【中國機床商務網】導讀：人們對當前的刀具冷卻液輸送系統抱有*的期望，希望它不僅用于金屬切削過程的冷卻。當我們選擇或者被迫使用冷卻液時，考慮的重點是其功效以及能否釋放潛在生產力。*的刀具冷卻液輸送系統必須提供有效的切屑控制，尤其在車削加工應用中更是如此。
　　
　　*，使用冷卻液是為了散熱和增加潤滑（減少摩擦）。一般情況下，冷卻液只簡單地澆注到加工區域。為真正發揮冷卻液效用，快速帶走切削區的熱量，地將高壓冷卻液流直接噴向所需的區域更為有效。金屬切削過程中的冷卻挑戰是在加工過程中，冷卻液應用與生產率要求間存在交匯點，其中zui突出的例子來自航空航天材料，如加工鈦合金Ti6Al-4V。Ti6Al-4V有較低的熱傳導性和較小的彈性模量，特別適于制造噴氣發動機上高強度、耐熱且輕質的部件。然而，由于能采用的切削速度通常很低，切屑難以控制，且切削刀具的壽命相對較短，無法折斷的長切屑還會導致切屑堵塞、后續的刀具失效，因而加工成本*，zui糟糕的是甚至會損壞昂貴的部件。此外，切屑還會影響表面粗糙度，使零件報廢。
　　
　　在金屬切削過程中所產生的如同鳥巢般盤根錯節的切屑會造成生產率嚴重下降，使機床幾乎不可能在熄燈操作中無看管地運行。當使用刀桿或刀架進行加工時，若傳統的冷卻液噴嘴不靠近切削刃，那這個缺點就更為明顯。
　　
　　盡管目前高壓系統已有顯著改善，但多數制造商仍然使用澆注式冷卻系統，即將大量冷卻液直接澆在切削刀具和所加工零件上以散熱。由于靈活的冷卻液噴嘴經常移動，導致冷卻液不能地噴向切削區。另外，此類系統還缺乏適當的壓力控制。
　　
　　由于冷卻液只是沖洗切削區，某個區域會因局部加熱而形成一道蒸氣隔離層，該蒸氣層隨后會隔離切削區并阻止其散熱。高壓冷卻系統卻不同，能迅速散熱，且有足夠壓力阻止這類蒸氣隔離層的形成，因此能輕松應對這種情況。
　　
　　刀具的高壓冷卻液輸送系統間也存在差異，其中一個zui常見的差異是系統與切削區的距離，或系統冷卻液噴嘴與工件/切削刀具接觸面的距離。有些系統噴嘴與切削區的距離太遠，因此冷卻液無法有效、準確地到達切削區的*位置，導致無法獲得zui大效益；若裝有冷卻液噴嘴的系統與切削區的距離較遠，則必須使用更大的壓力以彌補距離的不足。如果系統的冷卻液噴嘴離切削區太遠，可能需要增加泵的數量，但這樣一來成本顯然更高，因此選擇使噴嘴更靠近切削區的系統。當冷卻液流入刀桿然后穿過導流器時，使用山高刀具的JetstreamTooling飛流系統，可使冷卻液噴嘴非常貼近切削區，在機床標準冷卻液泵產生的壓力下獲得更好的效果，無需使用更多高壓泵。
　　
　　高壓直噴冷卻液優點
　　
　　為克服現有冷卻液輸送系統的缺點，刀具冷卻液輸送系統開發商（如山高）一直致力于優化系統性能，主要通過提高冷卻液流噴向切削區的壓力和度來實現系統優化。有些系統（如山高JetstreamTooling飛流刀具系統）非常巧妙地在刀夾的旋轉頂部壓塊（導流器）中放置了冷卻通道，冷卻液壓力、流量和通道的小孔徑均可促使猛烈的高速冷卻液流輕松穿透，并潤滑緊靠切削刃后方的主要發熱區域。
　　
　　我們發現，在非常靠近切削刃的位置放置一個冷卻液“楔塊”可以獲得*效果。這意味著系統噴嘴將冷卻液噴流置于刀片前刀面切削區和切屑之間，有助于提升并折斷切屑。一代JetstreamTooling飛流刀具系統非常適合車削、割槽和切斷加工，它為刀桿提供兩個冷卻液出口，一個直接朝向前刀面，另一個朝向刀片后刀面（即第二發熱區）。位于下方的冷卻液出口可為切削刃下方區域提供*冷卻，直接朝向刀片后刀面的冷卻液出口是額外提供的，可使刀具壽命延長10%，并改善表面粗糙度。
