| 高压冷却技术可将冷却液精准地导向加工区域，可提高生产效率、减少成本。随着与之配套的全新刀具概念的推出，该项技术已经在很多现代化的数控机床上广泛地使用。 |
加工航空零件时所用冷却液的角色正在经历一定程度的演变。加工车间多年来的做法是：直接将冷却液冲向加工区域，特别是对于需要使用冷却液加工的材料。现在，高压冷却技术可将冷却液精准地导向加工区域，随着与之配套的全新刀具概念的推出，目前这一技术已经在很多现代化的数控机床上广泛地使用。与众不同的HPC
如果要在现代加工中有效地应用冷却液并表现出与众不同的效果，就需要更多地使用高压喷射冷却，其流量必须足够大，射流方向也要正确。仅采用一条冷却液流或将冷却液浇向加工区域做法已经无法满足需要。此外，合理运用高压冷却(HPC)与常规冷却相比会在以下方面有显著区别：切屑形成；切削热分布；工件材料在切削刃上优良的粘结性；表面完整性；刀具磨损。通过不断对生产效率、刀具寿命、切屑控制和排屑以及零件加工质量加以改进，从而提升竞争力 ，这些基本的加工因素也相应地影响着制造结果。HPC在一般的加工特别是在不锈钢和低碳钢的加工时效果不错，不过对难加工材料例如钛合金和耐热超级合金的加工更有惊人的表现。近期有关HPC的大量研发改进使其更易应用，也更为诱人。Jetbreak系统引领创新概念
在20世纪80～90年代，山特维克可乐满开发了第一款高压冷却液系统Jetbreak。研究表明，对可加工性和切屑控制方面要求苛刻的难加工材料来说，高达10KPa～100KPa(约100～1000bar)的超高压、方向精确的冷却液射流已经成为切削刀具的一部分。冷却液射流迫使其进入切屑和切削刃之间并同时形成一个液压楔，这样就缩短了切屑和切削刃的接触长度，从而降低了加工区域的温度。另外一个有趣的效果是冷却液喷射流会影响切屑的卷曲，从而改善了切屑控制，某些情况下还会导致断屑。通过应用一些相应的非标刀具，Jetbreak已成为可加工性差和/或断屑困难材料的理想解决方案。冷却液压力的分布以及冷却液喷嘴的尺寸会对加工结果产生很大的影响。 通过变化不同的射流参数，可获得不同的卷屑效果，有可能把带状屑导至所需的方向甚至改善切屑的长度。Jetbreak已经有了少量的实际应用，以解决石油、航空航天和滚动轴承行业中遇到的问题。但是，Jetbreak需要配备专用的非标刀柄，主要在立式车床上使用。标准的HPC系统
许多现代机床带有标配或选配的压力为70~100bar的冷却系统，这足以使用HPC系统，可获得杰出的性能和加工结果。这样HPC也能更广泛地用于加工中心、车削中心、立式车床和多任务机床。标准设备足以提供通向射流应用区域的冷却液通道。高压冷却液加工的一个重要基础是模块化刀具，它不仅通过快速换刀在一定程度上确保机床停机损失最小，而且提供了将冷却液从机床可靠有效地引向切削刃的通道。可乐满Capto模块式快速换刀系统是Jetbreak和新型标准高压冷却刀具CoroTurn HP的开发基础。本系统是理想的模块式平台，其设计采用了内冷却，也适用于高压冷却。可乐满Capto已经成为ISO标准，被许多刀具固定和刀具旋转的数控机床所选用。用于HPC的铣刀带有内冷通道，并可根据刀具类型和适用的应用场合配备相应的喷嘴。冷却液通道与机床或其他泵相连，以供应约70bar压力的冷却液。目前这种冷却液供应已被广泛应用，虽然涉及到的压力不是类似Jetbreak这样的特殊应用场合中的超高压，但是在其应用的范围内足以在加工性能和结果上获得明显的改善。用于车削的HPC
图1 用于车削的Capto HPC刀具
