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在低溫加工系統(tǒng)中，液態(tài)二氧化碳和液氮可以作為有效的冷卻劑。以前的低溫加工系統(tǒng)都是通過(guò)管道將超冷液體從外部引到刀具/工件界面處，為了在切削難加工材料時(shí)提高切削速度和延長(zhǎng)刀具壽命，機(jī)床制造商MAG工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)了主軸內(nèi)冷卻低溫加工新技術(shù)。
據(jù)MAG公司高級(jí)刀具工程師George Georgiou介紹，在MAG的低溫加工系統(tǒng)中，溫度為-196℃的液氮通過(guò)主軸、刀柄和刀體內(nèi)部的管道流動(dòng)，然后通過(guò)在切削刀片中用放電加工（EDM）方式加工的出口，到達(dá)距剪切面不到1mm處。Georgiou說(shuō)，“低溫冷卻液對(duì)切削時(shí)產(chǎn)生的高溫具有超強(qiáng)冷卻能力，可以防止切削熱傳入刀具切削刃?！?/span>
他補(bǔ)充說(shuō)，主軸內(nèi)采用真空管道來(lái)絕熱，刀柄和刀體（包括安裝刀片的刀座）中的管道則采用了一種導(dǎo)熱率極低的材料。到達(dá)切削點(diǎn)時(shí)，最初加注的液氮仍有近50%保持液態(tài)。在將切削熱從刀具/工件界面處帶走后，原來(lái)的液體變?yōu)闅怏w（其中包含80%的氮?dú)猓┥⑷胫車目諝庵?。為了防止局部區(qū)域氮?dú)鉂舛冗^(guò)高，使氧氣含量減少，采用了多個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)周圍空氣中的氮?dú)夂浚绻l(fā)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量不安全，則會(huì)暫時(shí)關(guān)閉液氮流。
MAG公司估計(jì)，在低溫銑削和鏜削時(shí)，每個(gè)切削刃每分鐘大約要消耗0.04升冷卻劑；而在低溫鉆削和攻絲中，冷卻劑的消耗量要少一些，因?yàn)榧庸r(shí)刀具被包圍在工件內(nèi)。
內(nèi)冷卻低溫加工還可以與外部供液的最小量潤(rùn)滑（MQL）技術(shù)合并使用，以減小刀具的摩擦與粘附。這是因?yàn)?，低溫加工的目?biāo)是減小由切削熱引起的刀具磨損，但并不能起到潤(rùn)滑作用，因此需要借助于MQL技術(shù)。MQL可以有效防止因刀具過(guò)熱和軟化而造成的磨損加快。
盡管這種低溫加工技術(shù)仍然處于開(kāi)發(fā)過(guò)程中，但據(jù)MAG公司介紹，應(yīng)用該技術(shù)銑削蠕墨鑄鐵（CGI）時(shí)，可使硬質(zhì)合金刀具的切削速度提高60%，使聚晶金剛石（PCD）刀具的切削速度提高3倍。該公司設(shè)計(jì)副總裁Doug Watts說(shuō)，“通過(guò)外加MQL潤(rùn)滑，可使硬質(zhì)合金刀具的切削速度提高到原來(lái)的3倍，但PCD刀具的切削速度在已提高3倍的基礎(chǔ)上未見(jiàn)再提高。這些切削試驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注切削速度的提高，而刀具壽命則保持在與采用常規(guī)冷卻液時(shí)相同的水平上。”
Georgiou指出，在使用MQL潤(rùn)滑時(shí)，PCD刀具的切削速度沒(méi)有進(jìn)一步提高的原因在于，與硬質(zhì)合金相比，PCD這種超硬材料更不容易磨損，而且能更有效地傳熱。當(dāng)以大約100m/min的切削速度加工有色金屬材料時(shí)，切削熱通常會(huì)使PCD分解為碳并失效。在低溫加工中，金剛石在更高的切削速度下仍能保持其性能穩(wěn)定。
除了蠕墨鑄鐵以外，MAG還對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行了低溫加工試驗(yàn)。Georgiou說(shuō)，“今后在航空制造業(yè)將會(huì)有大規(guī)模的資金投入。作為使用越來(lái)越多的航空材料，鈦合金不僅切削性不好，而且傳熱性也很差，但我們用低溫技術(shù)加工獲得了非常不錯(cuò)的結(jié)果。”
MAG公司計(jì)劃，在其機(jī)床上提供商品化低溫加工主軸之前，將在IMTS展覽會(huì)上展示這項(xiàng)技術(shù)，并向其合作伙伴和用戶提供用于改造機(jī)床的低溫加工旋轉(zhuǎn)組件，使他們可以比較低溫加工與常規(guī)加工系統(tǒng)的使用效果。
文章來(lái)源：中國(guó)刀具信息網(wǎng) 添加人：阿刀
