車削加工中通過加入添加劑改善表面質(zhì)量

在車削加工中采取最小量潤滑并加入添加劑，可以在很廣的切削速度范圍內(nèi)改善表面質(zhì)量。這是因?yàn)樵谔砑觿┲泻�有化合物，它可以降低工件與刀刃接觸面之間的摩擦。
　　乳化液因其冷卻特性和油脂潤滑特性，最適合被用于最小量潤滑的切削作業(yè)。煙霧狀的介質(zhì)通過壓縮空氣被吸入到切削作業(yè)區(qū)里，最小量冷卻潤滑(MMS)越來越多地被用于切削流程之中，這是因?yàn)檫@樣做可以達(dá)到較高的切削速度和較長的刀具使用壽命。避免冷卻潤滑劑溢流，可以節(jié)省大量的冷卻潤滑劑。最小量冷卻潤滑劑的引入量小于50ml/h。
　　工件質(zhì)量的評判標(biāo)準(zhǔn)便是車削作業(yè)可達(dá)到的表面質(zhì)量。下列的研究結(jié)果基于R35碳素鋼(PN-89/H-84023/07)的車削(圖1)。這種鋼材具備如下機(jī)械特性：硬度HRC125，斷裂強(qiáng)度SK=350MPa，延伸極限σ0.2=235MPa，延伸率δK=25%。

圖1 添加劑在乳化液霧劑中的濃度對粗糙度數(shù)值Ra(a)和Rq(b)的影響

　　為了實(shí)施試驗(yàn)，使用了CU 502車削裝置。切削工具為一種帶有CSDBM2020M12刀柄和SNUN120408刀片的車刀，刀片采用P25硬金屬，主刀kr=70°，副刀k'r=20°，切削角度g=-8°，切削深度為0.8mm。采用濃度為4%的Oportet RG-2乳化液作為冷卻潤滑劑。冷卻潤滑劑的添加物為一種乙二醇和甲醇-M基的由氯和硫組成的RC960l碳?xì)浠�合物�?
　　為了生成乳化液煙霧，使用了一種與空壓機(jī)相連并通過噴嘴噴射氣和乳化液的裝置，工作壓力為0.2MPa。試驗(yàn)在切口深度ap=1mm并在下列工藝參數(shù)條件下進(jìn)行：進(jìn)給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，壓縮空氣量P=4.5~6.5m3/h。粗糙度依據(jù)ISO 3274:1997和ISO 4287:1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。對如下的粗糙度數(shù)值進(jìn)行試驗(yàn)：外形坐標(biāo)的算術(shù)平均值Ra，最大的外形高度Rz和外形平方平均值Rq。
　　在最初的試驗(yàn)中，確定了添加劑RC9601和甲醇-M在乳化液霧劑中的最佳濃度。針對此目的，選擇了切削作業(yè)的所有參數(shù)的平均值：vc=250mm/min，f=0.3mm/min，P=5.5m3/h，E=2.5g/min。在對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，在添加劑的濃度達(dá)到5%時，Ra和Rq的粗糙度達(dá)到最小。
　　加有添加劑的乳化液霧劑極大降低粗糙度
　　圖2所示粗糙度參數(shù)與切削速度之間的變化。在幾乎整個切削速度范圍內(nèi)，通過帶有添加劑的乳化液霧劑可以得到最小的粗糙度數(shù)值Ra。這是因?yàn)樘砑觿┲泻�有可降低摩擦的化合物。在切削速度Vc>400m/min時，所有冷卻方式下的參數(shù)Ra數(shù)值基本相似。參數(shù)Rz在含有添加劑的乳化液霧劑的冷卻下的數(shù)值，要大于在干式加工時的數(shù)值。與干式加工情況相比，所有粗糙度參數(shù)的數(shù)值在切削速度小于200m/min時，將下降大約10%～50%。

　　

a=>Ra，b=>Rq，c=>Rz

圖2 在車削R35鋼材時，切削速度Vc對材料表面粗糙度的影響

　　(f=0.3mm/min，P=5.5 m3/h，E=2.5g/min)

　　采用壓縮空氣冷卻將降低粗糙度

　　圖3和圖4所示在對R35鋼材進(jìn)行干式車削后的粗糙度參數(shù)Ra和Rz的比較(冷卻：含有RC9601添加劑和甲醇-M的乳化液霧劑)�？梢越ㄗh采用含有此種添加劑的乳化液霧劑，這是因?yàn)橛纱丝梢栽谧畲蟪潭壬细纳拼植诙萊a。

圖3 在采用乳化液霧劑加甲醇-M對R35鋼材進(jìn)行車削時，

　　粗糙度Ra相對于干式加工的改善程度(E=2.5g/min, P=5.5m3/h)

圖4 在采用乳化液霧劑加甲醇-M對R35鋼材進(jìn)行車削時，

　　粗糙度參數(shù)Rz相對于干式加工的改善程度(E=2.5g/min, P=5.5m3/h)
　　盡管在使用不含添加劑的乳化液霧劑情況下，也獲得了比干式加工更好的Ra參數(shù)值，但是這種改善的程度極為有限。在采用壓縮空氣冷卻時，與干式加工相比，粗糙度參數(shù)得到降低。
　　在使用含添加劑和甲醇-M的乳化液霧劑情況下，粗糙度參數(shù)值在很大的進(jìn)給和切削速度的范圍內(nèi)得到降低。在車削R35鋼材時，切削速度越小，表面粗糙度的改善程度就越高。
　　只是對于粗糙度參數(shù)Rz來說，在采用乳化液霧劑加甲醇-M進(jìn)行車削時，其獲得的結(jié)果要比干式加工效果差(當(dāng)Vc=350m/min)。這與因添加物使得切屑與刀片的接觸面上產(chǎn)生潤滑膜，從而影響到刀刃面減少有關(guān)。
　　輔助采用添加劑可以改善表面質(zhì)量
　　試驗(yàn)表明，在對R35鋼材進(jìn)行車削時，采取最小量潤滑的車削作業(yè)與采取壓縮空氣冷卻和干式加工作業(yè)相比，表面粗糙度數(shù)值可以降低30%。在切削速度大于350m/min的情況下，采用乳化液霧劑冷卻時的參數(shù)Rq和Rz數(shù)值，相對于干式加工和壓縮空氣冷卻而變差。
　　在乳化液霧劑中加入添加劑，相對于其他冷卻方式來說，可以顯著改善表面粗糙度。粗糙度數(shù)值在一個很廣的切削參數(shù)范圍內(nèi)最大可以降低50%。添加劑的最佳濃度為5%。表面粗糙度的最小數(shù)值可以在低速切削(<300 m/min)時達(dá)到。