微量润滑系统用于金属加工的机理

2016-02-11 14:34:02

微量润滑系统喷出的切削液在金属切削中主要起两个作用,一是润滑作用;二是冷却作用。

切削液能否充分发挥有效的润滑作用,其渗透能力强弱是一个重要的因素。常规的浇注式切削液在切削加工中的渗透以液体渗透和气体渗透两种方式进行:浇注的液体渗透效率较低,在高速切削时效率更低;气体渗透是由于浇注在切屑表面裂纹中的液体随着切削温度的上升发生汽化而向前刀面进行渗透的。试验证明,常规切削液的渗透能力不强,能够被汽化的液体量很少,使润滑效果受到限制。而喷雾冷却形成的两相流体,能够弥补切削液渗透能力的不足。气液两相流体喷射到切削区时,有较高的速度,动能较大,因此渗透能力较强。此外,在气液两相射流中微量液体的尺寸很小,遇到温度较高的金属极易汽化,可从多个方面向刀具前刀面渗透。虽然射流中的液体量很少,但被汽化的部分则比连续浇注切削液时多,因而润滑效果较好。在金属加工中切削热主要来源于金属的塑性变形,切削区的冷却过程就是固体与流体之间的传热过程。由于流体与固体分子之间的吸引力和流体粘度作用,在固体表面就有一个流体滞流层,从而增加了热阻。滞流层越厚,热阻越大,而滞流层的厚度主要取决于流体的流动性即粘度。粘度小的流体冷却效果比粘度大的流体冷却效果好。 汽液两相流体的动力粘度可用下式表示:μ=μf-(μf-μg)x 式中,μf为流体的动力粘度,μg为气体的动力粘度,x为质量系数,x=Wf/WfWg(Wf为液相质量流量,Wg为气相质量流量)。显然,式中μ<μf,即气液两相混合流体的粘度μ总小于单相液体的粘度,亦即喷雾冷却的降温效果要优于单相切削液。气液两相流体喷出时,体积骤然膨胀对外做功,消耗了内能,可使温度降低10℃左右。喷雾冷却中两相流体有较高的速度,能够及时将铁屑冲走,并带走大量的热量,进一步增强了降温效果。因此,喷雾冷却实际上综合了气液两种流体的降温效果和优点。