1Cr18Ni9Ti材料的低温冷风车削性能实验研究

孙林平 赵四海

1Cr18Ni9Ti材料的低温冷风车削性能实验研究

孙林平 赵四海

（中国工程物理研究院材料研究所 四川江油621907）

通过对1Cr18Ni9Ti材料在不同切削参数下的湿式车削和低温冷风车削实验对比，研究在低温冷风条件下，刀具的磨损情况以及切削参数对材料表面质量的影响，为低温冷风车削技术在1Cr18Ni9Ti材料上的应用提供必要的依据。

1Cr18Ni9Ti 低温冷风 车削性能

1Cr18Ni9Ti不锈钢具有较高的韧性和塑性、优良的耐腐蚀和耐高温性能，在石油、化工、零件制造等众多领域有着广泛的应用。不锈钢材料属于难加工材料，其车削性能较差，且有些特殊零部件明确要求加工中不得使用冷却液。为了保证产品质量，通常采用较低的切削速度、进给量和较小的切削深度进行加工，导致加工效率低下。因此，有必要寻找一种新的冷却方式对该零件进行冷却，以提高加工效率，并进一步提高产品质量。

低温冷风切削是将压缩空气降低到-10℃～-100℃，混入微量润滑剂，对切削点进行冷却、润滑和排屑的一种车削技术。它有以下优点：（1）节约切削液采购费用，降低生产成本；（2）成倍的提高加工效率；（3）工件尺寸受加工温度影响小，质量稳定；（4）刀具寿命成倍延长，降低刀具成本；（5）几乎无污染，改善生产条件。低温冷风对不同材料的影响是不同的，因此，有必要对1Cr18Ni9Ti材料的低温冷风车削性能进行实验研究，为低温冷风切削技术在1Cr18Ni9Ti材料上的应用提供必要的依据。

1 实验条件及参数

实验时使用的机床YCM-TL-26的数控机床，主轴转速范围（10～4 500）r/min，操作系统为FANUC系统。

实验中使用的冷风射流机为CTL-50/1.5，入口空气压力范围（0.3～0.8）MPa，冷风温度（-10～-60）℃，额定空气流量1.5 m3/min。实验时采用的冷风温度为-60℃，入口空气压力0.3 MPa。

实验材料均为1Cr18Ni9Ti，属于特殊专用材料，其主要的力学性能如表1所示。

表1 1Cr18Ni9Ti材料主要力学性能表

2 实验方案及数据分析

2.1 低温冷风对表面质量的影响

2.1.1不同切削速度下表面质量的对比实验

实验材料采用直径为Φ50的棒料，切削时冷风温度为-60℃，冷风压力0.3MPa，根据刀具加工性能和实际加工经验，按表2所示切削参数进行切削速度的对比实验，得到不同切削速度下，常规切削和低温冷风切削工件的表面质量对比图，如图1所示。

表2 切削速度与表面质量影响试验表

从图1中可以看出：（1）两种冷却方式下切削速度对1Cr18Ni9Ti材料表面粗糙度的影响不显著；（2）在实验范围内，同样的切削速度，冷风切削的工件表面质量好于常规切削。

图1 不同切削速度下的表面质量对比图

2.1.2不同进给量下表面质量的对比实验

实验材料采用直径为Φ50的棒料，切削时冷风温度为-60℃，冷风压力0.3 MPa，根据刀具参数和实际加工中采用的进给量，按表3所示切削参数进行进给量的对比实验，得到不同进给量下，常规冷却液切削和低温冷风切削工件的表面质量对比图，如图2所示。

表3 切削速度与表面质量影响试验表

图2 不同进给量下的表面质量对比图

从图2中可以看出：（1）两种冷却方式下表面粗糙度随着进给量的增加而增大，基本呈线性关系；（2）在试验范围内，冷风切削的工件表面质量略优于常规切削。

2.1.3不同切削深度下表面质量的对比实验

实验材料采用直径为Φ50的棒料，切削时冷风温度为-60℃，冷风压力0.3 MPa，根据刀具性能和加工经验，按表4所示切削参数进行切削深度的对比实验，得到不同切削深度下，常规冷却液切削和低温冷风切削工件的表面质量对比图，如图3所示。

表4 切削深度与表面质量影响试验表

图3 不同切削深度下的表面质量对比图

从图3中可以看出：（1）两种冷却方式下，工件表面粗糙度在切削深度为1.6mm时达到最小值，说明在切削速度和进给量确定的状态下，均有一个最佳的切削深度与之对应；（2）在试验范围内，冷风切削的工件表面质量略优于常规切削。

2.1.4冷风温度对表面质量的影响

实验材料采用直径为Φ50的棒料，冷风压力0.3 MPa，根据冷风射流机的温度调节范围，按表5所示切削参数进行冷风温度对表面质量的影响实验，得到不同冷风温度下工件的表面质量对比图，如图4所示。

从图4中可以看出：随着冷风温度的降低，工件表面质量逐渐提高，但整体效果不是很明显，说明在试验范围内，降到冷风温度对表面质量有一定效果。

表5 冷风温度对表面质量影响实验表

图4 冷风温度对表面质量的影响图

2.2 低温冷风对刀具磨损的影响

刀具磨损实验采用直径为Φ50的棒料，切削时冷风温度为-60℃，冷风压力0.3MPa，根据刀具的切削性能和实际加工经验，按表6所示切削参数进行刀具磨损实验，得到常规冷却液切削和低温冷风切削工件的刀具磨损对比图，如图5所示。

表6 冷风切削对刀具磨损影响试验表

图5 冷却切削与常规切削刀具磨损对比图

从图5中可以看出：（1）切削初期刀具磨损较快，之后刀具磨损曲线变平缓，与理论的刀具磨损曲线基本一致；（2）相同的切削参数下，冷风切削状态下刀具磨损量明显低于常规切削。

3 效果验证

在某薄壁零件加工中，采用低温冷风不同温度进行冷却加工，最终产品的尺寸精度与表面精度均能满足设计要求。

4 结语

（1）相同的切削参数下，低温冷风切削加工的工件表面质量优于常规切削；（2）低温冷风可以替代切削液作为冷却介质；（3）冷风切削能够提高刀具使用寿命，降低刀具成本。

通过实验基本掌握了1Cr18Ni9Ti材料在低温冷风条件下的切削性能，为低温冷风车削技术在1Cr18Ni9Ti材料上的应用提供了一定的依据。

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