【正文】 經(jīng)歷極高的溫度由于鉆頭是嵌入在工作熱切熱量的產(chǎn)生是局限在一個(gè)小的區(qū)域。這個(gè)產(chǎn)生的溫度能導(dǎo)致加速刀具的磨損和減少刀具壽命[4 6],它們會(huì)對(duì)加工工件總體質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。鉆設(shè)計(jì)師挑選鉆頭的幾何特性通常基于鉆頭的預(yù)計(jì)溫度曲線，因此精確預(yù)測(cè)溫度分布是必要的。溫度不僅加劇刀具磨損而且還影響孔的表面質(zhì)量和切屑形狀。切削溫度直接影響孔的精度、表面粗糙度和刀具壽命。在刀具磨損加工質(zhì)量較差的孔的情況下,一把損壞的鉆頭幾乎可以破壞所有成品。鉆頭以投入加工就開始磨損。當(dāng)它開始磨損的時(shí),削減力會(huì)增加, 鉆頭溫度上升和這加快了刀具磨損的物理和化學(xué)過程,因此刀具磨損會(huì)更快[6]。切削力和切削扭矩取決于鉆頭磨損量、進(jìn)給速率和主軸旋轉(zhuǎn)和扭矩速度。研究結(jié)果表明,刀具破損、刀具磨損、工件撓度與切削力是密切相關(guān)的[6]。在鉆孔過程中，廢料以切屑形式從鉆頭的槽中排出。這種情況已經(jīng)演示[79],小的切屑更容易通過鉆頭的運(yùn)動(dòng)、離心力和/或加工液從鉆頭排出去。長切屑會(huì)纏著鉆頭,會(huì)導(dǎo)致孔的加工質(zhì)量降低和切屑在孔外更加難于控制從而增加生產(chǎn)成本和降低生產(chǎn)率。此外,當(dāng)鉆深孔是鉆槽和切屑之間的摩擦力會(huì)導(dǎo)致切屑排出速度慢于切屑產(chǎn)生速度。切屑阻塞這反過來會(huì)使的扭矩和推力突然增加,可能導(dǎo)致鉆頭破壞。提高切屑排出速度會(huì)減少鉆頭破壞、降低生產(chǎn)成本、提高孔的質(zhì)量并增加生產(chǎn)率[10]。當(dāng)前的工業(yè),這種高溫問題可以通過合理選擇加工參數(shù)及刀具幾何參數(shù)、應(yīng)用適當(dāng)?shù)那邢饕汉湍蜔岬毒卟牧先缣蓟?、硬質(zhì)合金和高性能陶瓷(CBN)得到部分控制。部分試圖控制由減少熱量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移熱量從切削區(qū)。使用CBN工具可以減少刀具的熱惡化[5]。如果合理的制造、加工和使用，陶瓷帶鋸可以減少的切削力、溫度和更少的拉伸殘余應(yīng)力[11]。雖然CBN工具是非常的耐熱和耐磨,但是它們太昂貴適用于非常特殊的加工材料和其他的工具不是有效的情況[1]。在加工過程中切削液的應(yīng)用降低了切削區(qū)溫度和提高刀具壽命以及充當(dāng)潤滑劑的作用[12]。它減少了切削區(qū)溫度要么通過冷卻劑去除熱量或像潤滑劑一樣減少熱量的產(chǎn)生。此外,它還有一個(gè)充當(dāng)排除切屑介質(zhì)的使用功能[13]。然而,潤滑劑在完成時(shí)低速通過工件和極壓添加劑形成固體邊界層次時(shí)是有效的,但在高速時(shí)沒有充分潤滑效果明顯，它一直常見的[13]。高速加工時(shí)潤滑切削液無效歸因于切削液無法到達(dá)實(shí)際切削區(qū),特別是在由于體積或塑形接觸切削速度快形成的刀具切屑界面。另一方面, 切削液的冷卻和潤滑的作用在降低切削速度是相互影響和減少的[2]。因?yàn)樵诟咚偌庸r(shí)切削液不進(jìn)入刀具切屑接觸面所以切削液作用僅限于帶走大部分熱量。高壓噴射的傳統(tǒng)冷卻劑已經(jīng)被報(bào)道可以降低切削溫度(115]，切削液具有冷卻切削表面和飛過的切屑的雙重任務(wù)。他們還有助于控制切削表面溫度，這可以延長刀具壽命、提高切削質(zhì)量、并肯定影響零件表面處理。它的好處就是提供一個(gè)強(qiáng)大的水流可以到達(dá)到切削區(qū)域、有力地清理切屑以及在某些情況下有足夠大的壓力去除毛刺[15]。