工程科学与技术，国际期刊19（2016）241全长文章切削淬硬钢P. Sam Paula，*，A.S.瓦拉达拉扬湾鲁滨逊·格纳纳杜拉aa印度泰米尔纳德邦哥印拜陀641114 Karunya大学机械工程系b印度喀拉拉邦Pampady，Thrissur 680597尼赫鲁工程学院和研究中心A R T I C L E I N F OA B S不 R 一C T文章历史记录：2015年3月6日收到，2015年7月22日收到修订2015年7月24日接受2015年9月1日在线发布保留字：刀具振动硬车削最小的注射器表面抛光脉冲射流最近，硬车削的概念在金属切削工业中得到了广泛的关注。在硬车削中，可以在一个步骤中执行多个操作，从而取代传统的工艺循环。但它需要大量的切割液。切削液的采购、储存和处理涉及费用和环境问题。纯干式车削是解决这个问题的一种方法，因为它根本不需要任何切削油。但是，纯干式车削需要超硬切削刀具和非常刚性的机床，并且在现有的车间地板中实施也是困难的，因为机床可能没有足够的刚性来支持硬车削。在这种情况下，使用最小量的切削液的车削是一种可行的替代方案，其中，在关键接触区域处引入极少量的切削液作为高速脉冲段塞，使得对于所有实际目的而言，它类似于纯干式车削，并且同时没有与常规湿式车削中的切削液的大规模使用相关的所有问题。在这项研究中，优化了表征最小切削液应用方案的切削液应用参数从结果中可以看出，在优化模式下，最少的润滑油应用带来了低振动水平和更好的切削性能。© 2015 ， Karabuk University. Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍传统上，当需要高硬度作为功能要求的零件被加工时，工件被车削成近净形状，硬化到所需的硬度并研磨到最终尺寸。如果直接将硬化工件车削到最终尺寸，则可以避免这种冗长的加工周期这可以通过硬车削实现。在硬加工中，多个操作可以在一个步骤中完成，复杂的零件轮廓很容易适应，金属去除率高[1]。硬态切削中切屑形成的性质也与常规切削有很大的不同。但硬车削涉及大量的切削油，需要刚性切削系统和高级切削刀具，如CBN或陶瓷刀具。切削液的采购、储存和处置涉及费用，并且还必须遵守环境法规，例如OSHA。Uzi Landman[2]报告称，两个滑动表面之间的摩擦力可以通过快速波动润滑剂填充间隙的宽度来降低。这一原则被用于* 通讯作者。联系电话：+91 09443496082，传真：+91 0422 2615615。电子邮件地址：psam_paul@rediff.com（P. SamPaul）。由Karabuk大学负责进行同行审查Varadarajan等人[3]开发了最小切割射流应用系统。他们发现，当使用高速窄脉冲切削液时，刀具前刀面和切屑之间的润滑剂填充间隙的宽度会发生变化，并将有效降低切削温度。Vikram Kumar和Ramamoorthy[4]继续研究使用相同技术车削硬度为35 HRC的AISI 4340钢。在他们的研究中，他们比较了不同类型的TiCN和ZrN涂层硬质合金刀具在使用常规湿车削和通过改变速度和进给量使用最少的润滑液车削淬硬钢时的性能从结果中可以发现，在切削力和表面光洁度等参数的基础上，在最小切削液应用期间，切削刀具的总体性能优于干车削和常规湿车削期间的总体性能。在相同条件下车削AISI4340淬硬钢时，对TiCN和TiAlN涂层刀具的对比性能进行了对比研究，此外，从文献中观察到，在最小切削液应用期间，切削性能在很大程度上受喷嘴出口压力和切削液量的影响[5]。Thepsonthi等人[6]探索了在使用涂层硬质合金球头立铣刀高速铣削淬硬钢期间以脉冲射流形式应用最小切削液的性能结果http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2015.07.0172215-0986/© 2015，Karabuk University.由Elsevier B. V.制作和托管。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。