一种分离超高速切削高压冷却润滑方法技术

本发明专利技术公开了一种分离超高速切削高压冷却润滑方法，包括以下步骤：S1：对机床上的刀具施加超声振动，使超高速切削过程变为超高速断续超声振动切削过程；S2：将高压切削液输送至高压喷嘴并喷向切削加工的切削区；S3：设置切削参数和超声振动参数来调节刀具与工件的分离量，并调节高压切削液的压力；S4：在刀具与工件以超声频率周期性完全分离时，高压切削液进入并流过切削区内部，并在刀具和工件表面形成液膜。本发明专利技术在刀具与加工工件以超声频率周期性完全分离时，高压切削液进入并流过切削区内部，实现对刀具和工件的换热降温，并在刀具和工件表面形成液膜，实现对切削过程的润滑减摩。

【技术实现步骤摘要】
一种分离超高速切削高压冷却润滑方法
本专利技术涉及机械加工
，特别是涉及一种分离超高速切削高压冷却润滑方法。
技术介绍
切削过程中的冷却润滑对刀具加工能力和工件加工质量有着重要影响。切削加工伴随着强烈摩擦，由此导致刀具钝化，刀具工作面质量恶化，能量损耗大。通过使用切削液进行冷却润滑，能增加刀具寿命，提高工件加工精度和表面质量，允许更高的加工效率并降低机械加工期间的能量消耗。高速切削加工技术是一种用比普通切削高得多的切削速度进行切削加工的高效高质新技术，高速切削加工可用于加工有色金属、铸铁、钢等常规材料，但是在切削加工各种钛合金、高温合金、高强钢等难加工合金材料，以及树脂基、金属基、陶瓷基复合材料等脆性材料很难实现高速高质切削。对不同的材料，高速有不同的范围，根据德国Darms-tadt工业大学生产工程与机床研究所(PTW)的高速切削试验，钢、铸铁、镍基合金、钛合金、铝合金、铜合金和纤维增强塑料等七种材料的高速切削速度范围参见图1。由于高速切削时刀具与切屑、刀具与工件间的剧烈摩擦，切削热积累速度比较快，切削区的切削温度很高，用常压切削液冷却无法达到较好的冷却润滑效果，刀具磨损较快，对工件的润滑效果较差。高压切削液的应用在高速切削领域获得了较好的冷却润滑效果，相比常压冷却，高压冷却液的冷却润滑效果更好，一定程度上获得了更长的刀具寿命和工件质量。然而，由于高速及超高速切削时切削区内部压力很大，即使利用高压切削液进行冷却，切削液仍然难以有效进入切削区域，这使得对切削过程的冷却润滑效果难以进一步提高，存在刀具寿命短、工件加工质量难以提高等诸多问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分离超高速切削高压冷却润滑方法，以解决上述现有技术存在的问题，使切削热下降，延长刀具的寿命。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种分离超高速切削高压冷却润滑方法，包括以下步骤：S1：对机床上的刀具施加超声振动，使超高速切削过程变为超高速断续超声振动切削过程；S2：将高压切削液输送至高压喷嘴并喷向切削加工的切削区；S3：设置切削参数和超声振动参数来调节刀具与工件的分离量δ，并调节高压切削液的压力；S4：在刀具与工件以超声频率周期性完全分离时，高压切削液进入并流过切削区内部，并在刀具和工件表面形成液膜。优选的，所述S1中的机床为车床、铣床、钻床或磨床；所述S1中的刀具为车刀、铣刀、磨头、钻头、铰刀或锪钻。优选的，所述S1中的超声振动与刀具切削速度方向垂直，或超声振动存在与切削速度方向垂直的振动分量，使得刀具与工件能够周期性分离。优选的，所述S1中的超声振动为轴向超声振动、径向超声振动或椭圆超声振动。优选的，所述S2中的高压切削液为油基切削液、油基切削雾、水基切削液、水基切削雾或液氮。优选的，所述S2中的高压喷嘴位于刀具的外部或内部。优选的，所述S2中的高压切削液从刀具前刀面、刀具后刀面或同时从刀具前刀面和后刀面喷向切削区。优选的，所述S3中的分离量δ越大，冷却润滑的效果越好；切削参数和振动参数的最佳设置策略为：应使得分离量δ最大，即取较小的相邻两条刀具切削轨迹中心线的偏移量Δ，取较大的振幅A，以及接近180°的相邻两条刀具切削轨迹的相位差优选的，所述S3中分离量δ较小或切削速度较高时，高压切削液的压力设置较高，所述S3中分离量δ较大或切削速度较低时，高压切削液的压力设置较低。优选的，所述S3中的切削参数包括刀具切削线速度、切深和进给量；振动参数为振动频率和振幅，振动频率为16～60kHz，振幅为2-50um；所述S3中的偏移量为1～50um，相位差为30°～330°；所述S3中的切削液压力为50～1000bar。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术在刀具与加工工件以超声频率周期性完全分离时，高压切削液进入并流过切削区内部，实现对刀具和工件的换热降温，并在刀具和工件表面形成液膜，实现对切削过程的润滑减摩。本专利技术能够在高速切削加工航空航天难加工材料的过程中，显著降低切削温度，极大地延长刀具寿命，提高加工效率及质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为不同材料的高速切削速度范围；图2为本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法示意图；图3为本专利技术中的润滑液膜形成示意图；图4为本专利技术中的切削液从前刀面供给示意图；图5为本专利技术中的切削液从后刀面供给示意图；图6为本专利技术中的切削液同时从前刀面和后刀面供给示意图；图7为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法车削示意图；图8为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法铣削示意图一；图9为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法铣削示意图二；图10为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法磨削示意图一；图11为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法磨削示意图二；图12为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法钻削示意图；图13为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法铰削示意图；图14为采用本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法锪孔示意图；图15为本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法与普通超高速切削高压冷却润滑方法切削温度对比图；图16为本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法与普通超高速切削高压冷却润滑方法刀具磨损对比图；图17为本专利技术的分离超高速切削高压冷却润滑方法与普通超高速切削高压冷却润滑方法切削路程对比图；其中：1-工件，2-刀具，21-车刀，22-铣刀，23-磨头，24-钻头，25-铰刀，26-锪钻，3-高压喷嘴。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种分离超高速切削高压冷却润滑方法，以解决上述现有技术存在的问题，使切削热下降，延长刀具的寿命，提高加工效率及质量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例一如图2-图7所示：本实施例将分离超高速切削高压冷却润滑方法应用在车削钛合金工艺中，包括以下步骤：S1：工件1夹持在车床主轴上，开启车床使其进行超高速断续超声振动车削；当刀具2的振动方向为轴向超声振动时，刀具2的振动方向与切削速度方向垂直，并且平行于车刀21的进给方向；当刀具2的振动方向为径向超声振动时，刀具2的振动方向与切削速度方向垂直，并且指向工件1的中心线；当振动方向为椭圆超声振动时，刀具2的振动方向为轴向超声振动和径向超声振动的合成，刀具2的振动平面与切削速度方向垂直；S2：开启高压切削液供给，高压切削液可从车刀21刀杆内部或外部的高压喷嘴3喷出，喷向刀具2的前刀面、后刀面或同时喷向前刀面和后刀面；S3：调节车削参数(刀具2切削线速度为400m/min、切深为0.05mm和进给量为0.005mm/r)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离超高速切削高压冷却润滑方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对机床上的刀具施加超声振动，使超高速切削过程变为超高速断续超声振动切削过程；S2：将高压切削液输送至高压喷嘴并喷向切削加工的切削区；S3：设置切削参数和超声振动参数来调节刀具与工件的分离量δ，并调节高压切削液的压力；S4：在刀具与工件以超声频率周期性完全分离时，高压切削液进入并流过切削区内部，并在刀具和工件表面形成液膜。

