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合理应用切削液保障铰孔质量

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 上海通用东岳动力总成有限公司 栾厚学点击:
铰孔是精加工孔的方法之一,在实际生产中应用很广,特别是对于较小的孔径,相对于内圆磨削及精镗而言,铰孔是一种较为经济实用的加工方法,可以通过铰刀从工件孔壁上切除微量多余材料,提高其形状位置精度和表面粗糙度。在我公司长期的生产实践中,我们认识到,除了通常关注的设备和加工参数之外,在的使用方面,选择不同的切削液种类、采用不同的切削液浓度、切削液的清洁与否以及温度的变化等,都会对铰孔质量产生一定的影响。

切削液的选择

目前常用的切削液大致分为三类:水溶液、乳化液和切削油。

水溶液是以水为主要成分并加入防锈添加剂的切削液,主要起冷却、清洗等作用。常用的有电解水溶液和表面活性水溶液,电解水溶液由99%的水、0.75%的碳酸钠和0.25%亚硝酸钠配制而成,常用于磨削加工;表面活性水溶液由94.5%的水、4%的肥皂和1.5%的无水碳酸钠配制而成,多用于精车、精铣和铰孔等。

乳化液是油与水的混合液体,根据油和水混合的比例不同,分为普通乳化液、极压乳化液和防锈乳化液。3%~5%的乳化油加水稀释,可以形成低浓度乳化液,即普通乳化液。普通乳化液冷却与清洗作用较强。在乳化油中加入硫、磷、氯等有机化合物,则可形成极压乳化油,提高润滑膜耐受温度、压力的能力,用5%~20%的极压乳化油加水稀释形成极压乳化液,极压乳化液润滑作用较强。在普通乳化液的基础上加入0.1%的亚硝酸钠、磷酸三钠、尿素等防锈添加剂可形成防锈乳化液,主要起防锈、冷却作用。

切削油的主要成分是矿物油,常用的有L-AN7、L-AN10、L-AN15、L-AN32、L-AN46全损耗系统用油和轻柴油、煤油等,少数采用动物油或植物油,如豆油、菜籽油、棉籽油和蓖麻油等,此类切削液的热量低,粘度大,流动性差,润滑效果好,常用在珩磨等加工中。

不同的金属材料其力学性能和工艺性能存在一定的差异性,所以铰孔时,必须根据加工对象的不同性能特点,选择使用合适的切削液。

铰削中碳钢和合金钢时,由于中碳钢和合金钢有良好的切削加工性能,加工时不会产生大量的切削热,切屑易变形折断,刀具不易磨损,所以选择切削液时,主要采用以润滑为主、冷却为辅的切削液,以达到减小工件的表面粗糙度的目的。低速铰孔时,宜选浓度大的硫化乳化液;中速铰削时,宜选用硫化油与煤油的混合液,增加润滑性。

铰削时,由于不锈钢材料的导热性差、切屑易粘刀、刀具磨损快等特点,选用切削液要以降低温度、清洗切屑为主。将3%的亚硝酸钠加2%的碳酸钠用少量热水混合,然后将1%的L-AN46全损耗系统用油加0.5%的乙醇合于一起后用余量的水稀释,这样配成的乳化油铰削不锈钢效果很好。

铰削铸铁时,由于铸铁中石墨的存在对基体有割裂作用,所以铸铁的强度、塑性和韧性很差,但硬度和脆性很大,且表面有细小的裂纹和针孔,加工中易形成崩碎切屑,不需要冷却,润滑效果也不明显,因此,铰铸铁孔时,不加切削液,如能一孔重复铰削两遍,可减小工件的表面粗糙度值,使工件表面粗糙度值减小到Ra3.2mm左右。

铰削黄铜时,由于黄铜由铜和锌元素组成,工业中一般采用的黄铜含锌量不超过45%,故其特点是塑性好、强度高以及切削加工性好,加工时需加以润滑作用为主的切削液,一般用粘度较大的菜油。