出版社：Karabuk University，PressUnit ISSN （印刷版）：1302-0056 ISSN（在线）：2215-0986 ISSN（电子邮件）：1308-2043主 办可 在 www.sciencedirect.com上 在 线ScienceDirect可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：http://www.elsevier.com/locate/jestch242P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241结果表明，与传统的切削和干式切削相比，采用这种系统可以在切削力、刀具寿命和表面光洁度方面获得更好的加工性能。控制输送的切削液量可以提高特定的加工性能，同时降低成本和环境影响[7]。此外，据观察，金属加工油占大多数加工工艺成本的3%。在硬态车削中，刀具振动的存在是导致表面光洁度差、刀具损坏、刀具磨损增加和不可接受的噪音的主要因素。在金属切削中，阻尼器被用来抑制刀具振动和提高切削性能[8虽然阻尼器的使用是有效的，但它的设计和制造需要更多的时间和投资。在文献中，研究人员已经成功地使用了BalinitHardlube和Balinit Tri-ton DLC等涂层来改善切削性能，并消除了在铝合金干钻过程中对切削油的需求[14]。此外，Rivero等人[15]在高速铣削铝合金过程中开发了一种在线无传感器刀具磨损监测系统，他们确认了切削力信号与刀具磨损监测的相关性。Abuthakeer等人[16]研究了Fig. 1. 切削液脉冲塞示意图。使用等式（1）计算喷射。结果表明，在本研究所选择的工艺参数下，所形成的颗粒平均尺寸为83.9 μm，覆盖层厚度为0.9毫米。干燥过程中主轴振动对工件表面粗糙度影响使用ANN进行车削代替使用阻尼器和涂层材料，D1.44doWeM0.266LP0.0733（一）提出了一种类似于干车削、无污染、在金属切削中产生曲折阻尼效果的方案，以提高切削效果。因此，在这项研究中，试图开发一种特殊的切割液输送系统，该系统可以在脉冲模式下以高速度供应最小量的切割液，研究了车削淬硬AISI 4340钢时，不同的切削液用量对刀具振动和切削性能的影响。流体应用速率、脉冲频率和流体注射器处的压力被认为是流体应用参数。应确定一组切削液应用参数，以减少刀具振动，并在淬硬钢车削过程中在刀具磨损、表面光洁度、切削温度和切削力方面带来更好的切削性能。此外，还尝试比较了在硬车削过程中使用最少的润滑油应用与干式和常规湿式车削的切削性能。2. 一种微型涂药器的研制最小的油液喷涂系统由一个燃油泵（博世型）和四缸压燃式发动机组成，该发动机连接到一个无限可变的电动驱动器。燃油泵有一个带有螺旋槽的柱塞，柱塞可以绕其轴线旋转，柱塞的旋转程度决定了每次冲程输送的燃油量。有一个用于旋转柱塞的装置，以便可以精确地控制每个冲程输送的流体量。特殊配方的切削油可通过规格为DN 0 SD 151和喷射角度为0°的切削油喷嘴以高速窄脉冲射流的形式应用于关键位置，如当用高速窄脉冲射流代替连续射流时，可获得更好的切割性能。这是因为当使用脉冲射流时，刀具前刀面和切屑之间润滑剂填充间隙的宽度以等于脉冲射流频率的频率波动[17]。该技术涉及切割非常高速度（约70m/s）的超高速流体颗粒，这些颗粒倾向于穿透关键区域，而不是像大多数MQL应用中那样在空气中漂浮[18]。当马达旋转时，柱塞往复运动，并且每转一圈，柱塞通过切割流体注射器输送一个切割流体脉冲。从喷射器出来的液体由无数微小液滴组成（图1），其速度取决于液体喷射器喷嘴处设定的压力。压力越高，单个粒子的速度就越高。通过胶体输送的颗粒尺寸在所开发的流体应用系统中，可以独立地改变压力、脉冲频率和输送速率。对于流体注射器处的任何压力，可以在任何期望的脉冲频率下维持流体施加的所需速率该系统可以在同一机床的四个位置或同时向四个单独的机床提供脉冲状的切削液。在这项研究中，一种特殊配方的矿物油基切削液，作为一种水包油乳化液，作为一个狭窄的脉冲段塞施加在工具工作界面。图2中示出了所制造的最小的液体施加器的照片。在这项研究中开发的切削液应用系统具有将注射压力增加到100巴的设施，脉冲频率和切削液的输送速率可以分别变化到750脉冲/分钟和8毫升/分钟。2.1. 切削液由于切削液用量极少，因此本研究采用了一种能完成冷却和润滑因此，确定了市售矿物油（视为基础油）以及其他成分，如摩擦改进剂、乳化剂、偶联剂和防腐剂表1显示图二. 制造的最小压力流体施加器的照片。P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241243表1切削液的组成。S. 