本文针对不锈钢的切削性能差，从一般切削方法入手，分析了在使用硬质合金K10刀具和水不溶性切削液时所出现的问题。进而采用冷风切削加工技术，解决了一般切削加工法的弊端，得到了满意的结果。

图1 测试模型示意

在超高速空气动力小激波风洞实验中，实验使用的各类测试模型大多为各类回转构成的曲面，形状如测试模型示意图(见图1所示)，测试模型为空心零件，由测试模型前段，测试模型后段两部分组成，壁厚为1mm，测试模型零件的径向尺寸为20～500mm范围内，尺寸精度为7～8级，表面粗糙度值为Ra0.4～1.6µm，粗糙度值越低实验效果越好，测试模型的零件材料多为不锈钢(1Gr18Ni9Ti)。

1 加工难点的分析及加工方法

不锈钢的切削性较差，被称为难切削材料。不锈钢材料的特性及产生的切削问题分析如下:

加工硬化性大切削过程中，被加工材料产生塑性变形，由此被加工表面形成硬化层。硬化层的出现会加剧刀具的磨损，特别是刀具的边界磨损。
导热率低切削加工生产的热量70%～80%是由切屑带走。但是，材料的导热率低时，切削带走的热量就少。切削点的温度上升，刀具寿命就会变短。
亲和性大被加工材料的亲和性大，易使刀尖产生积屑瘤和后刀面产生附着物，从而使被加工表面精度下降。

另外此类零件的外形为曲面结构，最后工序采用数控加工成形，壁厚仅为1mm，增加了加工的难度，采用传统的切削方法加工成形的零件，变形严重，粗糙度达不到要求，加工过程中刀具磨损严重，影响数控成形，外形形状不易控制。

在对传统的切削方法进行调查之后，研究了用冷风冷却，微量油润滑的加工方法。以期达到提高加工精度、延长刀具寿命的目的。

2 冷风加工

冷风加工原理一般切削方法要大量使用切削液，进行冷却和润滑，以期达到提高刀具寿命和表面粗糙度的目的。而冷风切削加工方法是在-10～-30℃的冷风对切削点进行冷却的同时，对刀具前后刀面供给微量植物油，以此起到降低切削温度以及润滑的作用。

图2 测验装置系统示意图

图3 K10刀具的磨损曲线

冷风加工实验
1. 冷风和微量切削液供给装置空气压缩机产生的压缩空气，一条通过给油机同切削液混合雾化供给刀具的前刀面以及后刀面，另一条通过涡流式冷却管被冷却到供给切削点(见图2所示)。
2. 实验条件机床为精密数控车床上进行，刀具为硬质合金K10；切削速度v=150m/min；进给量f=0.055mm/r：切削深度ap=0.1mm。实验材料为不锈钢制作的测力测试模型。实验分3种情况：实验a使用水不溶性切削液。实验b使用-10℃冷风，不加微量切削液。实验c使用微量切削液与-10℃冷风同时使用。在以上给定的试验条件下进行研究，对所得到的试验结果进行分析比较，从而对冷风加工的效果进行评价。
试验结果与讨论
1. 积屑瘤冷风切削对减少积屑瘤有非常明显的效果，微量切削液可以浸透到刀具后刀面和被加工表面之间，以及刀具前刀面和切屑间，减少两者之间的摩擦C 进而使积屑瘤减少。冷风试验中还发现，微量切削液供给到刀具的后刀面效果最好。
2. 刀具的磨损试验a和试验c的刀具磨损量相近，而试验b的刀具磨损较大，这表明微量切削液在减少刀具磨损方面起着重要的作用，延长了刀具的寿命，减少磨刀时间，降低了加工成本(见图3所示)。
3. 加工表面随着积屑瘤的减少，提高了加工表面的质量。虽然试验a和试验c的刀具磨损量相近，但试验c的表面粗糙度得到改善，加工表面状况最理想，表面粗糙度值从Ra3.2～6.4µm降到了Ra1.6～3.2µm，再经研磨，即可达到测试模型对表面粗糙度的要求。
4. 尺寸精度由于冷风切削的工作温度低，减小了测试模型零件的变形，从而保证了零件的尺寸精度和形状精度。冷风再加微量切削液可大大减少切削力，因此实验5加工测试模型零件出现局部变形或腰鼓形的30%，实验b为24%，实验c仅为10%。
5. 冷风加工符合环境保护的要求大量切削液的使用对于提高产品精度起了很大作用，但是随着现代切削技术的发展和环境保护的限制，它又将被使用微量植物油的冷风切削加工技术所代替。

3 结论

针对不锈钢的切削性能差，从一般切削方法入手，分析了在使用硬质合金K10刀具和水不溶性切削液时所出现的问题。进而采用冷风切削加工技术，解决了一般切削加工法的弊端，得到了满意的结果。

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冷风切削薄壁不锈钢零件

1 加工难点的分析及加工方法

2 冷风加工

3 结论

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