铰削生铝,即铸造铝合金时,由于此类合金的塑性差、强度低且脆性大,加工时表面粗糙度值大,铰削时加煤油或30%煤油与70%菜油的混合油能减小工件的表面粗糙度值。

切削液的变化与孔加工质量

1.切削液的品种

切削液的品种差异直接影响到加工孔壁的粗糙度值大小。实际生产中,切削液的选择不合理,往往会直接造成加工孔孔壁的粗糙度下降(见图1)。


图1 切削液的选择不合理往往会直接造成加工孔孔壁的粗糙度下降

在我们的实际加工中,铰孔时,如加入浓度高的乳化液,工件孔壁表面光洁如镜面,表面粗糙度值很小,Ra能达到0.8~1.6mm;如加入全损耗系统用油,工件表面颜色发乌,表面粗糙度比用乳化液稍差,Ra值一般为1.6mm左右;加入水溶液,工件表面粗糙度值最大,Ra值一般为3.2mm左右。实践表明:当孔壁粗糙度值要求很低时,铰孔时应加入极压乳化液作为切削液;表面粗糙度值要求较大时,则多用水溶液作为切削液;若粗糙度要求一般,可选全损耗系统用油作为切削液。

2.切削液的浓度

切削液浓度的高低会直接影响到加工时的润滑性能好坏,所以切削液的浓度是实际生产中需要关注的一个工艺参数,即每一台加工设备需要设定一个浓度指标,也就是选择该冷却液供给系统内的最高浓度需求值,这样可以保障需求最高的加工工步的刀具要求满足,如加工铝合金的切削液浓度一般选择8%~10%(10%~12%为特殊刀具的浓度要求),而加工铸铁的浓度一般选择5%~7%。

3.切削液的清洁度

由于铰孔的加工余量小,刀具本身的容屑槽较浅,刀杆的内冷却液孔也不大,因而对切削液的清洁度要求较高。在我们的生产中,同样的两台铰孔设备,加工同样的内容,某天,一台设备的铰孔质量突然变得很差,出现了拉毛现象,且该孔是中间有空档的两段孔,还出现了上大下小的情况,而另外一台设备的铰孔质量仍然很好。我们从加工参数、主轴跳动方面寻找原因,没有找到问题。最后我们考虑到是否与切削液相关,于是先尝试了提高切削液浓度,由8%提高至10%,但效果仍然不好,之后又尝试了更换切削液,并对切削液的反冲过滤器进行清洗,完成了这些工作后,试铰孔,孔壁精度完全满足要求,说明切削液的清洁度对铰孔精度有直接影响。

实际生产中,冷却液的清洁度不好还直接影响到刀具的使用。如一些内冷却液孔冷却的铰刀,因为冷却液脏而堵塞内冷却液孔的案例很多,一旦冷却液孔堵塞,切屑往往不能够正常排出去,这样就会出现已加工孔壁拉毛,使工件报废。另外,冷却液脏还影响到刀具及刀杆,如图2的刀杆就是因为冷却液太脏,切屑粘在刀杆上,使刀杆扭矩上升而出现扭损,最终导致了刀杆不能够正常使用而报废、工件也不得不报废的失效后果。


图2 冷却液太脏致使刀杆扭矩上升而出现扭损并最终报废

4.切削液的温度

润滑作用是靠切削液渗透到刀具与工件的接触表面之间形成很薄的油膜,从而减少刀具与工件切削面之间的摩擦,减轻切屑与刀具的粘附和积屑瘤的产生。要形成油膜,切削液必须具有一定的黏度,但温度对黏度有不可忽视的影响。就一整天来看,随着室内环境温度的变化,冷却液的温度会发生一些变化,同时,设备内的切削液温度还会因加工时间的延续而发生变化,因此,环境温度的控制有利于加工质量的保障,特别是精加工;就一年四季来看,夏天和冬天的温差则更大,同样浓度的乳化液,夏天黏度变小,冬天黏度变大,因此,选用乳化液时,夏天应选用黏度较大的,冬天则应选用黏度稍小的。

结语

为了提高铰孔的效率、工件的精度和表面质量,同时延长刀具使用寿命,获得最佳经济效益,除了机床、刀具和合理的切削参数等通常的关注对象以外,根据加工对象选择合适的切削液种类、采用合理的切削液浓度、保证切削液的清洁度以及控制切削液的温度变化等,都将有利于保障铰孔质量。(end)

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