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CoroTurn HP是一种用于车削的新型可乐满Capto刀具概念(图1)。它能够产生平行的精确冷却液喷射，以在刀片和切屑之间产生液压楔，影响切屑形成和流动并降低加工区域的温度。靠近切削刃安装的喷嘴准确高速地喷射出冷却液射流，迫使切屑离开刀片表面，并使切屑冷却并断裂以利排屑。标准的喷嘴尺寸为1mm，也有0.6～1.2mm尺寸可供特定的优化选用。即使在冷却液压力低至10bar时，HPC系统精加工钢、不锈钢、铝以及钛合金和耐热超级合金等材料都可获得相当的益处，这一点已经被证明。除了由更好的切屑控制带来的更高的加工安全性之外，HPC还能明显延长刀具寿命并具有采用更高切削速度的潜力，通过使用HPC，通常能提高刀具寿命达50%。与其他因素相比，切削速度对切削温度和刀具磨损的影响更大。加工钛合金时，超出合理区域后的切削速度会导致刀具寿命急剧缩短。但是在类似的情况下增加进给量，刀具寿命的缩短就没有那么明显。因此，通过改变进给量可以改善金属去除率。但是，进给量的增加肯定会产生更大的切削力，可能还会影响对切屑的控制，因而使用高进给量并非总是一种万全之策。凭借可使用的更高的切削速度，但同时又不会出现常见的温度升高和刀具寿命损失的优势，HPC具有通过提高切削速度而提升加工性能的潜力。对于按照ISO S类的材料，能够在保持相同切削长度的同时提高20%的切削速度。内圆车削也是HPC能够发挥其重要作用的一个领域，它有助于确保良好的切屑形成，在加工难加工材料例如钛合金时还能改善材料的剪切性能。这样，在进行镗削工序时可获得更高的加工安全性以及更长的刀具寿命。当采用镗杆加工相对大而深的孔时，如起落架零件，采用前后端均带模块式接口的模块式刀具概念是十分有利的。由于能够快速准确地更换夹紧在机床上镗杆前端的较小的切削模块，因此为在一次装卡中进行各种切削提供了相当大的灵活性。 CoroTurn SL将带齿纹接口的切削刀头与防振镗杆相结合用于镗削深度为10倍直径的大孔，也具备了HPC的能力。用于铣削的HPC
图2 用于铣削的HPC刀具CoroMill690长刃铣刀
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通过中心冷却，HPC也为铣削带来益处。 CoroMill 690是一款专用于钛合金加工的具有HPC能力的长刃立铣刀(图2)。其每个切削刃都由许多刀片组成，而每个刀片都有相应的冷却液喷嘴为其提供高压喷射。 在无需使用铣刀加工整个轴向深度的情况下，可以使用塞子代替喷嘴，这样可以避免不必要的空喷射而浪费冷却液压力。位于刀具端部的喷嘴有助于排屑，避免出现切屑的再切削效应(特别是在型腔加工中)。为了确保正确运用冷却液流和压力，可采用专用计算器来实现HPC在铣刀上的最佳应用。该计算器将算出喷嘴的尺寸、可实现最佳的加工效果并降低流量要求，同时可使所选孔在冷却液通过时保持高压流动。钛合金在加工过程中容易粘结在切削刃上。这种现象通常会引起切屑的再切削效应和挤屑，从而影响刀具的寿命。在加工钛合金和其他粘性材料时，HPC是防止工件材料粘接在切削刃上的一种常用方法。在加工过程中产生的温度和施力会影响零件表面完整性。冷却液的使用在控制温度方面起到一定作用，因此HPC可提供更加可靠的表面完整性。刀具喷嘴直接对准刀片上与精加工表面相接触的部分。CoroTurn HP喷嘴是不可调的，这样就可消除大量的变数，从而获得更可靠和一致的加工。HPC是当工序设定基本正确时的“优化器”。该概念在车削和铣削中为实现更短的加工时间、改善的零件质量一致性以及更高的加工安全性提供了解决方案。
发布日期：2018-02-23