号成分名称组成重量百分比1石油磺酸盐百分之十五（分子量= 490至520）2乙二醇百分之一3油酸百分之三4三乙醇胺百分之三5醇乙氧基化物2%-6%6矿物油（Para coconnic）休息所配制的切削液中存在的各种成分的组成。石油磺酸盐具有乳化剂、防锈剂、表面活性剂和极压剂的特性在本研究中考虑了组成为15重量%的钠型石油磺酸盐，因为其具有较高的分子量[19]。还发现磺酸钠的性能优于钾、钙锂和镁磺酸盐[20]。组成为1重量%的乙二醇由于其低凝固点而抗冻结，并用作偶联剂以增加乳液的稳定性乙二醇的使用不仅表2图三. 实验装置的照片。降低了凝固点，但也提高了沸点，使得传热介质的操作范围在温标的两端都变宽[21]。油酸是一种不饱和脂肪酸，在气雾剂产品中用作乳化剂或增溶剂除了用作改善切削液润滑性的试剂（降低摩擦系数的试剂在水溶性切削油中，三乙醇胺用于提供防锈所需的碱度，并用作抗氧化剂。它还控制了切削液中水分的蒸发速率，其组成为3%[23]。醇乙氧基化物是一种非离子表面活性剂，通过将环氧乙烷基团加入到长链（高分子量）醇[24]。占4%（重量）的醇乙氧基化物比任何其他表面活性剂具有更高的抗水硬度[25]。它还可作为第二种乳化剂，增强磺酸盐的乳化能力[26]。在本研究中尝试了这种切削液配方，并根据文献[19，27]中的可用信息考虑了规格和组成。在最小的流体应用中，热传递主要是在蒸发模式下，这比在常规湿车削中普遍存在的对流热传递更有效。在这项研究中开发了特殊的水基切削油，即使使用量很小，也可以完成冷却和润滑任务。由于水的蒸发焓高达2260kJ/kg，通过促进水基切削液中的蒸发传热可以实现大规模的冷却效果。由于这一事实，并根据文献中可用的信息，本研究中使用了10%油和其余水组成的切削油[3]。这种切削液的成分消除了污染问题，并重新组合了干式车削.3. 实验在Kirloskar Turn master-35型车床上进行了切削试验，研究了不同的切削液用量对刀具振动的影响，得到了一组切削液用量参数，使切削过程中的表面粗糙度最小，刀具磨损最小，切削力最小，刀具振动减小，切削温度降低。实验装置的照片如图所示. 3.第三章。为了输入参数及其级别。输入参数1级2级3级切割速度（m/min）80（V1）100（V2）120（V3）药液涂抹器速度（ml/min）2（Q1）4（Q2）8（第三季度）脉冲频率（脉冲/min）300（N1）500（N2）750（N3）压力（bar）60（P1）80（P2）100（P3）为了研究最小加液量对刀具振动和切削性能的影响，对加液参数进行优化是十分必要的。流体施加速率、脉冲频率和流体喷射器处的压力被认为是流体施加参数。应确定一组水平的切削液应用参数，以减少刀具振动，并在刀具磨损、表面光洁度、切削温度和切削力方面带来更好的切削性能。切割速度、脉冲频率、流体施加速率和流体施加器处的压力在三个水平上变化，如表2所示。流体应用参数是基于初步实验的结果、基于在具有最小切削液应用的加工领域中报道的早期工作以及基于系统中可用范围内的低、中和高值而得出的切削深度和进给速率保持在1.2 mm和0.12mm/rev。分别在车削过程中。3.1. 切削刀具的选择本研究中使用了具有雕刻前刀面几何形状的多层涂层硬质合金刀片，规格为SNMG 120408 MT TT 5100，涂覆有TiC和TiCN，刀柄规格根据文献[28]中的可用信息和切削工具制造商M/s的建议选择切削工具和刀架。刀柄的基本尺寸为25 × 25 × 145 mm。图中所示为本工作中使用的刀具夹持器和刀片的照片。 四、3.2. 工作材料选用广泛应用于模具制造、汽车及相关行业的AISI 4340钢作为工作材料。其另244P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241见图4。PSBNR 2525 M12刀柄和SNMG 120408 MT TT5100刀片。表3工作材料的化学成分。元素重量%碳0.38-0.43铬0.7-0.9锰0.6-0.8钼0.2-0.3镍1.65-2.0磷0.035最大值硅0.15-0.3硫0.04最大值铁其余应用包括飞机发动机支架、推进器轴、连接杆、齿轮轴、起重机轴、重型锻件如转子轴、盘、焊接管应用等。在所有这些应用中，振动对产品性能具有有害影响考虑到该钢种在工业上的广泛应用，本文选用该AISI 4340钢以其韧性、抗拉强度和疲劳强度而闻名，是一种可淬透的中合金钢，其硬度可达46HRc。该材料的化学组成如表3所示。本研究使用了硬化至46HRC的直径为75mm、长度为380 mm的棒材3.3. 