　　
　　當刀具冷卻液輸送系統提供出色的冷卻和優化的切屑控制時，制造商可以實現持續運轉，并實現*、無人值守的加工。同樣，還能提高車削速度和進給量，延長切削刀具壽命，改善零件的表面粗糙度，這些都歸功于*的切屑控制。在某些情況下，車削速度和進給量可以提升一倍甚至兩倍，刀具壽命也可延長一倍。這樣，制造商能夠以更快的速度加工更多部件，從而提高生產率和盈利。
　　
　　山高在實驗室對鈦合金工件進行了測試，采用一般冷卻液冷卻時，切削速度為40m/min（130ft/min），進給量為0.25mm/rev（0.01ipr），切削深度為2mm（0.08in），加工節拍為5min。將高壓冷卻液輸送系統應用于該加工時，測試結果發現，可提高切削速度至80m/min（260ft/min），加工節拍減半，且刀具壽命延長一倍。
　　
　　目前機床冷卻液泵通?？商峁?0bar（290psi）至70bar（1000psi）的壓力，此壓力范圍足夠用于刀具的高壓冷卻液輸送系統，如山高JetstreamTooling飛流刀具系統。該系統兼具多種功能，在同一系統內操作壓力既可低至5bar（70psi）（可能會影響生產率），也可高達70bar（1000psi），甚至達到350bar（5000psi）的超高壓。當壓力在20bar（290psi）—40bar（580psi）之間時，使用山高JetstreamTooling飛流刀具可顯著提高生產率，能改善多種應用和不同工件材料的切屑控制，并且其性能隨壓力和流量（l/min）的增大而增強。70bar（1000psi）的壓力足夠折斷長切屑型粘性材料zui難處理的切屑。
　　
　　高壓直噴冷卻液應用
　　
　　高壓冷卻液可為車削、切斷和割槽加工帶來更多益處。在這類加工中，切削刃與零件的接觸時間通常只有幾秒種或稍長時間，且被定義為“連續切削”。連續切削會在切削區產生高溫，因此，切削參數必須進行適當調整以防止發生快速的后刀面磨損和塑性變形。若對較粘的延展性材料進行連續切削加工，會產生較長且無法控制的切屑，這是非常糟糕的情況。
　　
　　很多行業可受益于高壓冷卻液，而傳統的發電、航空航天及醫療行業早已順應潮流，因為它們的特殊材料需要嚴格控制切屑的形成，所以已使用高壓冷卻液。例如，航空航天和醫療常用的鈦合金是一種導熱性極差的材料，會使切削區持續保持高溫，并可能導致冷焊、擦傷和污損現象，進而快速破壞刀具的切削刃。更糟糕的是，加工鈦合金會產生纖薄的高速切屑，不但難以折斷成合適的長度，還會帶走切削區的冷卻液，使零件表面受到熱損傷。
　　
　　具有較大正前角和鋒利切削刃的傳統刀具可以zui大程度地降低鈦合金加工產生的不良影響，但必須使用高壓冷卻液輸送系統來控制切屑，并優化整體加工操作。多項大學實驗和研究已證實，切屑通過切削刃時會迅速降溫，并產生一種硬化作用，類似于對一塊金屬熱工件進行快速淬火操作，從而增加鈦合金切屑的硬度。在直噴射流、楔效應、冷卻液對切屑的壓力以及增加硬度的共同作用下，切屑會斷開成為細小、易控的碎片。
　　
