不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝

         不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝不銹鋼材料廣泛用于醫(yī)療器械、建筑材料、汽車部件以及家用電器。但是，由于不銹鋼的切削性較差，被稱為難切削材料。在切削條件設(shè)置不當(dāng)、工作機(jī)械剛性不好的情況下，不銹鋼會(huì)顯示出令人吃驚的難切削性。另外，采用傳統(tǒng)的切削方法，切削加工過(guò)程中要使用切削液，以達(dá)到冷卻和潤(rùn)滑以及排出切屑的目的。切削液分為兩種，一種是水不溶性礦物質(zhì)切削液，另一種為水溶性切削液，也稱為乳化液。后者冷卻性好，價(jià)格低，被廣泛用于生產(chǎn)加工中，但由于潤(rùn)滑性能比前者差，在使用中為提高潤(rùn)滑性能往往要使用添加劑。當(dāng)前使用的添加劑中，大多含有硫、磷、氯等有害成分。這些有害成分在切削加工過(guò)程中，揮發(fā)到空氣中，對(duì)操作人員的身體健康會(huì)帶來(lái)很大危害。試驗(yàn)所用不銹鋼材料為計(jì)算機(jī)中硬盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)中的零件。在對(duì)傳統(tǒng)的切削方法進(jìn)行調(diào)查之后，研究了用冷風(fēng)冷卻，微量植物油潤(rùn)滑的加工方法。以期達(dá)到提高加工精度、延長(zhǎng)刀具壽命的目的，由此為實(shí)現(xiàn)ISO14000的要求奠定基礎(chǔ)。

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝不銹鋼材料特性和切削問(wèn)題

不銹鋼材料分為馬氏體、鐵素體和奧氏體三種。不銹鋼材料的特性以及由此產(chǎn)生的切削問(wèn)題分以下三點(diǎn)說(shuō)明。

(1)加工硬化性大：
切削過(guò)程中，被加工材料產(chǎn)生塑性變形，由此被加工表面形成硬化層。硬化層的出現(xiàn)會(huì)加劇刀具的磨損，特別是刀具的邊界磨損。
(2)導(dǎo)熱率低：
切削加工產(chǎn)生的熱量70%～80%是由切屑帶走。但是，材料的導(dǎo)熱率低時(shí)，切屑帶走的熱量就少。切削點(diǎn)的溫度上升，刀具壽命就會(huì)變短。
(3)親和性大：
被加工材料的親和性大，易使刀尖產(chǎn)生積屑瘤和后刀面產(chǎn)生附著物，從而使被加工表面精度下降。

試驗(yàn)所用材料為鐵素體不銹鋼，日本國(guó)內(nèi)牌號(hào)為SUS430F，化學(xué)成分如表1所示。
 

表1　SUS430F化學(xué)成分

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝?yán)滹L(fēng)加工試驗(yàn)

一般切削方法要大量使用切削液，進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑，以期達(dá)到提高刀具壽命和表面粗糙度的目的。而冷風(fēng)切削加工方法是將-10℃～-30℃的冷風(fēng)對(duì)切削點(diǎn)進(jìn)行冷卻的同時(shí)，對(duì)刀具前后刀面供給微量植物油，以此起到降低切削溫度以及潤(rùn)滑的作用。

2.1　bluebe切削液和冷風(fēng)供給系統(tǒng)

2.1.1　bluebe切削液LB-1

bluebe切削液是美國(guó)航空航天產(chǎn)業(yè)針對(duì)難削材加工所開發(fā)的高潤(rùn)滑性能切削液，它是從天然植物油中提取出來(lái)的，屬于天然有機(jī)物，自然分解率比礦物質(zhì)切削液高，對(duì)環(huán)境沒有公害，對(duì)人體沒有毒性。

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝　冷風(fēng)和微量切削液供給裝置

試驗(yàn)裝置見圖1和圖2。如圖1所示，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣，一條通過(guò)bluebe給油機(jī)同bluebe切削液混合霧化供給刀具的前刀面以及后刀面，另一條通過(guò)渦流式冷卻管被冷卻到-10℃～-20℃供給切削點(diǎn)。

圖不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝刀具：硬質(zhì)合金K10；切削速度v=150 m/min；進(jìn)給量f=0.055 mm/r；切削深度ap=0.1mm。
為同一般切削方法進(jìn)行比較，試驗(yàn)也使用了水不溶切削液GM15(日本國(guó)內(nèi)牌號(hào))。試驗(yàn)分為3種情況：
使用水不溶性切削液GM15。
使用-10℃冷風(fēng)，不加bluebe微量切削液。
bluebe微量切削液同-10℃冷風(fēng)同時(shí)使用。

