| 加工航空零件時所用冷卻液的角色正經歷着演變，現在，高壓冷卻技術可將冷卻液精準地導向加工區域。而得益於與之配套的全新刀具概念的推出，高壓冷卻技術在數控機床上的應用日漸深入。 |
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與眾不同的高壓冷卻
高壓冷卻（HPC）在一般的加工應用、特別是在不鏽鋼和低碳鋼的加工中運用效果良好，不過令人驚艷的是它在加工航空材料鈦合金和耐熱超級合金等難加工材料時的出色表現。
一般而言，要在現代加工中有效應用冷卻液，往往需要更多地使用高壓噴射冷卻，並確保其流量足夠大，射流方向也要正確無誤。這種方式如能得到合理運用，其在諸多方面相比常規冷卻方式都會體現出優勢，包括切屑形成、切削熱的分布、表面完整性、刀具磨損和工件材料在切削刃上優良的粘結性等等。
與此同時，生產效率、刀具壽命、切屑控制和排屑等基本的加工因素自然也會相應影響着製造結果，通過針對上述目標的不斷改進，競爭力能進一步提升。
近期業界有關HPC的大量研發，使其更容易使用，成效也更為顯著。
標準的HPC系統
許多現代機床帶有標配或選配的壓力為70-100巴的冷卻系統，這已經足以使用HPC系統，並獲得傑出的性能和加工結果。
目前，HPC更廣泛地應用於加工中心、車削中心、立式車床和多任務機床，標準設備便能提供通向射流應用區域的冷卻液通道。作為高壓冷卻液加工的一個重要基礎，模塊化刀具能通過快速換刀在一定程度上確保機床停機損失最小，並提供將冷卻液從機床可靠而有效地引向切削刃的通道。
以用於HPC的銑刀為例，其帶有內冷通道，並可根據刀具類型和應用場合配備相應的噴嘴。
冷卻液通道與機床或其它泵相連，以供應約70巴壓力的冷卻液。目前這種冷卻液供應已被廣泛應用，雖然涉及到的壓力並不一定是適用特殊應用場合的超高壓，但即使是在其常規應用範圍內，也已經足以令加工性能和結果取得明顯改善。
這一加工概念的導入，充分利用了許多用戶加工車間已有的或將要投入的能力和資源。
用於車削的HPC
CoroTurn HP是一種用於車削HPC應用的新型標準可樂滿Capto刀具概念。
它能產生平行的精確冷卻液噴射以在刀片和切屑之間產生液壓楔，影響切屑形成和流動並降低加工區域的溫度。靠近切削刃安裝的噴嘴準確地噴射出高速冷卻液射流，迫使切屑離開刀片表面並使切屑冷卻和斷裂成更短的長度以利排屑。標準的噴嘴尺寸為1mm，也有0.6 mm到 1.2mm尺寸可供特定的優化應用。
圖1 用於車削的Capto HPC刀具
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已經証明，即使在冷卻液壓力低至10 巴時，使用HPC系統精加工包括鋼、不鏽鋼、鋁以及鈦合金和耐熱超級合金等亦可獲得相當的益處。除了由更好的切屑控制帶來的更高的加工安全性之外，HPC還能明顯延長刀具壽命並具有採用更高切削速度的潛力。通過使用HPC，通常能提高刀具壽命50%。
憑借可使用更高的切削速度但同時又不會出現常見的溫度升高和刀具壽命損失，HPC具有通過提高切削速度而提升加工性能的潛力。對於按照ISO S類的材料，能夠在保持相同切削長度的同時提高20%的切削速度。
內圓車削也是HPC能夠發揮重要作用的一個領域，它有助於確保良好的切屑形成，在加工難加工材料例如鈦合金時還能改善材料的剪切性能。這樣，在進行鏜削工序時可獲得更高的加工安全性以及更長的刀具壽命。
當採用鏜桿加工相對大而深的孔，例如起落架零件時，採用前後端均帶模塊式接口的模塊式刀具概念是十分有利的。由於能夠快速準確地更換夾緊在機床上鏜桿前端的較小的切削模塊，因此為在一次裝夾中進行各種切削提供了相當大的靈活性。
Jetbreak 系統引領創新概念
在上世紀八十年代到九十年代，山特維克可樂滿開發了第一款高壓冷卻液系統Jetbreak。
研究表明，對可加工性和切屑控制方面要求苛刻的難加工材料來說，高達100——1000巴的超高壓、方向精確的冷卻液射流已經成為切削刀具的一部分。冷卻液射流迫使其進入切屑和切削刃之間並同時形成一個液壓楔，這樣就縮短了切屑和切削刃的接觸長度，從而降低了加工區域的溫度。
另外一個有趣的效果是冷卻液噴射流會影響切屑的卷曲，從而改善了切屑控制，某些情況下還會導致斷屑。
通過應用一些相應的非標刀具，Jetbreak已成為可加工性差和/或斷屑困難材料的理想解決方案。冷卻液壓力的分布以及冷卻液噴嘴的尺寸會對加工結果產生很大的影響。通過變化不同的射流參數，可獲得不同的卷屑效果，有可能把帶狀屑導至所需的方向甚至改善切屑的長度。
Jetbreak已經有了少量的實際應用，以解決石油、航空航天和滾動軸承行業中遇到的問題。
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用於銑削的HPC
通過中心冷卻，HPC也為銑削帶來益處。CoroMill 690是一款專用於鈦合金加工的具有HPC能力的長刃立銑刀。其每個切削刃都由許多刀片組成，而每個刀片都有相應的冷卻液噴嘴為其提供高壓噴射。在無需使用銑刀的整個軸向深度的情況下，可以使用塞子代替噴嘴，這樣可以避免不必要的空噴射而浪費冷卻液壓力。位於刀具端部的噴嘴有助於排屑，避免出現切屑的再切削效應（特別是在型腔加工中）。
為了確保運用冷卻液流和壓力的正確數值，可採用專用計算器來實現HPC在銑刀上的最佳應用（輸入機床的冷卻液流速和壓力、切削參數、軸向切深等）。該計算器將算出噴嘴的尺寸，這樣可實現最佳的加工效果並降低流量要求，同時保持所選孔在冷卻液通過時保持高壓流動。
圖2 用於銑削的HPC刀具-CoroMill690長刃銑刀
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在加工鈦合金和其它粘性材料時，HPC是防止工件材料粘接在切削刃上的常用方法。
在加工過程中產生的溫度和施力會影響零件表面完整性。冷卻液的使用在控制溫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。
新機床技術凸顯HPC加工優勢
高壓加工不應被視為彌補因其它應用因素（例如刀片不合適、加工不穩定性，切削參數不正確等）而導致的缺點的手段。HPC是當工序設定基本正確時的“優化器”。該概念在車削和銑削中為實現更短的加工時間、改善的零件質量一致性以及更高的加工安全性提供了解決方法。
對各種加工工序優化的需求，特別是當對切屑形成和難加工材料的加工佔主導地位時，在當今機床上採用的HPC很容易成為極具吸引力的選擇。
多任務機床以及新一代立式車床的日益流行已經突顯出採用高壓冷卻加工的益處，從切屑控制的角度來看更是如此。由於製造商越來越廣泛地使用這些機床來加工難加工材料制成的航空零件，如何消除由於切屑堆積而導致的麻煩也变得更加重要。 ■
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