在產(chǎn)品加工中控制高切削溫度可能性的替代方法已經(jīng)被報(bào)道。高壓冷卻劑注入技術(shù)不僅可以了減少切削力和溫度還減少了50%切削液的消耗量[16]。Mazurkiewicz [17]報(bào)道,通過高壓噴嘴的方法在切削區(qū)域應(yīng)用冷卻劑可以減少刀具切屑接觸區(qū)接觸長度和摩擦系數(shù)并且在某種程度上還可以減少切削力和增加刀具的壽命?，F(xiàn)在的主要工作目的是要做一個(gè)高壓冷卻劑在高速鋼鉆頭AISI4340鋼鉆孔和冷卻劑冷卻能力、切屑、孔的圓度偏差、錐度和刀具磨損總體效益等方面所充當(dāng)?shù)慕巧珜?shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究在加工行業(yè)黑色金屬的主要采用高速鋼加工。加工鋼件時(shí)由于它們的延展性會(huì)產(chǎn)生更多的熱量和連續(xù)產(chǎn)生的切屑會(huì)與刀具切屑表面更加廣泛親密接觸。此外, 由于對(duì)具體能量的需求切削溫度會(huì)隨著鋼鉄的強(qiáng)度和硬度增加進(jìn)一步增加?？紤]到這些事實(shí)在目前進(jìn)行的調(diào)查采用常見的鋼鉄如AISI 4340鋼。考慮共同的利益和時(shí)間約束, 目前進(jìn)行的調(diào)查只采用高速鋼。將保留廣泛范圍用于進(jìn)一步研究高壓冷卻劑(HPC)對(duì)于高速鋼鉆孔和高性能鉆頭加工特殊材料的影響。鉆孔測(cè)試將在鉆床上用干燥和高壓冷卻條件下的高速鋼鉆頭對(duì)AISI4340年鋼進(jìn)行鉆孔進(jìn)行（R915L鉆床、意大利）。定位噴嘴相對(duì)于高速鋼鉆頭的位置已經(jīng)做了大量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置圖片顯示在圖1中和加工試驗(yàn)條件簡要列在表1中。圖1實(shí)驗(yàn)設(shè)備布置圖表1實(shí)驗(yàn)條件孔的直徑和圓度偏差通過數(shù)字游標(biāo)卡尺來測(cè)量。鉆過孔之后把鉆頭放在掃描電子顯微鏡(SEM)下掃描。在實(shí)驗(yàn)中使用不同的壓力和流量對(duì)于切削液的冷卻能力是非常重要的。使用電爐進(jìn)行試驗(yàn)，工件的最高測(cè)量溫度是400176。C,在爐內(nèi)保持8分鐘取出。加熱后,把工作放到與實(shí)驗(yàn)相似的冷卻條件,即在不同壓力條件下的高壓冷卻劑。用熱電偶來測(cè)量溫度時(shí)間為8分鐘。這個(gè)熱傳感器通過一個(gè)到達(dá)工件的中心的小孔與工件相聯(lián)系。液體的管子距離的工件上部15毫米。不同的壓力下流體的冷卻能力如表2所示。 很明顯,從表2可知切削液的冷卻能力在40帕更大，因此實(shí)驗(yàn)在冷卻劑壓力為40帕的情況下進(jìn)行。表2切削液的冷卻能力結(jié)果和討論切屑形狀在平穩(wěn)的鉆孔過程中是最重要的因素。如果切屑是斷開的，那么鉆孔過程將是平穩(wěn)的。然而,大多數(shù)韌性材料在鉆井過程中不會(huì)切斷,相反會(huì)形成連續(xù)的切屑。根據(jù)切屑的形成原理,連續(xù)切屑可以被分類成螺旋狀切屑和線狀切屑。當(dāng)切屑最初是生成時(shí),由于內(nèi)切削刃口明顯慢于外切削刃口,內(nèi)部切屑在本質(zhì)上要比外部切屑短。切屑內(nèi)部長度的差異會(huì)使鉆頭中心不垂直于切削表面。此外,該鉆頭中心部分會(huì)使切屑卷曲和形成螺旋狀。然而,當(dāng)螺旋狀切屑在鉆槽中移動(dòng)時(shí),為了維持其螺旋形狀,切屑會(huì)不斷地繞在自己的軸旋轉(zhuǎn)。隨著孔的加深這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使螺旋狀切屑很難保持其形狀。