工艺参数测量使用9257B型Kisher测力计测量切削力使用MarSurf GD 25型的Mahr TR100表面粗糙度测试仪测量平均表面粗糙度使用安装在刀架顶部的压电振动计拾取器（Dytran make 3055B）测量刀具振动的幅度。刀具振动，特别是径向振动，已知会对加工表面纹理产生不良影响[29]。由于过度的刀具振动会导致表面光洁度差和刀具磨损增加，因此在本研究中测量了垂直方向上的刀具振动幅度。使用工具制造商0.005 mm。在本研究中，作者的目的是将刀具振动视为一种现象，应与表面光洁度、切削温度、切削力和刀具磨损同时考虑，因为所有这些参数都是相互关联的因此，在实验中对所有参数都给予在金属切削中，温度可以用热电偶或高温计测量.工业界使用热电偶时面临的主要困难是无法测量刀尖温度。许多插值技术已被开发和使用在过去[28]。这个问题可以通过使用高温计来避免高温计在指向探测器时发射光束在工具提示界面的一侧。与此同时，高温计中内置的热源（如热灯丝）开始燃烧，并开始向探测器芯片发射红外辐射。其测量不确定度为±2 °C。在本研究中，使用BEETECH MT4高温计测量温度。基于Taguchi技术[30]设计了27次运行实验，所有测量重复三次。将这三个测量值的平均值作为刀具磨损、表面粗糙度、刀具振动、切削温度和切削力的最终值。4. 结果和讨论在27次运行实验期间进行的观察总结见表4。图5示出了润滑油应用参数对表面粗糙度的影响。图6显示了润滑油应用参数对平均切削槽磨损的影响，图7显示了润滑油应用参数对刀具振动的影响。图图8和图9分别显示了切削液应用参数对切削力和切削温度的影响。实验结果使用Rectek-4进行分析，表5中给出了实现更好切割性能的输入参数水平。亦使用AntoTek-4软件进行ANOVA分析，以找出个别参数对刀具振动、切削力、切削温度、表面抛光及刀具磨损、表面粗糙度、刀具磨损及切削力的影响百分比。根据ANOVA结果，很明显，在控制输出参数方面，流体注射器的压力是最重要的参数，其次是流速和脉冲频率。表5总结了分析结果，这些分析结果导致了一组水平的切削液应用参数，以最大限度地减少表面粗糙度、刀具振动、刀具磨损、切削温度和切削力。结果表明，脉冲频率、施加压力和施加速度等参数对刀具振动和切削性能有影响。在研究的范围内，刀具振动，切削力，表面粗糙度，刀具磨损和切削温度是最小的组合，包括在较高水平（8毫升/分钟）和脉冲频率在中等水平（500脉冲/分钟），在100巴的压力保持在切削液注射器的切削液应用率。4.1. 结果解释本节研究了切削液使用参数对切削性能的影响，观察到切削液使用参数对刀具振动和切削性能的影响。P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241245表4在27次运行实验期间进行的观察。运行压力施加器处的压力（P）切割速度（V）脉冲频率（N）药液涂抹器速率（Q）切削力（FC）切削温度（TC）刀具振动幅度（Vd）表面粗糙度（Ra）平均侧翼磨损（VBB）16080300249.87120.160.00811.430.059260100500256.65166.750.00741.610.060360120750274.42102.990.00931.990.08448080300248.92162.450.00951.230.065580100500239.89156.950.00821.340.058680120750277.82118.300.01001.070.081710080300250.45125.060.00911.410.0598100100500262.54155.090.00751.580.0429100120750279.39133.650.00821.470.061106080300430.04137.140.01051.510.0751160100500448.66142.840.00811.330.0581260120750450.08115.870.01081.790.081138080300455.21145.730.01091.650.0431480100500464.21142.240.00811.240.0461580120750481.19107.880.00941.760.0811610080300441.94114.640.00911.400.04817100100500458.13153.860.00551.580.06118100120750