内冷式高压冷却车刀切削性能的研究

于叶强，刘润爱，郭文亮

（太原理工大学机械与运载工程学院，山西 太原 030024）

1 引言

304 不锈钢的导热性差，切削加工过程中会在刀具切削刃处、刀-屑间和刀具-工件间产生极高的温度，又由于刀尖承受较大的切削力，高温高压下，易产生沟槽磨损[1]。同时，304 不锈钢在切削过程中容易产生积屑瘤粘结在切削刃上，这种情况通常会引起挤屑和切屑的再切削效应，大大降低了刀具的切削性能。此外，切屑的卷曲折断和高效控制对于自动化制造的发展、加工效率的提高、生产安全性起着重要的作用。由文献[2-4]可知，高压冷却液能够显著降低切削温度，减少刀具磨损，提高刀具寿命，促进切屑卷曲折断。针对304 不锈钢的难加工特性，设计新型的内冷式高压冷却车刀[5]（刀头结构如图1 所示），并自行设计制备高压冷却系统，理论结合实践探讨分析内冷式高压冷却车刀对切削过程的优化作用。

图1 刀头结构Fig.1 Structure of the Cutting Tool

2 内冷式高压冷却断屑机理的研究

切削过程中的常规冷却与高压冷却作用效果，如图2 所示。在金属切削过程中，切削热通常集中在切屑与前刀面之间，温度非常高，常规冷却切削过程中，当切削液达到切削区域将立刻蒸发，形成高压隔热蒸汽层，这就是莱顿弗罗斯特效应，即切削液不会润湿高压刀-屑-工件切削系统表面，而是在切削系统高温表面上方形成一个蒸汽层，这就大大减缓了冷却液与刀-屑-工件系统之间的热量传递。此外，在金属切削过程中刀-屑接触界面处存在非常高的接触压力，常规的冷却液浇洒方式根本无法将冷却液输送到这个区域，难以得到很好的冷却效果。……