金属控制切削和干切削的切削液外文翻译资料

 2021-10-26 12:10

英语原文共 4 页

金属控制切削和干切削的切削液

摘要：大量的切削液在金属切削过程中造成环境污染和增加了制造成本。控制切削液是一种现代制造技术面临的严重问题。本文简要介绍了切削液的发展趋势和其局限性。超声振动刀具产生的机制对脉冲波形进行了研究,通过使用和实验已经进行干切削。实验结果表明,切削温度接近室温,刀具磨损较低。没有切削液的干切削是真正意义上的绿色切削技术。

关键字：控制，干切削

材料由不同的设备，通过生产过程制造而成，用于满足和有益于人类需求。用刀具切除材料是制造过程中一种重要的方法。粗糙的边缘部分被切削者切掉使其能够满足操作者要求，因此传统的金属切削产生了足够大的切削力。在切削力作用下切削区产生加强的弹性形变和塑性形变。与此同时，在刀具和薄片的前面，背面和机械加工面产生强烈的摩擦，而副切削刃和机械加工面比纯切削消耗更多的能量，大多数能量转化为使切削局部温度上升的切削热。

有时温度会高达1000摄氏度，而磨削温度可能会更高。切削温度加速刀具磨损,使切削过程更加困难。生成的热变形降低系统的平衡过程,并且影响加工精度。它也导致了金相组织机械表面的变化和表面粗糙度的增加。切削液在金属切削过程中能够增加润滑性,降低刀具和工件之间的摩擦。特别是钛合金等难加工材料的加工,高温合金、高性能切削液必须使用,否则这个过程很难进行。因此,切削液加工行业中得到了广泛应用。统计数据显示,在中国每年切削液的消耗量在700000sim;850000吨。

切削液在制造行业发挥了重要作用,及其消耗水平也变得越来越大。然而,由于切削液新兴的缺点,减少切削液的使用或是不使用它逐渐成为一个重要的目标。最近,避免公害、环境污染和灾害，保障人类的安全与健康工作已经引起了全球和整个社会的广泛关注。为了控制切削液的使用，建立了众多国际法律法规，地方和国家的等级标准。以德国为例,严格限制了废水和废渣的处理。相关的法律已经从1950年的2条增加到2006年的58条，而且仍有进一步增加的趋势。切削液的使用和环境保护之间的矛盾越来越明显。因此,我们必须探索新技术和新科技来保护环境和资源,并保持人类社会的可持续发展。

使用和控制切削液的问题

切削液使用的问题

1.工业消耗的增加

使用切削液消耗大量的资源和能源，因此加工成本上升。在日本，切削液的消耗每年达到8亿升。使用切削液消耗的能量约是整个加工行业的1/10。切削液的费用已经占据了机械零件的加工成本的14%-17%。
美国Baylers叶片涂料公司的数据表明,切削液的消耗量是刀具的费用3sim;4倍。据统计,切削液废物处理总成本占生产成本的20%

2.污染环境

切削液包含了硫，磷，氯和其他添加剂。由于切削温度高,切削液挥发产生污染环境的烟雾和气体。未经处理的乳液含有浓度达到20000 mg / L的石油,达到18000 mg / L的化学需氧量(COD),和9300 mg / L生化需氧量(BOD）。据不完全统计,在我们日常生活中只有机械行业乳液消耗达到一亿吨的排放。因此,我们必须高度重视环境问题。

3.危害身体

A.在金属切削过程中,当触碰到时切削液可能引起过敏，如手皮肤发红、发痒、接触性皮炎和脱皮。长期接触带有有毒成分的切削液,有毒物质可能被吸收,引起各种疾病,甚至癌症。它极大地威胁工人的身心健康。尽管已经使用安全措施和采用无毒高效切削液,达到节约资源,保护环境和维护人类健康的目的仍然是非常困难的。实现目标的基本方法必须创建新的切割技术和采用没有切削液。

B.切削液的使用，控制和限制

随着技术的发展,越来越多的理解环境污染问题和日益严格的环境法规迫使机械制造企业重视环境问题的严重性。因此,无污染环境,不危害人类健康的绿色切削概念被提出。在这块领域各个国家的学者有很多的实验研究,并开发许多切削润滑技术。冷却润滑切割技术,具有以下几点明显的效果

1）低温冷风切削及其问题

低温冷空气系统输送低温冷空气进入切削区,这样,切削区温度降低,刀具寿命增加。问题是必须注入少量的植物油使他们能防锈、润滑。因此这项技术依旧污染环境以及它复杂的系统,所以广泛推广和采用是困难的。

