在車削加工中加入添加劑改善表面質量

    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改善表面質量。這是因為在添加劑中含有化合物，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，這是因為這樣做可以達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。

　　表面質量是評判標準
    工件質量的評判標準便是車削作業(yè)可達到的表面質量。下列的研究結果基于R35碳素鋼(PN-89/H-84023/07)的車削(圖1)。這種鋼材具備如下機械特性：硬度HRC125，斷裂強度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值Ra(a)和Rq(b)的影響

    為了實施試驗，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碳氫化合物。
    為了生成乳化液煙霧，使用了一種與空壓機相連并通過噴嘴噴射氣和乳化液的裝置，工作壓力為0.2MPa。試驗在切口深度ap=1mm并在下列工藝參數條件下進行：進給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ISO 3274:1997和ISO 4287:1998標準進行測量。對如下的粗糙度數值進行試驗：外形坐標的算術平均值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)的所有參數的平均值：vc=250mm/min，f=0.3mm/min，P=5.5m3/h，E=2.5g/min。在對試驗結果進行分析之后發(fā)現，在添加劑的濃度達到5%時，Ra和Rq的粗糙度達到最小。
       加有添加劑的乳化液霧劑極大降低粗糙度
    圖2所示粗糙度參數與切削速度之間的變化。在幾乎整個切削速度范圍內，通過帶有添加劑的乳化液霧劑可以得到最小的粗糙度數值Ra。這是因為添加劑中含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Ra數值基本相似。參數Rz在含有添加劑的乳化液霧劑的冷卻下的數值，要大于在干式加工時的數值。與干式加工情況相比，所有粗糙度參數的數值在切削速度小于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鋼材進行干式車削后的粗糙度參數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，這是因為由此可以在最大程度上改善粗糙度Ra。

　　圖3 在采用乳化液霧劑加甲醇-M對R35鋼材進行車削時，
　　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鋼材進行車削時，
　　粗糙度參數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，粗糙度參數值在很大的進給和切削速度的范圍內得到降低。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Rz來說，在采用乳化液霧劑加甲醇-M進行車削時，其獲得的結果要比干式加工效果差(當Vc=350m/min)。這與因添加物使得切屑與刀片的接觸面上產生潤滑膜，從而影響到刀刃面減少有關。

　　輔助采用添加劑可以改善表面質量
    試驗表明，在對R35鋼材進行車削時，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Rq和Rz數值，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。粗糙度數值在一個很廣的切削參數范圍內最大可以降低50%。添加劑的最佳濃度為5%。表面粗糙度的最小數值可以在低速切削(<300 m/min)時達到。