【摘 要】延長刀具壽命、控制切屑成形、提高切削速度和工件表面質量，用高壓冷卻技術可達到這一目的，進而提高生產效率。
【關鍵詞】高壓冷卻 鈦合金 液氮冷卻
【中圖分類號】TG506【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0198-01
鈦合金因具有比強度高、耐腐蝕性好、耐熱性高、低溫性能好、比重輕等優良的綜合性能而廣泛應用于航空和航天、機械電子、生物醫療等行業中。因此提高切削鈦合金材料的生產效率和保證加工質量愈來愈具有重要的意義。
一、鈦合金切削加工難度大
鈦合金具有高強度、高硬度和低密度特性，例如使用最廣泛的鈦合金Ti-6Al-4V（TC4）抗拉強度達900MPa，硬度為250？375HB，密度4.42 g/cm3，使得鈦合金整體結構件在航空工業的應用越來越多。因此，實現鈦合金結構件高效、優質切削加工已成為航空制造生產之關鍵，和鋁合金相比，其切削加工的難點主要表現在如下幾方面：
1、切削力大
切削力來源有兩個方面即變形和摩擦，一是切削層金屬、切屑和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產生的抗力；二是刀具與切屑、工件表面間的摩擦阻力。因此金屬材料的硬度和強度越高，其切削加工所需要的切削力就越大，切削溫度就越高，刀具磨損就越快，故相對可加工性也就越差。
2、切削溫度高
鈦合金具有很差的熱導率和較高的比熱容，無法通過切屑把切削熱從切削區傳送出去。切削加工過程中所產生的熱量大約有80%傳入到刀具中，切削點的溫度極高，可達1100～1200℃左右。因此，鈦合金切削過程中刀具切削點的高溫熱量很難由切屑快速帶走，加速了刀具磨損。
3、易發生冷硬現象
由于鈦的化學活性大，在高的切削溫度下，極易與空氣中的氧和氮發生化學反應形成硬而脆的外皮，導致切削表面生成硬化層，其深度可達0. 1？0.15mm，致使表層硬度大幅度提高，加速了刀具磨損。
為提高鈦合金材料的切削效率和加工可靠性，獲得鈦合金構件加工的最佳成果，要把高壓冷卻和刀具材料、涂層、幾何角度以及切削用量等要素的合理選用和設計結合起來。
二、采用高壓冷卻潤滑是解決鈦合金切削難題的一種有效措施
1、高壓冷卻的特點
在實際使用時，對切削刀具進行有效冷卻和實施切屑的有效控制是前提條件，要求冷卻潤滑液有較高的壓力、足夠的流量、精確對準切削刃和切屑之間接觸區。采用直接貫通主軸/刀具高壓冷卻系統，帶動多個外部噴嘴噴射的外噴式切削刀具，以保持主軸良好運行性能，快速冷卻刀具、工件和沖排切屑，提高零件加工質量，增加刀具使用壽命，提高加工的可靠性，有利于實現切削過程的自動化。
2、采用高壓冷卻的優勢
2.1采用高壓冷卻可以改善斷屑
精確定向和并行0～100MPa高壓的冷卻劑高速射流，把切屑從轉位刀片表面上排除掉，可以起到冷卻和早期斷屑的作用，實現更佳的切屑控制。同時對切削刃的有效冷卻，降低了切削刃對熱波動的敏感性。
2.2采用高壓冷卻可以提高切削速度
加工鈦合金時，一般采用機械夾固可轉位片的刀具和整體硬質合金刀具。與常規加工相比，采用高壓冷卻時，由于切削區溫度的降低，提高了刀具的耐用度，切削速度最多可提高200%。
2.3采用高壓冷卻可以提高表面質量
表面質量的波動是由于溫度變化和加工時產生的切削力的影響。傳統的冷卻方法對改善工件表面質量有積極的影響，采用高壓冷卻更是極大影響最后精加工的結果.
3、采用高壓冷卻，應考慮以下幾點：
3.1準確地協調壓力、流量和噴嘴孔徑之間的關系
噴嘴孔徑大小應選擇使其產生最高的壓力和可以最佳地利用冷卻潤滑液的流量。根據Sandvik公司的資料，例如，在刀具上使用1mm孔徑的噴嘴，為保持足夠的壓力，需要有5L/min的冷卻潤滑液流量。
3.2最大安全冷卻液工作壓力的確定
需要注意的是，冷卻液壓力不能超過刀具可承受的最大安全冷卻液工作壓力，工作時參考刀具生產廠家提供的刀具系列最大安全冷卻液壓力。
三、采用液氮冷卻是解決鈦合金切削難題的又一種有效措施
1、液氮冷卻的特點
液氮冷卻切削是使用低沸點（-196℃）介質，在壓力作用下利用液氮特性將氮氣發生裝置所生成的氮氣以液氮形式送入切削點，代替大量油劑的切削方法。這種干式冷卻不僅能冷卻刀具、有助快速斷屑和延長刀具壽命外，還具有干切削加工所具有的眾多經濟、技術和生態效益。
2、采用液氮冷卻的優勢
2.1保證精確的尺寸公差
利用冷液體可以去除切削過程中產生的熱，使加工中的工件保持恒溫。從而保證精確的尺寸公差。
2.2提高刀具的使用壽命
液態氮還將刀具保持在極冷狀態，低溫冷凍改變了陶瓷刀具的特征，使它們變得強度更高、硬度更高、韌性更大。
2.3改善加工表面質量
冷的氮氣可以淬冷工件，提高工件表面硬度。
3、采用液氮冷卻，應考慮以下幾點：
3.1需要考慮在液態氮中懸置專用固體粒子，結合擊打刀具和工件的氣體的速度，這些粒子會破壞氣體分界層，液態氮通過可以調整其流速的噴嘴噴到刀具和工件上。
參考文獻
[1] 任開強，高強度鈦合金的高速銑削研究[D]， 南京航空航天大學南京航空航天大學碩士論文 ，2003
[2] 李登萬，陳洪濤 ，甘建水，等，鈦合金加工切削力試驗研究[J]，廣西大學學報（自然科學版） ，2010（5）
陜公網安備 61030502000103號 
