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液氮罐在切削加工中的冷冻技术

利用液氮进行低温切削加工,就是利用液氮使工具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工。使用液氮作为切削液,应用后直接挥发成气体返回到大气中,没有任何污染物。液氮冷冻有直接和间接两种应用方法。
  直接应用法:
  即将液氮作为切削液直接喷射到切削区。一般来说,由于刀具磨损严重,金刚石刀具不能用来加工黑色金属。而美国一学者采用液氮冷冻系统对不锈钢用金刚石刀具进行车削加工,由于低温抑制了碳原子的扩散和石墨化,大大减少了刀具磨损,并取得了极好的加工质量。
  磨削加工时会因磨削区高温常常对工件表面造成热损伤,如烧伤、微裂纹等,为有效解决这些问题,有科研单位用液氮冷冻磨削五种常用钢材,结果表明:正确合理地使用液氮冷冻,可有效控制磨削区温度,使磨削温度保持在材料发生相变温度之下而不发生磨削烧伤;并且在材料塑性增大和较大进给量情况下,这种效果更加显著。对于非金属材料和复合材料的液氮冷冻切削加工,国外也开展了广泛研究。如FRP是一种高强度/重量比、耐疲劳的复合材料,用传统切削方法加工非常困难,因而限制了这种材料的使用。新西兰学者对其进行超低温冷却加工,使用液氮不间断冷却(0.4-0.5 L/min),极大地改善了这种材料的切削加工性,不但获得了满意的加工表面质量,还在很大程度上延长了刀具寿命。采用低温切削热固性塑料、合成树脂、石墨、橡胶和玻璃纤维等材料时也均显示出良好的切削性能。
  间接应用法:
  主要是刀具冷却法,即在加工中不断地冷却刀具,使切削热快速从刀具上、特别是刀尖处被带走,刀尖始终保持在低温状态下工作。美国林肯大学的学者利用一种配备新型冷却系统的PCBN刀具进行了试验研究。这种刀具是在车刀上部的方盒内储存液氮,由进口输人,从出口流出。试验表明,使用液氮冷冻时,车刀寿命延长to倍,磨损降低1/4,并可获得较低的表面粗糙度。
  还有一种特殊的间接利用方法为喷气冷却。日本一些学者研制出喷气冷却系统。该系统使用的冷却气体是由液氮在热交换器中冷却过的,其温度低于—50℃冷却气体直接喷射于磨削点。实验发现,磨削后工件材料的残余压应力比使用磨削液磨削时要大,残余压应力的分布区域也变宽了。

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