447.53120.160.00911.270.071196080300850.05119.530.00831.420.0502060100500889.83139.770.00921.560.0542160120750890.85126.290.00821.410.051228080300844.66147.130.00741.220.0482380100500845.29145.900.00641.240.0612480120750832.10110.950.00971.260.0622510080300838.47115.820.00841.140.05126100100500876.45147.740.00641.390.04327100120750839.11121.370.00911.310.052图五. 抛光液应用参数对表面粗糙度的影响。4.1.1.切割液脉冲射流从文献中可以看出，在最小量的切削液应用期间，切削液的脉冲段塞比连续射流提供更好的切削性能。与此同时，一个脉冲状的切割在本调查中也使用了C180。据报道，两个滑动表面之间的摩擦力可以通过快速波动将它们分开的润滑剂填充间隙的宽度来显著减小[2]。在正常情况下，当润滑剂填充时，246P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241见图6。 切削液使用参数对刀具磨损的影响。见图7。 切削液使用参数对刀具振动的影响。P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241247见图8。切削液使用参数对切削力的影响。见图9。 切削液使用参数对切削温度的影响。248P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241Q表5最佳性能的操作参数汇总SL. 号输出参数目的速度（m/min）压力（bar）流速（ml/min）脉冲频率1.表面粗糙度（μm）最小化表面粗糙度V2P3Q3N2（100）（100）（八）（500）2.侧面磨损（mm）最大限度地减少刀具磨损V2P3Q3N2（100）（100）（八）（500）3.切割力（N）最小化切割力V2P3Q3N2（100）（100）（八）（500）4.刀具振动（mm）最大限度地减少刀具振动V2P3Q3N2（100）（100）（八）（500）5.切削温度（°C）最小化切割温度V2P3Q3N2（100）（100）（八）（500）间隙分隔两个滑动表面，润滑剂倾向于形成有序层。形成具有相对较高剪切强度的稳定有序的流体膜层并不是降低滑动表面之间摩擦的最佳条件。根据他们的说法，无序的分子膜将更有效地减少摩擦。在分隔两个滑动表面的间隙中产生微小差异这种技术使润滑剂处于动态无序状态。此外，这导致润滑剂分子的恒定重排，并防止形成有序层。间隙宽度改变的频率由润滑剂的粘度决定。较稠的液体需要更多的时间从间隙中移动，当间隙增加时，返回的时间减少，返回的时间增加的tool–chip 这导致更少的润滑油颗粒到达前刀面，从而降低前刀面润滑的效率。4.1.2.药液应用率从结果中可以看出，以8 ml/min的速度施加切削液在最小的刀具振动、更好的表面光洁度、更低的刀具磨损和更低的切削力方面是有利的。从喷射器出来的液滴的平均直径与每个脉冲输送的微流体的量成反比根据Hiroyasu和Kadota[31]开发的经验关系，输送的液体液滴的平均直径Dp由下式给出：阻碍有序层形成的过程导致更高水平的流动性并提供更好的润滑。的脉冲DP KP0.1350.121V0.131（二）喷射可以对润滑剂膜产生这种类型的挫折润滑剂的脉冲射流可用于在分子层中产生一种无序，而不是使润滑膜的宽度波动。当使用脉冲射流时，工具前刀面和切屑之间的润滑剂填充间隙的宽度以与润滑剂段塞的脉冲频率相等的在脉冲循环期间，当切削液块落在间隙处时，切削液的宽度将最大，当没有颗粒落在间隙处时，切削液的宽度将最小（如图1所示）。当切削液颗粒间歇性地落入切屑和刀具之间的间隙时，该过程继续。从结果可以看出，脉冲频率（N）为500脉冲/分钟有利于更好的切削性能和最小的刀具振动。当脉冲频率大于500脉冲/分钟时，与脉冲频率为500脉冲/分钟时相比，每个脉冲输送的液体量（q）将更少。这是因为，对于任何固定的汇率，在高浓度下，（8 ml/min）时，润滑油液滴具有足够的尺寸和必要的动能，以渗透到刀具-切屑界面并提供更好的前刀面润滑。