2)液态氮冷却干切割及其问题

液态氮能在低温条件下切割。有两种类型。第一种是液氮被注入通过液氮瓶本身的压力。第二种类型是接加热液体时液态氮间接冷却刀具，,热量被但蒸发带走。这是一种低温冷切割技术。液态氮是氧气的过程的副产品。这种技术不污染环境。这项技术是非常便宜的,可能被重用。它的问题是昂贵的存储设备和不方便的使用。此外,液氮切削加工，机械表面的化学活性很强,当它暴露在空气中时会很快生锈。它需要防范生锈的过程，而且也有空气污染。

3）静态冷却干切削

静态冷却干切削技术是前苏联科学家在1980年代发明的干切削技术之一。它的基本原则是使空气电离和臭氧化空气压缩,在切削区保持一个特殊的空气环境。消耗的能量最多25 w。这种特殊的分氛围不仅可以降低切削区温度,而且还可以形成氧化膜,这种氧化膜在刀具和削片之间，刀具和工件表面间起润滑作用。它使加工表面处于压缩的应力状态,所以可能会增加机器的生命元素。实验表明,使用静态的干切削冷却,该刀具寿命比潮湿切割长或一致。在某种程度上切削力减少了。但问题是,其切削机制仍然是挤压切割、它的切削温度依靠介质降低，和使用压缩空气。

4）水蒸气冷却润滑剂切割

水蒸气冷却润滑剂用于切削区的冷却和润滑，可以降低切削温度和切削力,,提高刀具寿命。 han Rongdi,哈尔滨工业大学教授在这一领域进行了一项研究。实验结果表明,这样的刀具寿命略长于使用乳液作为冷却润滑剂的刀具寿命。原理是渗透比液体好的水蒸气有冷却和润滑的能力。一些学者认为原理刀具与芯片接触区域的润滑原理和毛细是渗透理论是一样的，即刀具和芯片接触区域之间的润滑是通过毛细管作用,蒸汽弥漫在毛细管的时间远短于毛细管的存在时间,同时蒸汽可能与毛细管壁形成润滑层而不是抹去氧化膜,可阻止工刀具和芯片直接接触。润滑层可能会降低刀具和芯片之间的摩擦,所以扩散的趋势和胶结却降低了。

水蒸气不仅能有效地润滑,但也可以增强对流传热能力,可有效地降低温度。这使得水蒸气比低温液体或气体作为冷却润滑剂要好。这种方法的局限性是高温蒸汽设备是必需的,水蒸气可能影响操作者的周边和腐蚀设备与部件。

除了以上可以显著的减少污染的冷却方法，最小数量润滑切削也对减少切削液的使用进行了研究。研究和推广新工艺和技术，处理切削废液,,迫在眉睫。例如,有乳液通过磁场或超声波处理技术节约能源和减少排放。

超声振动干切削

切削温度是由工件和工具挤压产生的。消除挤压过程中控制切削温度的基本方法。所以有必要创建一种纯切削机制没有挤压可能消除生成温度的条件。在1950年代,J。日本学者,kumabe发明了超声振动切削技术。后来学者进行广泛研究超声振动切割,并获得了很棒的结果与传统的金属切削。超声振动刀具能使切削温度接近室温,而且含有能在真正意义上实现干切削的削剪机制。作者进行了广泛的超声振动切削研究和干切削实验。实验结果表明,超声振动钻孔的质量可以达到或超过磨,和工具没有刀具磨损。

超声振动切削的原理和机制

超声波系统是安装在车床的纵向滑座上,使得超声系统一起运动。应用超声波的工具,该工具产生扭转振动，超声振动频率的方向是沿着一个圆和振幅约0.015毫米。干燥超声振动钻孔的结果在表1中列出。

表一.粗糙度和冷作硬化与干燥超声振动钻孔

Materials

40CrMnSiNoVA (50sim;55HRC)

1Crl8Ni9Ti

Roughness Ra (mu;m)

le;0.3

le;0.7

Hardening Degree N

45.1%

45.2%

表1表明,在超声振动钻孔下时表面粗糙度和冷作硬化低于传统的钻孔。刀具磨损。切削温度接近室温。40 crmnsinova 合金钢(50sim;55 hrc不能在常用的钻孔下处理）这是因为超声振动有很优越的切削机制。

