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MAG的低溫加工系統中,溫度為-196的液氮通過主軸、刀柄和刀體內部的管道流動,然後通過在切削刀片中用放電加工方式加工的出口,到達距剪切面不到1mm處。

 

在低溫加工系統中,液態二氧化碳和液氮可以作為有效的冷卻劑。以前的低溫加工系統都是通過管道將超冷液體從外部引到刀具/工件介面處,為了在切削難加工材料時提高切削速度和延長刀具壽命,機床製造商MAG工業自動化系統公司開發了主軸內冷卻低溫加工新技術。

MAG公司高級刀具工程師George Georgiou介紹,在MAG的低溫加工系統中,溫度為-196的液氮通過主軸、刀柄和刀體內部的管道流動,然後通過在切削刀片中用放電加工(EDM)方式加工的出口,到達距剪切面不到1mm處。Georgiou說,“低溫冷卻液對切削時產生的高溫具有超強冷卻能力,可以防止切削熱傳入刀具切削刃。”

他補充說,主軸內採用真空管道來絕熱,刀柄和刀體(包括安裝刀片的刀座)中的管道則採用了一種導熱率極低的材料。到達切削點時,最初加注的液氮仍有近50%保持液態。在將切削熱從刀具/工件介面處帶走後,原來的液體變為氣體(其中包含80%的氮氣)散入周圍的空氣中。為了防止局部區域氮氣濃度過高,使氧氣含量減少,採用了多個感測器監測周圍空氣中的氮氣含量,如果發現環境空氣品質不安全,則會暫時關閉液氮流。

MAG公司估計,在低溫銑削和鏜削時,每個切削刃每分鐘大約要消耗0.04冷卻劑;而在低溫鑽削和攻絲中,冷卻劑的消耗量要少一些,因為加工時刀具被包圍在工件內。

內冷卻低溫加工還可以與外部供液的最小量潤滑(MQL)技術合併使用,以減小刀具的摩擦與粘附。這是因為,低溫加工的目標是減小由切削熱引起的刀具磨損,但並不能起到潤滑作用,因此需要借助於MQL技術。MQL可以有效防止因刀具過熱和軟化而造成的磨損加快。

儘管這種低溫加工技術仍然處於開發過程中,但據MAG公司介紹,應用該技術銑削蠕墨鑄鐵(CGI)時,可使硬質合金刀具的切削速度提高60%,使聚晶金剛石(PCD)刀具的切削速度提高3倍。該公司設計副總裁Doug Watts說,“通過外加MQL潤滑,可使硬質合金刀具的切削速度提高到原來的3倍,但PCD刀具的切削速度在已提高3倍的基礎上未見再提高。這些切削試驗重點關注切削速度的提高,而刀具壽命則保持在與採用常規冷卻液時相同的水準上。”

Georgiou指出,在使用MQL潤滑時,PCD刀具的切削速度沒有進一步提高的原因在於,與硬質合金相比,PCD這種超硬材料更不容易磨損,而且能更有效地傳熱。當以大約100m/min的切削速度加工有色金屬材料時,切削熱通常會使PCD分解為碳並失效。在低溫加工中,金剛石在更高的切削速度下仍能保持其性能穩定。

除了蠕墨鑄鐵以外,MAG還對鈦合金和不銹鋼進行了低溫加工試驗。Georgiou說,“今後在航空製造業將會有大規模的資金投入。作為使用越來越多的航空材料,鈦合金不僅切削性不好,而且傳熱性也很差,但我們用低溫技術加工獲得了非常不錯的結果。”

MAG公司計畫,在其機床上提供商品化低溫加工主軸之前,將在IMTS展覽會上展示這項技術,並向其合作夥伴和用戶提供用於改造機床的低溫加工旋轉元件,使他們可以比較低溫加工與常規加工系統的使用效果。

原載:《工具展望》

上載於:2011-11-8 13:25:28

 

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