如果输送速率非常低（2 ml/min和4 ml/min），则单个液滴的尺寸将非常小，并且由于其较低的动能而可能缺乏穿透到工具-切屑界面中的能力这导致较差的切割性能。此外，如果单个颗粒的尺寸非常大，则由于其较大的尺寸，其穿透力将较小因此，必须以这样的方式选择切削液的施加速率，以便在它们的动能和穿透功率之间取得平衡，以减少刀具振动并改善切削性能。看起来，8 ml/min的输送速率导致最佳液滴尺寸，其确保更好的渗透，这导致更好的前刀面润滑，从而降低刀具振动。在传统的湿车削过程中，热量通过对流传热去除，去除的热量由下式给出：在应用（Q，单位为ml/min）中，每个脉冲输送的切割流体（q）由q = Q/N给出，其中N是脉冲频率。因此QcMCCT（三）当脉冲频率大于500脉冲/min时，与频率为500脉冲/min时相比，刀具和切屑之间的液膜宽度波动较小。每个脉冲应输送最小量的切削液，以获得明显的宽度波动这然而，在最小的流体应用期间，由于对流和蒸发热传递而发生冷却。蒸发热传递通过雾化引起的表面积增加而得到促进，去除的热量由下式给出：导致在工具-芯片间存在新鲜的微滴面不像一个停滞层的切削液，将是这种情况下，如果QeMC CpTmL（四）采用连续喷射。新鲜的小液滴的存在有助于更好地填充工具-切屑界面上的间隙，从而提供更好的润滑，并且在一定程度上随着液滴蒸发而增强冷却。加强冷却和润滑是减少刀具振动和提高切削性能的原因此外，当脉冲的频率非常高（750脉冲/分钟）时，单个颗粒的尺寸将非常小，并且可能缺乏动能来穿透到颗粒中。在水的情况下，蒸发焓为2260 kJ/kg，在矿物油的情况下，蒸发焓为约210 kJ/kg。水的比热容Cp为4.2 kJ/kgK，矿物油的比热容Cp为1.9 kJ/kgK。由于水的蒸发焓非常高，因此即使非常少量的水的蒸发也足以产生更好的冷却。此外，切削液滴凭借其高速度可以刺穿蒸汽层并到达界面，从而促进更有效的蒸发热传递，而这不是有利的。P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241249适用于传统的湿车削，其中粘附的润滑膜阻碍了热传递。4.1.3.压力施加器压力切割流体的液滴从流体喷射器刺出的出口速度受施加器处的压力的影响。因此，液体喷射器处的压力越高，液滴的速度就越高[32]。液体液滴的渗透能力与出口速度（约70 m/s）成正比，速度随注射压力的平方根而变化，而单个液滴的大小与出口速度成反比[32]。由于切削性能与切屑摩擦直接相关，刀具-切屑界面的摩擦力越高，切削温度越高，导致刀具过度磨损，从而缩短刀具寿命和表面光洁度在金属切削中，为了提高表面光洁度、减少刀具振动、降低刀具磨损和切削力，必须减小刀-屑界面的摩擦在加工过程中，存在于工具/切屑界面中的压力防止了切削油的容易但如果液滴尺寸较小且具有足够的动能，则液体颗粒的穿透将更容易当在高压（100巴）下施加润滑油时，它可以很容易地渗透到工具/芯片界面中，并在接触表面处提供更好的润滑。这减少了刀具-工件界面的摩擦但是，在60巴和80巴的压力下施加的润滑油具有差的渗透能力，这进一步导致与在100巴的压力下相比更差的4.2. 与常规湿式车削和干式车削的性能比较进行了切削试验，比较了干车削、常规湿车削和少加润滑液车削时的切削性能。切削和切削液施加参数保持恒定，如表5所示，结果见表6。结果表明，与干式车削和传统湿式车削相比，使用最少的润滑油进行车削具有明显的优势。刀具振动，刀具磨损，切削温度，表面粗糙度和切削力被认为是在最小的应用，然后是湿车削和干车削。在传统的湿式车削中，前刀面润滑不如在切削液喷射中有效，因为切削液颗粒不能到达刀具切屑界面。因此，由于再粘结剂效应和刀具-切屑接触长度的相关减少，切屑卷曲在传统的但是，切削油液滴凭借其高压可以刺穿形成的蒸汽层并到达热界面，从而比传统湿车削中可能的热传递更有效，在传统湿车削中，润滑剂的粘附膜阻碍热传递[3]。在最小的流体应用期间，由于对流、蒸发热传递而发生冷却，并且蒸发热传递通过由雾化引起的表面积的增加而促进。这提供了有效的热传递，导致与传统的干式和湿式车削相比更低的切削温度。切削温度干车削时的141.23 °C显著降低至133.65 °C用于硬车削，使用最少的润滑油。降低切削温度有利于通过保持刀具硬度和附着力来减少磨损，扩散型磨损对温度也非常敏感。此外，无数的高速液滴形成的最低限度的切削液的应用。当这些切削液颗粒到达切屑根部时，该位置处的严重压力和温度条件导致切削液分解这些分解产物在靠近根部的切屑表面产生脆化效应。