400°的区别

在工具磨损机制中，“磨损”本身并不是导致工具失效的唯一原因。温度是真正的敌人。

由于温度的关系，一点点的磨损就会自我消耗。也就是说，刀具边缘的轻微钝化，因为它增加了切削内部的摩擦，会导致加工的热量增加。因此，刀具会变得更热，刀具材料也会变软，从而使刀具的刃口进一步、更快地退化。越枯燥就会产生越多的摩擦，以此类推。在高温的作用下，刀具在自加速曲线中失效。

事实上，当工件材料本身耐热时，这种现象尤为明显。这就是为什么像钛、铬镍铁合金和致密石墨铁(CGI)这样的材料很难加工的原因。在这些加工应用中，最需要的条件是冷却。

但具有讽刺意味的是，我们称之为“冷却剂”的流体在提供这方面的成功并不尽如人意。冷却剂在加工过程中确实会吸收热量，但它是在一定的距离内产生热量的，无法接触到产生热量的实际部位，也就是切削刀具穿过金属的部位。通过主轴冷却剂试图使冷却剂更接近这个切割区，和新的发展，通过插入输送使冷却剂非常接近确实。这些措施往往是有效的，而且往往是非常有效的。

然而，他们的成功意味着更多的东西。具体地说，这意味着通过将冷却机制正确地调整到切削点，可以实现更大的刀具性能提高。

机床供应商MAG认为，这种冷却的关键并不在于传统的冷却剂，而在于机床本身的吸热能力。MAG试图增加这种吸收。该公司已经推出了一种新型的低温加工技术，这种技术不仅在各种具有挑战性的材料中被证明是有效的，而且现在还可以作为该公司大多数加工中心型号的工厂安装选项。在各种应用中，特别是钛的铣削，这种低温加工已经被发现显著延长了工具的寿命，是原来的10倍。

该系统使用氮气。这本身并不是一个新想法，但MAG的专利方法与之前的方法不同。氮气冷却的其他应用包括将整个工作区域浸入氮气或从外部喷嘴喷射氮气。MAG的方法最初是由研发公司Creare开发的，最好被认为是“最小数量”的低温加工。在这种方法中，液氮以类似于最小润滑量(或MQL)的低速率流过主轴和刀具。然而，与MQL不同的是，这里的目的不是润滑。其目的是冷却。其目的是极端冷却。

MAG公司的高级工具工程师乔治·乔治欧(George Georgiou)一直参与低温机械加工的测试和开发，他说，这一点很重要。他说，这种冷却方式代表了对金属加工流体的一种截然不同的思考方式。在更典型的加工中，流体润滑的切割和/或清洗的工具和部分，以带走热量。相比之下，流体在低温加工中的作用是制冷。淹水冷却剂可能是+70°F。液氮的温度为-321°F，相差近400°F。这种差异足以将工具变成散热器。在极低的温度下，刀具可以起到热海绵的作用，将切削时产生的热量从刀具边缘吸收到刀具体内，从而使刀具的寿命和性能不会过早降低。

性能差异

近4年来，MAG一直致力于这种低流量的低温加工。大部分的开发工作都是与国防航空公司洛克希德·马丁公司合作进行的。MAG的低温加工技术业务开发经理Mike Judge说，现在，MAG可以在其任何三轴和四轴加工中心上提供设计成输送低温流体的主轴，五轴机床的可用性很快就会出现。

在这些加工中心中的任何一个，液氮从储罐中流过主轴和经过一个特别绝缘的工具。MAG通过修改其Cyclo切割线的标准切割工具提供工具。该公司表示，该生产线上的各种工具都可以在这个过程中使用。例如，虽然硬质合金工具已应用于大多数耐热工件材料，但该公司表示，PCD工具已被证明是CGI低温加工最有效的工具。

右边的图表量化了液氮冷却的一些性能优势。在钛材料中，以300sfm(对这种材料来说是很厉害的)的速度运行的工具在注水冷却剂下运行1分钟后就会磨损，但在冷藏时可以可靠地持续10分钟，如上图第一幅图所示。当速度更快时，同样的工具可以提供5倍的性能提升。Georgiou先生说，这两个性能图之间的区域反映了冷却方法之间的生产率差异。在这个区域内工作，切换到低温加工的洪水冷却剂用户可以选择在相同的刀具寿命下更快的速度，或在给定的速度下更长的刀具寿命。

不滑

他指出，这两个表演情节最终趋于一致。低温加工与常规冷却液加工的性能差异在低速时最大，在高速时缩小，在某一高速时完全消失。在上面所示的不锈钢试验中，低温加工在300 sfm以下提供了10倍的性能，在400 sfm下逐渐缩小到4倍的性能，在650 sfm左右没有表现出性能差异。

MAG说，即使不考虑切割性能的差异，仍有其他因素支持低温方法。对一直专注于性能改进的MAG团队来说，令人惊讶的是，低温技术对员工安全的潜在好处有这么多的兴趣。低温加工后，机器表面不会留下滑液。因此，在大型机器的应用中——也就是说，在操作者有时不得不走到机床的工作台上的应用中——操作者跌倒的风险降低了。

另一组好处与自然环境有关。低温加工并不使用人造流体来冷却，而是简单地使用氮气，这是一种从自然空气中提取并返回到空气中的物质。不需要液体处理。氮气不会污染空气，也不会污染医疗部件或其他敏感工件。

最后，乔治奥先生指出，低温加工也具有比传统的洪水冷却液加工更低的电源要求。虽然洪水冷却剂需要泵和过滤的动力，但液氮系统中的唯一功率要求涉及提取和压缩可能通过输送填充罐的液氮供应商进行的氮气工作。

每个立方体的成本

MAG表示，今天可以在当前机床上测试低温加工。该公司提供一种测试套件，包括具有液氮线的刀架（见图）。该套件不提供完美的测试，因为在刀柄内施加低温递送增加了悬垂长度并损害了设置的刚性。然而，套件应该足以让前瞻性用户确定他们可能会看到的低温加工多少钱。

目前，可以显著节省工具寿命。与此同时，Georgiou先生表示，由此产生的工具成本节约将继续得到改善。他认为工具是低温工艺仍需改进的最重要领域。今天，因为用户基数很小，现成的工具可以根据低温用户的需要进行修改。在未来，工具的目录将被设计，制造和储存的应用，使工具的价格下降。

然而，即使是在今天，低温加工的性能收益也可能高到足以使工具相对便宜。如果一种工具的成本是以每立方英寸材料的成本来衡量的话，Georgiou先生说，他预计低温加工最终将实现该行业所见过的成本最低的尖端技术。