【技术特征摘要】
1.一种分离超高速切削高压冷却润滑方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对机床上的刀具施加超声振动，使超高速切削过程变为超高速断续超声振动切削过程；S2：将高压切削液输送至高压喷嘴并喷向切削加工的切削区；S3：设置切削参数和超声振动参数来调节刀具与工件的分离量δ，并调节高压切削液的压力；S4：在刀具与工件以超声频率周期性完全分离时，高压切削液进入并流过切削区内部，并在刀具和工件表面形成液膜。2.根据权利要求1所述的分离超高速切削高压冷却润滑方法，其特征在于：所述S1中的机床为车床、铣床、钻床或磨床；所述S1中的刀具为车刀、铣刀、磨头、钻头、铰刀或锪钻。3.根据权利要求1所述的分离超高速切削高压冷却润滑方法，其特征在于：所述S1中的超声振动与刀具切削速度方向垂直，或超声振动存在与切削速度方向垂直的振动分量，使得刀具与工件能够周期性分离。4.根据权利要求3所述的分离超高速切削高压冷却润滑方法，其特征在于：所述S1中的超声振动为轴向超声振动、径向超声振动或椭圆超声振动。5.根据权利要求1所述的分离超高速切削高压冷却润滑方法，其特征在于：所述S2中的高压切削液为油基切削液、油基切削雾、水基切削液、水基切削雾或液氮。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德远，路正惠，张翔宇，彭振龙，高泽，姜兴刚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11