这种脆化可以在芯片上形成许多微裂纹，这些微裂纹成为应力集中器并减少芯片形成所需的能量。这种现象被称为Rebinder效应[7]。这种再粘合剂效应因此降低了作用在刀具上的切削力。切削油分解的产物渗透到切屑表面的裂纹中，形成润滑层，有助于减少摩擦并改善前刀面润滑[34]。从图10所示的磨损刀具的SEM照片中可以观察到，与干车削和湿车削相比，更好的前刀面润滑和切削力的降低导致在硬车削过程中刀具磨损更少，且使用的润滑液最少。在硬态车削中，最佳参数下的平均切削磨损量刀具磨损会对加工动力学产生负面影响，切割过程的稳定性[35]。由刀具磨损引起的加工不稳定性在实际的金属切削条件下，切削刀具的振动取决于刀具磨损，并随着刀具磨损的进行而增加刀具在开始时是锋利的，随着切削过程的进行，刀具的锋利度会慢慢下降。因此，刀具振动的振幅在初始阶段较小，随着刀具磨损的进行，振幅缓慢增加，当刀具接近其寿命终点时，振幅变得很在金属切削中，振动和表面粗糙度之间存在关系[36，37]。当刀具进出工件的跳动（刀具振动）增加时，表面将出现高度不规则性，这将导致表面抛光不良。刚性越大，表面光洁度越高，高度光洁的表面限制了裂纹萌生和随后机加工表面失效的风险[38]。此外，当刀具磨损增加时，切削刀具和工件表面之间的接触区域变大，导致表面上的额外摩擦，从而导致表面抛光不良。由于切削刀具的面和刀槽的某些区域磨损，随着刀具磨损的进展，表面光洁度将图11中还示出了针对常规干、湿和最小量的微流体施加的最佳参数获得的表面形态SEM图像。这清楚地表明，由于MFA期间更好的润滑和更少的刀具磨损，刀具切屑界面处的摩擦减少，导致刀具振动降低，从而进一步改善了表面光洁度。根据OSHA的规定，允许的暴露-工厂内的烟雾水平肯定是5毫克/立方米，很可能是表6比较干车削、传统湿车削和最少使用润滑油的车削过程中的性能。SL. 号切削条件表面粗糙度（μm）侧面磨损（mm）切割力（N）刀具振动（mm）切削温度（°C）1.干车削1.2820.08065.340.0061141.232常规湿式车削1.2670.07564.250.0058135.273.使用最少的流体应用程序进行1.2500.07063.060.0053133.65250P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241见图10。干车削、常规湿车削和硬车削的刀具磨损SEM图像，使用最少的切削液。降至0.5 mg/m3[39]。还存在限制废金属加工润滑剂中污染物水平的法规，这大大增加了处置成本考虑到与采购、储存维护和处置相关的问题，完全干式车削可能是一种合理的选择。但是，100%干式车削在现有的刀具材料和精度水平下在技术上是不可行的，因为它既不能减少热量的产生，也不能提供足够的散热。在这种情况下，使用最少的润滑油进行硬车削的概念是一种替代方案。在最小的流体应用中，热传递主要以蒸发模式进行，这比传统湿车削中普遍存在的对流热传递更有效。开发了特殊的专用水基切削油，当使用量非常小时，可完成冷却和润滑任务。由于水的蒸发焓高达2260 kJ/kg，在水基切削液中强化蒸发传热可以获得大范围的冷却效果。此外，润滑是寻求通过非常局部和渗透的应用程序的混合，润滑剂友好的摩擦剂在西装，P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241251见图11。干车削、常规湿车削和硬车削的表面形貌SEM图像，使用最少的润滑油。载体培养基。在输送速率非常小的情况下，冷却主要以蒸发模式进行，其中介质吸收来自切割区的蒸发潜热，不留下液体残留物。在这种切割流体应用方法中，没有悬浮在空气中的气溶胶，这是主要的污染源。除了高比热外，该混合物还具有良好的热表面润湿性，并通过毛细管渗透到热区以高速脉冲射流的形式输送切削液在传统的湿式车削中，以5 l/min的速度和最小的切削液量施加商业切削液（矿物油）以8 ml/min的速率施用切割润滑剂。这清楚地显示了在切割润滑剂的获取、储存和处理方面最小量的润滑剂施用的优点。这也表明，在环境中使用最小量的胶体所造成的污染是可以忽略的。本文研究了在硬态车削过程中，在最小加液量下，加液参数对刀具振动和切削性能的影响。一个有趣的发现是，由于受挫折的分子现象，切割液体的脉冲射流可以提供比切割液体的连续射流更好的在当下在-252P. Sam Paul等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）241研究了切削液脉冲射流对刀具振动模式的影响。