王龍
摘要:為了解微量油霧冷卻&潤滑對不銹鋼切削性能的影響,在介紹了微量油霧冷卻原理及優(yōu)勢的基礎上,基于前期實地調研結果,以上汽LFV49180-12350不銹鋼渦輪殼進氣法蘭工序為載體,開展不銹鋼的微量潤滑銑削性能實驗研究。以油品類型、流量大小、噴嘴結構三個因素作為變化因素,探明不銹鋼在干切削、傳統(tǒng)潤滑和微量潤滑(外噴)切削條件下的切削性能變化。研究結果表明,流量大小及噴嘴結構是影響不銹鋼零件切削性能、尤其是發(fā)熱量的主要因素。
關鍵詞:微量潤滑;不銹鋼;綠色加工;切削;發(fā)熱量
1? 微量油霧冷卻&潤滑原理
微量潤滑冷卻技術(MQL——Minimal Quantity Lubrication)是利用微量的冷卻液與高壓氣體混合后形成氣霧混合物,高速噴射到工件表面上,取代金屬切削加工時切削液的冷卻和潤滑。霧化質點在高溫下很快霧化,吸收大量切削熱。另外噴嘴高速噴射時,流體膨脹使霧束本身的溫度降低,也可吸收大量熱量。同時霧化流體能吸附在金屬表面上,形成潤滑膜,還能起到一定的潤滑作用,既滿足冷卻潤滑效果,又使切削液的使用量達到最小,極大地減少了環(huán)境污染。
壓縮空氣從主氣源分兩路進入油箱,一部分直接作用于油箱本體,另一部分控制油霧發(fā)生器動作,將潤滑油油霧化后與油箱本體內(nèi)的空氣二次混合,完成通過調壓單元定比例調壓后,按照設備本身動作要求,將油霧輸送到潤滑點,完成整個工作過程。
針對其冷卻和潤滑兩項技術指標,與傳統(tǒng)切削液切削做相關對比。冷卻方面:MQL為準干式加工,切削過程中依靠壓縮空氣的流動性帶走熱量,效果弱于切削液。潤滑方面:MQL采用環(huán)境友善的專用潤滑劑,細膩連續(xù)的油膜保證潤滑效果優(yōu)于切削液。
2? 微量油霧冷卻&潤滑功能及效益
2.1 功能
①高速切削的微量潤滑——由壓縮空氣的高流速與微米級的油霧顆粒(高壓達10BAR)和空氣混合,噴射至切削區(qū)起到潤滑冷卻的作用;②保護工件協(xié)助排屑;③最小能給3mm孔徑鉆提供潤滑并帶有流量顯示。
2.2 經(jīng)濟效益
①省去切削液帶來巨大節(jié)約,包括切削液采購、倉儲、運輸和處置相關費用;②工藝優(yōu)化完成后,刀具壽命可期望延長;③工件后續(xù)的清潔/清洗可免除,帶來節(jié)約;④干的鐵屑可以作為可回收物回收;⑤消耗量約為濕切的1/30,成本約為濕切的54%。
2.3 生態(tài)效益
①加工環(huán)境大為改觀,實現(xiàn)車間可吸入顆粒符合標 準,操作工無職業(yè)病風險;免除切削液(油)排放;②能源消耗降低,平均節(jié)能7kW/臺機床(和傳統(tǒng)切削液加工比較)。
3? 微量油霧冷卻&潤滑組成
針對我司設備大部分都是外冷機床,故在此僅對擬適用我司目前生產(chǎn)狀況的外冷噴嘴型微量油霧冷卻&潤滑系統(tǒng)的主控單元做相關介紹。
①過濾單元:主要對進入油箱內(nèi)部的壓縮空氣進行過濾,將內(nèi)部的水蒸氣、灰塵雜物清除。避免水分長期積累,對油箱或者潤滑點造成腐蝕;而空氣內(nèi)的顆粒狀灰塵雜物進入油箱混入油內(nèi),當隨著油霧進入到潤滑點,與摩擦面結合后,會造成摩擦面異常磨損或者燒蝕,降低整體壽命。
②霧化部分:霧化部分主要將油箱內(nèi)部的油與空氣進行混合,使其形成霧氣狀態(tài),此部分是這個裝置最主要的部分。
③調壓單元:此單元可以按照潤滑點的要求,調節(jié)油霧潤滑裝置出口油霧壓力。
④控制單元:根據(jù)各種廠家和型號的不同,有的裝置只控制油霧出口的工作情況,這樣簡化了整個裝置,使用壽命長,故障率低。有的裝置控制整個裝置的動作,自動化程度高,但是維修困難。
⑤油箱本體:主要為貯存潤滑油,但是油箱本體一般包括液位計、流量計兩部分。
4? 微量油霧冷卻&潤滑在不銹鋼切削中的應用試驗
試驗載體選用不銹鋼材質的某款產(chǎn)品銑面鉆孔加工,加工機床:MAZAK加工中心。選用該工序的原因為加工特征簡單、刀長基本一致,微量油霧冷卻裝置采用外冷+噴嘴形式。(圖2)
試驗的參數(shù)、方案及切削性能如表1所示。
5? 小結
本文介紹微量油霧潤滑&冷卻這一較前沿切削技術,在對其原理、結構、優(yōu)勢進行相關介紹的基礎上,在某產(chǎn)品上進行了MQL切削性能試驗。以油品類型、流量大小、噴嘴結構三個因素作為變化因素,探明了不銹鋼在干切削、傳統(tǒng)潤滑和微量潤滑(外噴)切削條件下的切削性能變化。研究結果表明,流量大小及噴嘴結構是影響不銹鋼零件切削性能、尤其是發(fā)熱量的主要因素。
同時,仍有微量油霧冷卻推廣需要有以下幾處技術攻關。①散熱難點需要攻關,可從油品、流量、結構及外接空壓冷凝裝置等方向展開;②微量油霧冷卻油霧回收裝置方案調研;③微量油霧冷卻小批量加工試驗,統(tǒng)計零件尺寸穩(wěn)定性、刀具及綜合成本;④復雜工序微量油霧冷卻加工方式調研(內(nèi)冷等)。
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