在以上給定的試驗(yàn)條件下進(jìn)行研究，對(duì)所得到的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較，從而對(duì)冷風(fēng)加工的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝如圖3所示，使用水不溶性切削液GM15時(shí)刀具的刀尖處形成了積屑瘤。積屑瘤的產(chǎn)生、成長(zhǎng)以致于脫落，既不規(guī)則也不穩(wěn)定。脫落下來(lái)的積屑瘤一部分被切屑帶走，另一部分會(huì)粘附在被加工表面，造成已加工表面粗糙度下降。有人認(rèn)為積屑瘤有保護(hù)刀具的作用，但實(shí)際上積屑瘤在脫落時(shí)往往會(huì)將部分刀具材料同時(shí)帶走，從而加劇了刀具的磨損。因此，積屑瘤對(duì)于精密切削來(lái)講，是非常有害的。與此相比，僅供給冷風(fēng)的切削試驗(yàn)b和同時(shí)使用bluebe微量切削液與冷風(fēng)的切削試驗(yàn)c，刀具刀尖部的積屑瘤比試驗(yàn)a明顯減少。這說(shuō)明冷風(fēng)切削對(duì)減少積屑瘤有非常明顯的效果。另外bluebe微量切削液可以浸透到刀具后刀面和被加工表面之間以及刀具前刀面和切屑間，減少兩者之間的摩擦，進(jìn)而使積屑瘤減少。

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝試驗(yàn)c
圖3　K10刀具磨損顯微成像以及加工表面顯微成像

2.3.2　刀具的磨損

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝如圖4可以看出，試驗(yàn)a和試驗(yàn)c的刀具磨損量相近，而試驗(yàn)b的刀具磨損較大，這表明bluebe微量切削液在減少刀具磨損方面起著重要的作用。

圖4　K10刀具的磨損曲線

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝　加工表面

隨著積屑瘤的減少，加工表面的精度提高了。雖然試驗(yàn)a和試驗(yàn)c的刀具磨損量相近，但由于試驗(yàn)c的表面粗糙度得到改善，同時(shí)也就延長(zhǎng)了刀具的壽命。如圖4和圖5所示，試驗(yàn)c的加工表面狀況最理想。在其他的冷風(fēng)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，bluebe微量切削液供給到刀具的后刀面效果為最好。

圖5　表面粗糙度變化曲線

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝?yán)滹L(fēng)加工符合環(huán)境保護(hù)的要

大量切削液的使用對(duì)于提高產(chǎn)品精度起了很大作用，但是隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的限制，它又將被使用微量植物油的冷風(fēng)切削加工技術(shù)所代替。

一般切削加工所產(chǎn)生的廢液要經(jīng)過(guò)高溫燃燒處理。隨著產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大，廢液的燃燒處理會(huì)加速地球的溫室效應(yīng)，從而對(duì)環(huán)境造成很大影響。在發(fā)達(dá)國(guó)家，廢液處理成本在逐年上升，這也是企業(yè)生產(chǎn)成本上升的主要原因之一。冷風(fēng)切削加工產(chǎn)生的切屑可直接作為再生資源得到利用，從而實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)模式，這對(duì)保護(hù)環(huán)境有著非常重大的意義。

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝結(jié)論

本研究針對(duì)不銹鋼SUS430F的難削性，從一般切削方法入手，分析了在使用硬質(zhì)合金K10刀具和水不溶性切削液GM15時(shí)所出現(xiàn)的問(wèn)題。進(jìn)而采用冷風(fēng)切削加工技術(shù)，解決了一般切削加工方法的弊端，得到了滿意的結(jié)果。由上述研究可得出以下結(jié)論：

不銹鋼加工件冷風(fēng)切削加工的環(huán)保工藝使用水不溶性切削液GM15時(shí)，刀尖處易形成積屑瘤，直接影響了加工表面的精度和刀具使用壽命。
冷風(fēng)和微量植物性切削液同時(shí)使用時(shí)，提高加工表面精度的同時(shí)也延長(zhǎng)了刀具壽命。
冷風(fēng)切削加工可降低生產(chǎn)成本。
微量植物性切削液可防止加工出來(lái)的零件生銹。
冷風(fēng)切削加工技術(shù)可防止環(huán)境污染。