摘要


在机械加工过程中使用切削液可以降低切削温度，并为工具和工件提供润滑。这意味着更长的工具寿命和改进的表面质量。由于在机加工中使用流体与环境、健康和制造成本有关的问题，需要选择减少其使用。一种称为最低量润滑(MQL)的技术，利用压缩空气向切割区域喷射少量切割液（约10-100毫升/小时），融合干切割和洪水冷却的优点。对于切削液的类型，植物油由于其优越的润滑性和高压性能，是MQL中常用的切削液。本研究评价了使用蓖麻油作为切削液的MQL的性能。工件为硬化不锈钢48HRC。并将试验结果与干式切削的试验结果进行了比较。研究发现，在特定的车削过程中，使用少量50ml/h的润滑剂比干切削有更好的效果。表面粗糙度和切割力也有所增强，尽管略有增强。从结果来看，MQL可以是一种很好的技术，为车削硬化不锈钢使用涂层硬质合金切割工具，切割参数高达170m/min切割速度和0.24mm/转速的饲料。


1、    介绍


在加工过程中使用切削液对降低温度和工件的润滑有显著作用，从而延长刀具寿命，提高表面质量。另一方面，众所周知，在机械加工中使用切削流体对环境、工人的健康和制造成本都有副作用。根据克洛克和艾森布拉特·[1]的数据，切割液体的成本约占总产量的17%。考虑到按工具计算只有4%，这个数字很大。还报告说，通过降低切削液[2]的处理成本，减少切削液的使用在经济上是有利的。切削液浓度从5%降低到3%可以延长工具寿命。由于在机械加工中使用流体需要解决的问题，研究人员一直在寻找减少其使用的选择。


最近，一种被称为微量润滑(MQL)的技术被开发出来，以合并干切割和湿切割的优点。MQL是一种利用压缩空气向切割区区域喷射少量切割液(约10-100ml/h)的技术。在提高刀具寿命、降低切割力和温度、提高表面质量方面，整体性能优于干转弯和常规湿转弯，有利于环境和经济[4,5]。它被用于加工各种工件材料，包括钢、铝合金和铬镍铁，使用硬质合金工具[6,7,10]。使用MQL，切削液可以深入到工具芯片和工具工件界面，从而取得积极的效果。


切削流体类型也是机械加工中的重要参数。Avila和Abrao[3]调查使用不同的切割液（两个乳剂和一个合成）相比干切时将硬化钢(49HRC)使用混合氧化铝工具，发现乳状液液体（没有矿物油）和干切产生更好的结果比合成液体和乳剂与矿物油。在本研究中，使用植物油作为切削液是一个值得关注的问题。植物油是MQL常用的切削液，因为其优越的润滑和高压性能[8]。植物油在许多应用的资源可再生性、生物降解性和性能效率方面具有环境友好的形象。它们在MQL中的应用已经有一些积极的结果被报道。Dhar等人[4]报道，使用植物油应用MQL技术比干切的切割力降低了5-15%。Khan等人[9]报道，MQL在使用植物油作为切削液加工AISI9310合金钢时，MQL提高了可加工性能。


本研究评价了使用蓖麻油作为切削液的MQL的性能。工件为硬化不锈钢48HRC。并将试验结果与干式切削的试验结果进行了比较。


2、    试验细节


机加工是在Alpha1350S数控车床上进行。刀具为WC-6%wCo基材，上面覆盖着PVDTiAlN涂层。该涂层硬质合金工具的ISO名称为CNMG120408，其鼻部半径上的雨刮器几何形状为0.8毫米。它被安装在一个右工具架上，ISO指定为MCLNR1616H12，给予-5˚侧和后耙角，5˚侧和末端切边角和0˚浮雕角。工件为AISI420不锈钢棒，硬度为47-48HRC。据制造商通知，该工件的化学成分分别为0.38%C、0.9%Si、0.5%Mn、13.6%Cr和0.3%V。切削参数为切削速度为100、135和170m/min，进料速率为0.16、0.2和0.24mm/rev，切削深度不变为0.2mm。参数的选择是基于作者之前使用碳化合金工具[11]转动硬火钢的工作。MQL的切割液流速和气压分别为50ml/h和5bar。蓖麻油被用作切削液。作为对照，还进行了相同参数的干切削。


测量的响应是刀具寿命、表面粗糙度和切割力。刀具寿命标准设置为最大侧翼磨损0.12mm，或刀具断裂（灾难性故障），或机加工工件的表面粗糙度超过1.6µm。使用数字显微镜(Zeiss，Stemi200-C型)测量工具的磨损情况。在每个预设的切割时间进行测量，直到刀具磨损达到刀具寿命标准。测量时没有将工具从支架上移出，以避免偏差误差。使用MitutoyoSJ-301测量表面粗糙度，设置为截止长度为0.8mm。测量了机加工表面不同部位的表面粗糙度，并在刀具寿命结束时取平均值。使用连接到数控车床的动态计(Kistler9265B，3轴)测量了切削力的三个分量。测量每个刀具的力，并在刀具寿命结束时取平均值。


3、    结果和讨论


本研究中测量的干式切削加工响应（表1）与我们之前的研究趋势相同(kurniawanetal.[11])。增加切削速度和进料量会降低刀具的使用寿命。在表面粗糙度方面，随着切削速度和进料速度的增加，表面粗糙度略有增加。这与之前的研究不同，之前研究发现任何材料去除率的表面粗糙度都没有变化。这种变化很可能是由于进料在理论上对表面韧性有直接的影响。对于切削力，切向力是所有力方向中最大的。如预期的那样，作用力随着切削速度和进料量的增加而增加。


3.1    刀具寿命