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国际金属加工网 2017年01月10日

对于航空航天产品,实现产品高质量、高效率、低成本的过程需要关注每一个细节,切削液的选用与工件表面质量和加工精度有关,同时与被加工材料、加工工艺过程以及刀具材料密切相关。

随着结构件越来越多的采用薄壁结构特征以及难加工材料,给航空航天制造精度带来了挑战。切削加工中由于工件材料、刀具材料、加工性质、加工内容和工艺要求等不同,对切削液的冷却、润滑、清洗和防锈性能的要求也各有不同。要保证产品最终的高质量,需要关注产品加工过程中的每一个细节。目前航空航天产品加工中常用的刀具有:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷及金刚石等。各种刀具材料不同针对的加工对象材料也各不同,针对各种加工环境选用的切削液也有不同。

在铝合金产品制造过程中,航空航天企业大部分采用乳化液。一般工厂使用的切削液,是由切削液浓缩物加水稀释而成的工作乳化液。乳化液在铝合金产品加工中主要起冷却、润滑和冲屑等作用。乳化液的浓度、压力、流量的选择,对零部件的加工质量影响很大。车削铣削类开放式切削方式,排屑通畅,对切削液浓度要求不高,一般选用浓度为3%~5%的切削液;钻孔、攻螺纹等封闭场合切削,加工环境恶劣,排屑不畅,刀具和工件相互挤压,这时切削液除对刀具冷却和润滑外,还要冲屑,这种DNT-方式对切削液的润滑性能要求较高,一般钻孔选用浓度为5%~8%的切削液;攻螺纹加工时,工件受刀具严重挤压,应选用含极压添加剂、浓度为8%~10%的切削液较为合适。在进行面铣削加工时,切削速度快,刀具切削量大,切屑多,及时的将切屑冲走以免刮花已加工表面,这是铣削加工面临的最大问题,应选用大流量切削液冲洗。在进行孔加工时,排屑困难,刀具、工件和切屑三者之间的摩擦会产生大量的热,这些热量又不能及时传递出去,造成刀具烧伤,严重破坏工件表面粗糙度。为解决这一问题,除了合理选用刀具的几何角度,保证分屑、断屑、排屑外,选择切削液是关键,这时应选用冷却、润滑、清洗性能较好的切削液,如极压乳化液。巴索的BlasicutBC20通用型金属切削液,适合于对清洗性要求高的铸铁、钢铝合金、合金钢的切削加工,通用性高。嘉实多Alusol B是一种专为铝和铝合金的机加工而研制出来的优质溶剂切削液,适用于汽车制造业以及一般工程上广泛使用的铝和铝合金产品的加工。

在航空工业中,钛及钛合金经常被用作制造各种关键的结构件,此类结构件的加工对工艺、机床、刀具以及切削液提出了非常高的要求。为满足这些要求,巴索润滑公司研制出了一种被称为“革命性的”水溶性切削液Vasco 5000。与传统产品相比,该切削液可提供更好和更快的加工效果,以及更长的刀具寿命,从而提高可靠性和生产率。其中直接影响加工质量的关键因素之一就是对切削液的正确选择。当然,冷却液的使用还要有相应的创新技术支持,山特维克可乐满在钛合金深孔钻加工中,发明了喷吸钻,采用两根相同的管道提供冷却液和排屑,形成文丘里效应。后将HPC(高压冷却)与Capto(山特维克接口快换系统)融合,发展出完备的钛合金铣削系列HP刀具高压冷却系统解决方案。HP刀具采用固定喷嘴技术,喷出高速的平行层射流,可准确的对准刀片需要冷却的位置,所产生的射流精度和特性使得这种技术与众不同。福斯的RENODRILL 2190适用于高硬度材质和高难度加工工艺,如深孔钻、枪钻、拉削和攻螺纹等。

国内硬脆性材料尤其是太阳能Si片的线切割近五年来发展迅速,随着晶片向大直径、薄片方向发展,其加工过程对切削液也提出了诸多的要求。首先切削液本身要具备无污染、低黏度、高带砂量、低杂质含量以及对Si片的下游无不良影响等特点;其次切削液的应用具有切割后硅片无线痕、易于清洗、切割出片率高、成品合格率高的特点;再次就是切削液的专一化问题,现阶段国内Si片切割用切削液品种单一,无论对于什么设备、多粗的钢线、多大粒径的砂、何种切割工艺基本都是用同样的切削液,故产品针对性不强,造成切割过程的诸多问题,所以研究开发适应不同切割工艺的切削液是当下急待解决的问题。对于如Ge、GaAa等的线切割国内还大多采用油基切削液,研究适于硬脆性材料的切削液是今后研究的重点方向。

随着切削技术日益广泛的应用,切削液的用量也随之大幅度增加,造成对环境的严重污染,同时也增加了产品的制造成本。为减少切削液的这些负面影响,最佳方法就是采用绿色加工技术。最小量润滑(MQL)技术作为一种节省成本和保护环境的加工方法正逐渐研究和被采用。MQL切削技术的实现原理是将压缩空气和微量的环保型切削液混合雾化后喷射到切削区,对切削区提供精确量的悬浮微粒,即悬浮微粒的直径在精确公差范围内以保持最佳润湿和润滑属性,对刀具和工件进行润滑冷却,减小刀具和工件之间的摩擦,抑制温升,提高切削性能。MQL切削技术作为一种综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,所使用的切削液除了应具备传统切削液的冷却、润滑、清洗、防锈等功能外,还应具备无毒、不伤害操作者、不污染环境及不容易腐败变质等性能,具体体现在生物降解性、氧化安定性、储存稳定性、切削润滑性等方面。

随着现代加工技术的快速发展,传统的集群、专机化生产已不适应现代加工需求,很多企业和工厂的柔性生产和敏捷制造陆续成为当下被广泛采纳的现代制造技术,技术发展成熟,对设备选型、切削液管理带来了新的挑战。在多任务环境下要求机床一次装卡,完成面铣、型腔铣、特征排量、钻孔、铰孔、镗孔和攻螺纹等复合操作,要求切削液不仅要具有良好的冷却润滑性,还要有抗极压性等。有时部分铝合金零件上镶嵌着钢铁制品,要求切削液还要具有一定的防锈功能。发动机壳体类铝合金产品加工专用切削液宜选用德国品牌系列。随着绿色制造的发展,MQL技术在少、无切削液冷却加工技术中,具有21世纪绿色制造发展所需要的绿色机加工工艺的特点。


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