拉削每次都在新生面上進行,速度變化每分鐘數毫米至數十米,壓力高達2~3GPa。拉削過程中存在刀具與工件、刀具與切屑之間摩擦,以及刀具與切入金屬內部的分子內摩擦,并產生大量的熱量。采用切削液是改善切削區摩擦的有效方法,切削液在切削過程中起到潤滑、冷卻和清洗的作用,從而帶走加工產生的熱量,提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度,延長刀具的使用壽命,達到最佳的經濟效果。

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在拉削加工中,常用的切削液有:水溶液、普通乳化液、極壓乳化液、礦物油、植物油、動物油、極壓切削油等。其中,水溶液的冷卻效果最好,極壓切削液的潤滑效果最好。

合理地選擇切削液,還需從工件材料、機床特性、刀具材料等方面綜合去考慮。


01
工件材料

不同的工件材料須采用不同的切削液,例如對于碳鋼和合金結構鋼,通常采用硫化礦物油、極壓乳化液、極壓切削油等;鑄鐵類常采用混合礦物油、煤油等;青銅、黃銅常采用混合礦物油;銅質采用乳化液;鋁質常采用松節油+煤油、混合礦物油+煤油、粘性小的礦物油等;鑄鋁及鋁合金采用混合礦物油、乳化液;不銹鋼及耐熱合金采用極壓乳化液、極壓切削油等。



02
機床特性

從機床特性方面考慮,則需區分機床的驅動是伺服驅動還是液壓驅動,如是伺服驅動無滲油風險,則先考慮工件材料選取切削液;如果是液壓驅動,液壓系統存在著滲油的風險,則在兼顧工件材料的同時,采用油性切削液較為適合。



03
刀具材料

以高速鋼為例:

這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩(有的還含鋁)為基礎的高級合金鋼,它們的耐熱明顯比工具鋼高,允許的最高溫度可達600℃。使用高速鋼刀具進行低速和中速切削時,建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時,由于發熱量大,以采用水基切削液為宜。若使用油基切削液會產生較多的煙霧,污染環境,而且容易造成工件燒傷,加工質量下降,刀具磨損增大。

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以硬質合金刀具為例:

用于切削刀具的硬質合金是由碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和5%~10%的鈷組成,它的硬度大大超過高速鋼,最高允許工作溫度可達1000℃,具有優良的耐熱性能,在加工鋼鐵材料時,可減少切屑間的粘結現象。在選用切削時,要考慮硬質合金對驟熱的敏感性,盡可能使用刀具均勻受熱,否則會導致崩刃。在選用切削液時一般油基切削液的熱傳導性能較差,使刀具產生驟冷的危險性比水基切削液小,所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。

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在選用水性冷卻液進行切削時,要注意均勻冷卻刀具,在開始切削之前,最好預先用切削液冷卻刀具。要用大流量切削液噴淋切削區,以免造成刀具受熱不均勻產生崩刃,亦可減少由于溫度過高產生蒸發形成和煙污染。

圖片


在拉削加工中,也融入了微量潤滑技術,微量潤滑MQL 是英文Minimum Quantity Lubrication 的縮寫,是使壓縮空氣和特種潤滑油進行混合,達到切削刀具加工的表面,對拉刀進行潤滑和冷卻的完整系統。MQL可以大大減少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之間的摩擦,起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質量的作用。


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外置式微量潤滑原理圖


但任何技術都有其局限性,相較于傳統切削液,微量潤滑在帶走熱量和排屑方面明顯不如切削液。大流量的切削液不斷地對夾具、工作臺以及其他接觸部位進行沖刷,帶走加工過程中所產生的切削熱,使機床、工作臺及機床內部保持較低的溫度,在沖刷的同時把切屑帶走。而微量潤滑在使用過程中由于油霧帶走的熱量較切削液則少得多。

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近十幾年來,由于刀具和工件材料的發展、拉削技術的不斷提高,推動了切削液技術的發展。而隨著先進制造技術的深入發展和人們環境保護意識的加強,對切削液技術提出了新的要求,它必將推動切削液技術向更高領域發展。

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