孫林平 趙四海

1Cr18Ni9Ti材料的低溫冷風(fēng)車削性能實(shí)驗(yàn)研究

孫林平 趙四海

（中國(guó)工程物理研究院材料研究所 四川江油621907）

通過(guò)對(duì)1Cr18Ni9Ti材料在不同切削參數(shù)下的濕式車削和低溫冷風(fēng)車削實(shí)驗(yàn)對(duì)比，研究在低溫冷風(fēng)條件下，刀具的磨損情況以及切削參數(shù)對(duì)材料表面質(zhì)量的影響，為低溫冷風(fēng)車削技術(shù)在1Cr18Ni9Ti材料上的應(yīng)用提供必要的依據(jù)。

1Cr18Ni9Ti 低溫冷風(fēng) 車削性能

1Cr18Ni9Ti不銹鋼具有較高的韌性和塑性、優(yōu)良的耐腐蝕和耐高溫性能，在石油、化工、零件制造等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。不銹鋼材料屬于難加工材料，其車削性能較差，且有些特殊零部件明確要求加工中不得使用冷卻液。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，通常采用較低的切削速度、進(jìn)給量和較小的切削深度進(jìn)行加工，導(dǎo)致加工效率低下。因此，有必要尋找一種新的冷卻方式對(duì)該零件進(jìn)行冷卻，以提高加工效率，并進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。

低溫冷風(fēng)切削是將壓縮空氣降低到-10℃～-100℃，混入微量潤(rùn)滑劑，對(duì)切削點(diǎn)進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑和排屑的一種車削技術(shù)。它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)約切削液采購(gòu)費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本；（2）成倍的提高加工效率；（3）工件尺寸受加工溫度影響小，質(zhì)量穩(wěn)定；（4）刀具壽命成倍延長(zhǎng)，降低刀具成本；（5）幾乎無(wú)污染，改善生產(chǎn)條件。低溫冷風(fēng)對(duì)不同材料的影響是不同的，因此，有必要對(duì)1Cr18Ni9Ti材料的低溫冷風(fēng)車削性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為低溫冷風(fēng)切削技術(shù)在1Cr18Ni9Ti材料上的應(yīng)用提供必要的依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)條件及參數(shù)

實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的機(jī)床YCM-TL-26的數(shù)控機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速范圍（10～4 500）r/min，操作系統(tǒng)為FANUC系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)中使用的冷風(fēng)射流機(jī)為CTL-50/1.5，入口空氣壓力范圍（0.3～0.8）MPa，冷風(fēng)溫度（-10～-60）℃，額定空氣流量1.5 m3/min。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的冷風(fēng)溫度為-60℃，入口空氣壓力0.3 MPa。

實(shí)驗(yàn)材料均為1Cr18Ni9Ti，屬于特殊專用材料，其主要的力學(xué)性能如表1所示。

表1 1Cr18Ni9Ti材料主要力學(xué)性能表

2 實(shí)驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)分析

2.1 低溫冷風(fēng)對(duì)表面質(zhì)量的影響

2.1.1不同切削速度下表面質(zhì)量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料采用直徑為Φ50的棒料，切削時(shí)冷風(fēng)溫度為-60℃，冷風(fēng)壓力0.3MPa，根據(jù)刀具加工性能和實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，按表2所示切削參數(shù)進(jìn)行切削速度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到不同切削速度下，常規(guī)切削和低溫冷風(fēng)切削工件的表面質(zhì)量對(duì)比圖，如圖1所示。

表2 切削速度與表面質(zhì)量影響試驗(yàn)表

從圖1中可以看出：（1）兩種冷卻方式下切削速度對(duì)1Cr18Ni9Ti材料表面粗糙度的影響不顯著；（2）在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，同樣的切削速度，冷風(fēng)切削的工件表面質(zhì)量好于常規(guī)切削。

圖1 不同切削速度下的表面質(zhì)量對(duì)比圖

2.1.2不同進(jìn)給量下表面質(zhì)量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料采用直徑為Φ50的棒料，切削時(shí)冷風(fēng)溫度為-60℃，冷風(fēng)壓力0.3 MPa，根據(jù)刀具參數(shù)和實(shí)際加工中采用的進(jìn)給量，按表3所示切削參數(shù)進(jìn)行進(jìn)給量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到不同進(jìn)給量下，常規(guī)冷卻液切削和低溫冷風(fēng)切削工件的表面質(zhì)量對(duì)比圖，如圖2所示。

表3 切削速度與表面質(zhì)量影響試驗(yàn)表

圖2 不同進(jìn)給量下的表面質(zhì)量對(duì)比圖

從圖2中可以看出：（1）兩種冷卻方式下表面粗糙度隨著進(jìn)給量的增加而增大，基本呈線性關(guān)系；（2）在試驗(yàn)范圍內(nèi)，冷風(fēng)切削的工件表面質(zhì)量略優(yōu)于常規(guī)切削。