如果切屑不能跟上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),他們要么會(huì)折斷或被迫沿著鉆槽移動(dòng)而不旋轉(zhuǎn)形成線狀切屑。高壓冷卻劑(HPC)在鉆頭和切屑之間的接觸面表現(xiàn)出很有效的冷卻和潤滑作用。圖3顯示了在干燥和高壓冷卻劑(HPC)的條件下高速鋼鉆頭鉆孔是切屑的狀態(tài)。在干燥條件下切屑的形狀是螺旋狀,但在高壓冷卻劑條件下是線條狀。切屑的顏色變淺如從金屬色變成焦藍(lán)色是由于高壓冷卻條件減少了鉆孔溫度。圖3 高速鋼鉆頭鉆孔時(shí)切屑的形狀在分析孔的質(zhì)量參數(shù)之前,重要的是要注意,無論是直徑還是孔的其他任何質(zhì)量參數(shù)都與刀具磨損無關(guān)。換句話說,這些參數(shù),這些參數(shù)沒有表現(xiàn)出進(jìn)給量增加的傾向。表2顯示了兩個(gè)分別在干燥和HPC潤滑系統(tǒng)條件下測(cè)量第一個(gè)洞的第三部分平均,最大和最小直徑。由表中可以觀察到高壓冷卻條件下獲得的平均直徑的標(biāo)準(zhǔn)偏差低于干燥條件的標(biāo)準(zhǔn)偏差,這意味著HPC條件下可以獲得更好的加工質(zhì)量。表2 孔的進(jìn)口和出口處直徑圖4和圖5給出了圓度的孔接近入口而圖6和圖7顯示圓度的孔接近尾聲時(shí)的孔,在鉆井過程中分別獲得鋼鐵。從這些圖中可以看出在HPC條件下從頭到尾孔圓度偏差沒有明顯地變化與干燥條件相比。這一結(jié)果可以歸功于低切削力和短的直徑。即使鉆滲透到更深的孔,切削力是不能夠偏離鉆頭與孔的入口,并且圓度偏差幾乎保持不變。與干燥條件下相比在高壓冷卻條件下孔的進(jìn)口和出口處圓度偏離更小,這是因?yàn)楦邼櫥芰ΑD4在高壓冷卻條件下孔的進(jìn)口處誤差圖5在高壓冷卻條件下孔的進(jìn)口處圓度偏差最大值、平均值和最小值圖6在高壓冷卻條件下孔的出口處誤差圖7在高壓冷卻條件下孔的出口處圓度偏差最大值、平均值和最小值圖8和圖9顯示了在干燥和高壓冷卻條件的錐度值。平均錐度值及其分布值在高冷卻條件的壓力更小。此外,在這兩種情況平均錐度值是正面的,即進(jìn)口處孔的直徑比出口處直徑大。這些壞結(jié)果發(fā)現(xiàn)在干燥條件下由于缺少潤滑,這使在開始的時(shí)候孔的直徑就開始增加。當(dāng)工具到達(dá)終點(diǎn)是孔直徑的在降低,這是由于工具與孔壁對(duì)齊造成的。當(dāng)使用刀具深度切削時(shí), 由于較大的刀具磨損量在干燥環(huán)境中鉆孔是不可能,。鉆頭磨損的掃描電鏡圖如圖10所示。此外, 與干燥條件下相比在高壓冷卻條件下加工孔的質(zhì)量更好。圖8在高壓冷卻條件下孔的直徑偏差的變化圖9在高壓冷卻條件下錐度最大、平均和最小值圖10鉆頭掃描電鏡圖結(jié)論實(shí)驗(yàn)觀察到用高速鋼鉆頭AISI 4340鋼鉆孔時(shí)高壓力冷卻劑(HPC)的作用可歸納如下:1. 由于較高的潤滑能力，與干燥條件相比在高壓冷卻條件下更有利于切屑的形成。2. 與干燥條件相比在高壓冷卻條件下的孔的進(jìn)出口圓度偏差更小。當(dāng)進(jìn)行高深度切削時(shí), 由于糟糕的冷卻和潤滑條件在干燥條件下鉆孔是不可能的。3. 在高壓冷卻條件錐度及其分布值更小。此外,在這兩種情況下的平均錐度值是積極的,即進(jìn)口處的直徑比出口處大。4. 高壓冷卻潤滑劑的有利影響歸根于有效的潤滑效果,從而防止切屑粘在刀具上并使切削可以繼續(xù)進(jìn)行。致謝這項(xiàng)研究由咨詢推廣和研究服務(wù)董事會(huì)(DAERS)提供資助,委員會(huì)高級(jí)研究和調(diào)查委員會(huì)(CASR),布伊特此行達(dá)卡,孟加拉國,批準(zhǔn)的 DEARS/CASR/R10(99)日期26/07/2006。作者也感激工業(yè)和生產(chǎn)工程部門布伊特此行達(dá)卡為完成實(shí)驗(yàn)而提供的設(shè)施,。