作者预期，切削液的脉冲射流可以减少刀具振动，因为它可以快速改变前刀面上润滑膜的宽度，从而产生受抑分子。调查结果清楚地表明，这一新的想法是有根据的，振动的幅度有所减少5. 结论本研究表明，最小注液方案的特征在于注液参数，即脉冲频率、注液速率和注液口压力。研究了操作参数和切削液应用参数对刀具振动幅度和切削性能的影响从本研究报告中得出1. 与传统的湿式车削（其中商用切削油以5 l/min的速率施加）和干式车削相比，使用最少的切削油的硬车削减少了刀具振动并提供了更好的切削性能。为了实现更好的切割性能，应将超临界流体施加速率施加为8 ml/min，脉冲频率为500脉冲/min，超临界流体注射器处的压力保持为100 bar2. 当使用最佳性能的参数水平集时，与常规湿车削相比，刀具振动减少8.6%3. 目前的研究表明，如果最低限度的润滑油的应用是适当的，这将是一个有效的替代干和湿车削。此外，最少的润滑油应用的概念包括干式车削，没有污染相关的问题，并在减少刀具振动方面起到类似于阻尼器的确认作者感谢Karunya大学机械科学学院设计与制造工程研究中心（CRDM）促进和支持这项研究工作。作者要感谢机床实验室的Jones Robin先生和Sivasankaran先生在进行实验时提供的帮助。作者感谢M。Tageu Tec India（P）Ltd，供应本次调查所需的切削工具这项研究没有得到任何机构的资助。命名法CBN立方氮化硼MFA最小流体应用OSHA职业安全与健康管理局TiCN碳氮化钛氮化锆TiAlN氮化钛铝EP极压V切割速度（m/min）Q施加器速度（ml/min）N脉冲频率（脉冲/min）P施加器压力（bar）Fc切割力（N）Tc切削温度（°C）Vd刀具振动幅度（mm）Ra表面粗糙度（μm）VBB平均侧面磨损（mm）微米q每次脉冲输送的切削液do喷嘴直径（mm）We韦伯数M密度比拉普拉斯数D液滴直径（mm）K常数随每个喷嘴变化，等于23.9ΔP喷嘴平均有效压降（MPa）ρ注入液体的介质密度（kg/m3）Vq泵的燃油排放量，报告为35Qc热量（kcal）切削液质量（kg）Cp比热容（kJ/kgK）ΔT产生的温度降低（°C）Qe由于蒸发传热而去除的热量（kcal）m蒸发的液体质量（kg）L蒸发焓（kJ/kg）引用[1] C. Richt，A hard turn towards efficiency，Gear solutions 7（2009）22[2] 联合陆文，“挫折”润滑剂分子提供减少机械装置摩擦的新策略，佐治亚理工学院-研究新闻，1998年。， （2005年5月23日访问）。2015年）。[3] A.S.瓦拉德拉扬峰菲利普湾Ramamoorthy，最小润滑油应用的硬车削研究（HTMF）及其与干式和湿式车削的比较，Int. J. Mach.工具. 42（2002）193-200。[4] C.H.R. 维克拉姆·库马尔湾李文，涂复刀具在最小切削液用量下的切削性能，北京：机械工业出版社。Mater. 过程Technol. 185（2007）210-216。[5] C.H.R. Vikram Kumar，P.Kesavan Nair，B.Ramamoorthy，TiCN和TiAlN刀具在干、湿和最小润滑液应用下加工硬化钢的性能，Int. J. Mach.马赫Mater. 3（2008）133-142。[6] T. Thepsonthi，M. Hamdi，K.高志华，高速铣削淬硬钢时切削液用量之研究，国立成功大学机械工程研究所硕士论文。 马赫工具. 49（2009）156-162。[7] V.P. 李晓刚，金属切削理论与方法，北京：机械工业出版社。马赫Mater. 7（2010）1-16。[8] P. Sam Paul，A.S. Varadarajan，S. Mohanasundaram，磁流变液对硬车削过程中刀具磨损的影响的研究，Arch. Civ. 15（2015）124-132。[9] P. 萨姆·保罗，A.S.陈晓，高强度钢切削过程中切削力与切削速度的关系，硕士论文，国立成功大学机械工程研究所。震动11（2014）154-163。[10] S.A. 李国忠，机械振动，北京，2000。[11] M.M.萨德克湾Mills，冲击阻尼器在机床颤振控制中的应用，在
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