2.1.3不同切削深度下表面質(zhì)量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料采用直徑為Φ50的棒料，切削時(shí)冷風(fēng)溫度為-60℃，冷風(fēng)壓力0.3 MPa，根據(jù)刀具性能和加工經(jīng)驗(yàn)，按表4所示切削參數(shù)進(jìn)行切削深度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到不同切削深度下，常規(guī)冷卻液切削和低溫冷風(fēng)切削工件的表面質(zhì)量對(duì)比圖，如圖3所示。

表4 切削深度與表面質(zhì)量影響試驗(yàn)表

圖3 不同切削深度下的表面質(zhì)量對(duì)比圖

從圖3中可以看出：（1）兩種冷卻方式下，工件表面粗糙度在切削深度為1.6mm時(shí)達(dá)到最小值，說(shuō)明在切削速度和進(jìn)給量確定的狀態(tài)下，均有一個(gè)最佳的切削深度與之對(duì)應(yīng)；（2）在試驗(yàn)范圍內(nèi)，冷風(fēng)切削的工件表面質(zhì)量略優(yōu)于常規(guī)切削。

2.1.4冷風(fēng)溫度對(duì)表面質(zhì)量的影響

實(shí)驗(yàn)材料采用直徑為Φ50的棒料，冷風(fēng)壓力0.3 MPa，根據(jù)冷風(fēng)射流機(jī)的溫度調(diào)節(jié)范圍，按表5所示切削參數(shù)進(jìn)行冷風(fēng)溫度對(duì)表面質(zhì)量的影響實(shí)驗(yàn)，得到不同冷風(fēng)溫度下工件的表面質(zhì)量對(duì)比圖，如圖4所示。

從圖4中可以看出：隨著冷風(fēng)溫度的降低，工件表面質(zhì)量逐漸提高，但整體效果不是很明顯，說(shuō)明在試驗(yàn)范圍內(nèi)，降到冷風(fēng)溫度對(duì)表面質(zhì)量有一定效果。

表5 冷風(fēng)溫度對(duì)表面質(zhì)量影響實(shí)驗(yàn)表

圖4 冷風(fēng)溫度對(duì)表面質(zhì)量的影響圖

2.2 低溫冷風(fēng)對(duì)刀具磨損的影響

刀具磨損實(shí)驗(yàn)采用直徑為Φ50的棒料，切削時(shí)冷風(fēng)溫度為-60℃，冷風(fēng)壓力0.3MPa，根據(jù)刀具的切削性能和實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，按表6所示切削參數(shù)進(jìn)行刀具磨損實(shí)驗(yàn)，得到常規(guī)冷卻液切削和低溫冷風(fēng)切削工件的刀具磨損對(duì)比圖，如圖5所示。

表6 冷風(fēng)切削對(duì)刀具磨損影響試驗(yàn)表

圖5 冷卻切削與常規(guī)切削刀具磨損對(duì)比圖

從圖5中可以看出：（1）切削初期刀具磨損較快，之后刀具磨損曲線變平緩，與理論的刀具磨損曲線基本一致；（2）相同的切削參數(shù)下，冷風(fēng)切削狀態(tài)下刀具磨損量明顯低于常規(guī)切削。

3 效果驗(yàn)證

在某薄壁零件加工中，采用低溫冷風(fēng)不同溫度進(jìn)行冷卻加工，最終產(chǎn)品的尺寸精度與表面精度均能滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）相同的切削參數(shù)下，低溫冷風(fēng)切削加工的工件表面質(zhì)量?jī)?yōu)于常規(guī)切削；（2）低溫冷風(fēng)可以替代切削液作為冷卻介質(zhì)；（3）冷風(fēng)切削能夠提高刀具使用壽命，降低刀具成本。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)基本掌握了1Cr18Ni9Ti材料在低溫冷風(fēng)條件下的切削性能，為低溫冷風(fēng)車削技術(shù)在1Cr18Ni9Ti材料上的應(yīng)用提供了一定的依據(jù)。

[1] 任家隆.車削Cr12材料的綠色冷卻工藝探討[J].華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,(6):66-69.

[2] 任家隆.氣體射流冷卻切削[J].現(xiàn)代制造工程,2001, (12):58-60.

[3] 楊穎.低溫冷風(fēng)在綠色加工中應(yīng)用的若干問(wèn)題研究[D]重慶:重慶大學(xué)，2004：127-129.

[4] 何靜.低溫冷風(fēng)加工難切削材料的試驗(yàn)研究[D].重慶:重慶大學(xué),2006(5).