　　總之，若要切削任何富于挑戰性的工件材料，使用冷卻液能達到更好的效果。高壓冷卻液輸送系統的*加工改進方案已運用到當前許多特殊材料應用中，如鈦合金、鎳基和鈷基合金，包括NimonicC263、Inconel718、Udimet720和Waspaloy，這些材料具有*的粘性和延展性，因此需要使用高壓冷卻液輸送系統來獲得高水平的切屑控制。在刀具的高壓冷卻液輸送系統使用方面，難加工合金并非是*顯示出成效的材料，在汽車、造船、核能、食品和飲料行業通常需要使用可加工性相當低的粘性長切屑材料。通過采用高壓冷卻液輸送系統，在奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、低碳鋼及鋁合金加工過程中均顯著提高了金屬切除率，使切削參數、切屑控制和表面粗糙度得到改善，減少了生產時間。
　　
　　由于山高JetstreamTooling飛流刀具系統解決了排屑問題，因此無需操作員干預就可實現持續無中斷的生產過程，排屑時間不再納入工序時間的計算。此外，山高系統的冷卻液導流器樞軸允許機床操作員快速更換新切削刃，確保冷卻液始終處于準確位置。
　　
　　冷卻方式選擇
　　
　　值得注意的是，有些車削加工可能更適合干式切削，而不適用于澆注或高壓直噴冷卻液。例如，需要進行間歇或斷續切削的應用通常會產生熱沖擊，由于冷卻液會進一步擴大熱沖擊的負面影響，因此干式切削的效果更佳。在這類情況下，高壓冷卻液解決方案或許可以避免冷卻液應用的負面影響。
　　
　　一般而言，在連續切削應用中使用冷卻液的效果更佳。但若涉及環境問題、開放式結構車床或某些類型的鋼材，在車削加工中采用干式切削能獲得良好的效果。山高的DuratomicCVD雙面王鍍層刀片具有出色的耐熱性能，是這類應用的理想選擇。但是，若使用干式切削，難以進行割槽和切斷等加工，其主要原因是切屑積聚，所以在這樣的加工中，采用冷卻液（確切而言是高壓直噴冷卻液）可顯著改善其性能。
　　
　　精加工通常也需要使用冷卻液，否則車間可能會出現部件精度和表面粗糙度質量問題。盡管在大多數車間中，有高達80%的加工采用冷卻液，但有些車間出于環?？紤]，所有加工均采用干式切削。為此，需要密切監控并調整機床產生的熱量，并保持控制以確保部件尺寸的精度和表面粗糙度。這無疑是極大的挑戰，因此需要考慮其他在當前條件下*可行的解決方案。與使用冷卻液加工相比，干式切削加工的生產率明顯較低，且刀具壽命較短。
　　
　　理想的冷卻液系統
　　
　　在考慮購買刀具的高壓冷卻液輸送系統時，制造商不僅應評估其性能，還要考慮其多功能性和簡易性，以確保高壓冷卻液輸送系統適用于機床的整個冷卻液壓力范圍。此外，系統還應當便于裝配和安裝。
　　
　　理想的系統應可以為車削或割槽刀桿提供內冷和外冷兩種選擇。對于外冷方式，這類系統（如山高的刀柄系統）可以采用位于刀桿側面或底部的軟管。制造商可獲得多種軟管組件，以便于將冷卻液供給管輕松地連接至機床轉臺或刀架的任意位置。如果用戶不再需要使用該系統，也可輕松移除，機床將恢復到原來的冷卻液設置。對于內冷方式，該系統的刀柄設有內冷通道，如山高Capto刀柄就配有錐形接口以供應冷卻液。
　　
　　結論
　　
　　無論采用哪種類型的冷卻液系統，要實現有效的切屑控制、延長刀具壽命和提高產量，關鍵在于以下兩點：首先，使冷卻液流盡可能靠近切削區；其次，將冷卻液直接噴射到切削區的正確位置。山高JetstreamTooling飛流刀桿可有效降低每個零件的成本，與節約的資金相比，其購買成本僅占機床整體投入的極小部分。雖然低壓冷卻液系統以及刀具的價格略低，但考慮到切屑積聚會導致機床停機，進而造成刀具使用壽命縮短和生產損失，其節約的資金無疑是微不足道的。
　　
　　（文章來源：山高刀具公司）