越的切削机制。

图1所示，超声振动切削的机理

1)专注于微切割单元的脉冲能量

如超声振动的原理图是图1所示。当Vle;1/3V cr, V是切割速度切割速度，Vcr时临界切割速度。当切削速度符合振动速度方向、工具和与工件分离,则不产生芯片，如果两个方向是相反的,芯片生成。切割过程周期恒定并且不连续。切削力的波形图2所示。生成的常规脉冲力用于测试材料，常规脉冲力的行动的能量脉冲力高度集中在时间,空间和强度。脉冲能量释放后在不到10000秒,切割单元的有效面积由进给速率(t)繁殖的切削速度(v)和把工具振动频率(f)计算得出。 加工表面的限额被分为上面的小单位,而且再次被移除。切割后的表面微观单元是统一的，而且是漂亮的网格模式[10]。超声脉冲的加速器是22657 g, g的重力加速度,当振幅= 0.013和振动频率f = 20.8 khz这个条件下的材料切割。

图2，超声振动切削的波形

2) 减少或消除切削温度和弹性挤压

由于常规脉冲切削，通过被超声振动切削技术削弱的加工的弹性挤压,和切削变形变形是最小的。切片的测量收缩系数约为1。切片厚度均匀，薄且长、明亮,没有变化的颜色和高延展性。由于消除弹性挤压切削力大大减少。切削温度几乎和室温一样。你不能感觉热度当切片在加工区域工作时。刀具寿命大大提高,切割过程中没有明显的磨损。

3) 大大消除微弹性振动和减少振动切削力

根据振动理论,当f / f0ge;3,系统是稳定的,位移工件和工具之间处于相对静止状态。一般来说,系统自然频率f0小于5 KHz,超声波频率大于18 KHz。因此,工件和工具之间的位移误差敏感方向是静态位移方向。在一段时间内,切割时间tc = (1/3sim;1/10) T,因此切削力大大降低。

4) 减少粘着磨损和加速散热

工具是每秒振动20000次,产生巨大的能量,所以切片几乎可以坚持及保持工具。与此同时,空气冷却切削区,而不需要在超声振动切削切削液。切削温度接近室温,所以几乎没有刀具磨损。

实验应用超声振动干燥潮湿的钻孔

40 crmnsinova (50sim;55 hrc)的钻孔和1 cr18ni9ti用干切削单独超声振动和潮湿的超声振动。切削温度降低到室温。在切削区切片用手传递时不会有灼烧感。表2显示了粗糙度和冷作硬化潮湿的钻孔与超声振动。对比表1和表二,切削液表面上的主要参数的影响不大。超声振动切削可能在真正意义上实现干切削。

表二.粗糙度和冷作硬化在潮湿的钻孔与超声振动

Materials

40CrMnSiNoVA (50sim;55HRC)

1Crl8Ni9Ti

Roughness Ra (mu;m)

le;0.3

le;0.5

Hardening Degree N

43.1%

45.1%

总结

人类实现可持续发展,节约资源和能源,保护环境。所以控制切削液的使用和排放是非常重要的。控制切削液既可以使用最小数量的润滑油,以减少切削液,或减少有害物质的含量,以降低污染水平。上述方法也对切削液的处理有实际意义吗?不使用切削液的干切削技术发展对保护环境具有决定性意义。有必要大力发展超声振动切割,拥有非常优越的切削机理和可能在真正意义上实现干切削。

对生态环境友好的金属切削液的热和流变行为

摘要：金属切削液(mcf)或切削液广泛应用工业产品传统上基于碳氢化合物。然而,碳氢化合物切削液热稳定性较低,倾向于在应用蒸发,造成了环境和人类的健康问题。其中一个最有前途的切削液是基于植物油,由于高水平的生物降解性和低毒性,尽管植物油不饱和现象,减少其氧化稳定性。这项工作评估的热量和流变行为两种化学改性棉籽油:使环氧化液体和羟化液,除了修改的棉籽油和商业切削液。热重分析表明,商业切削液开始volatization低温(100°C),而所有切削液衍生品棉籽油的热阻高于300°C下惰性气氛。切削液所牛顿行为(幂律指数= 1),粘度0.12plusmn;0.05 Pa。小差异表明类似的润滑性。正如预期的那样,所有液体的粘度随温度降低。明显的激活能量降低的顺序商业切削液gt; gt;使环氧化液体棉籽油gt;羟化液。羟化液的表观活化能降低显示更好的传热流体由于对流。

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