利用液氮進行低溫切削加工,就是利用液氮使工具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進行切削加工。使用液氮作為切削液,應(yīng)用后直接揮發(fā)成氣體返回到大氣中,沒有任何污染物。液氮冷凍有直接和間接兩種應(yīng)用方法。
杜瓦瓶
直接應(yīng)用法:
即將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)。一般來說,由于刀具磨損嚴重,金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國一學者采用液氮冷凍系統(tǒng)對不銹鋼用金剛石刀具進行車削加工,由于低溫抑制了碳原子的擴散和石墨化,大大減少了刀具磨損,并取得了極好的加工質(zhì)量。
磨削加工時會因磨削區(qū)高溫常常對工件表面造成熱損傷,如燒傷、微裂紋等,為有效解決這些問題,有科研單位用液氮冷凍磨削五種常用鋼材,結(jié)果表明:正確合理地使用液氮冷凍,可有效控制磨削區(qū)溫度,使磨削溫度保持在材料發(fā)生相變溫度之下而不發(fā)生磨削燒傷;并且在材料塑性增大和較大進給量情況下,這種效果更加顯著。對于非金屬材料和復合材料的液氮冷凍切削加工,國外也開展了廣泛研究。如FRP是一種高強度/重量比、耐疲勞的復合材料,用傳統(tǒng)切削方法加工非常困難,因而限制了這種材料的使用。新西蘭學者對其進行超低溫冷卻加工,使用液氮不間斷冷卻(0.4-0.5 L/min),極大地改善了這種材料的切削加工性,不但獲得了滿意的加工表面質(zhì)量,還在很大程度上延長了刀具壽命。采用低溫切削熱固性塑料、合成樹脂、石墨、橡膠和玻璃纖維等材料時也均顯示出良好的切削性能。
間接應(yīng)用法:
主要是刀具冷卻法,即在加工中不斷地冷卻刀具,使切削熱快速從刀具上、特別是刀尖處被帶走,刀尖始終保持在低溫狀態(tài)下工作。美國林肯大學的學者利用一種配備新型冷卻系統(tǒng)的PCBN刀具進行了試驗研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內(nèi)儲存液氮,由進口輸人,從出口流出。使用液氮冷凍時,車刀壽命延長to倍,磨損降低1/4,并可獲得較低的表面粗糙度。
還有一種特殊的間接利用方法為噴氣冷卻。日本一些學者研制出噴氣冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用的冷卻氣體是由液氮在熱交換器中冷卻過的,其溫度低于—50℃冷卻氣體直接噴射于磨削點。磨削后工件材料的殘余壓應(yīng)力比使用磨削液磨削時要大,殘余壓應(yīng)力的分布區(qū)域也變寬了。