王龍
摘要:為了解微量油霧冷卻&潤(rùn)滑對(duì)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(shì)的基礎(chǔ)上,基于前期實(shí)地調(diào)研結(jié)果,以上汽LFV49180-12350不銹鋼渦輪殼進(jìn)氣法蘭工序?yàn)檩d體,開(kāi)展不銹鋼的微量潤(rùn)滑銑削性能實(shí)驗(yàn)研究。以油品類型、流量大小、噴嘴結(jié)構(gòu)三個(gè)因素作為變化因素,探明不銹鋼在干切削、傳統(tǒng)潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑(外噴)切削條件下的切削性能變化。研究結(jié)果表明,流量大小及噴嘴結(jié)構(gòu)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(guān)鍵詞:微量潤(rùn)滑;不銹鋼;綠色加工;切削;發(fā)熱量
1? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑原理
微量潤(rùn)滑冷卻技術(shù)(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(shí)切削液的冷卻和潤(rùn)滑。霧化質(zhì)點(diǎn)在高溫下很快霧化,吸收大量切削熱。另外噴嘴高速噴射時(shí),流體膨脹使霧束本身的溫度降低,也可吸收大量熱量。同時(shí)霧化流體能吸附在金屬表面上,形成潤(rùn)滑膜,還能起到一定的潤(rùn)滑作用,既滿足冷卻潤(rùn)滑效果,又使切削液的使用量達(dá)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(jìn)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(dòng)作,將潤(rùn)滑油油霧化后與油箱本體內(nèi)的空氣二次混合,完成通過(guò)調(diào)壓?jiǎn)卧ū壤{(diào)壓后,按照設(shè)備本身動(dòng)作要求,將油霧輸送到潤(rùn)滑點(diǎn),完成整個(gè)工作過(guò)程。
針對(duì)其冷卻和潤(rùn)滑兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),與傳統(tǒng)切削液切削做相關(guān)對(duì)比。冷卻方面:MQL為準(zhǔn)干式加工,切削過(guò)程中依靠壓縮空氣的流動(dòng)性帶走熱量,效果弱于切削液。潤(rùn)滑方面:MQL采用環(huán)境友善的專用潤(rùn)滑劑,細(xì)膩連續(xù)的油膜保證潤(rùn)滑效果優(yōu)于切削液。
2? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑功能及效益
2.1 功能
①高速切削的微量潤(rùn)滑——由壓縮空氣的高流速與微米級(jí)的油霧顆粒(高壓達(dá)10BAR)和空氣混合,噴射至切削區(qū)起到潤(rùn)滑冷卻的作用;②保護(hù)工件協(xié)助排屑;③最小能給3mm孔徑鉆提供潤(rùn)滑并帶有流量顯示。
2.2 經(jīng)濟(jì)效益
①省去切削液帶來(lái)巨大節(jié)約,包括切削液采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸和處置相關(guān)費(fèi)用;②工藝優(yōu)化完成后,刀具壽命可期望延長(zhǎng);③工件后續(xù)的清潔/清洗可免除,帶來(lái)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(shí)現(xiàn)車間可吸入顆粒符合標(biāo) 準(zhǔn),操作工無(wú)職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn);免除切削液(油)排放;②能源消耗降低,平均節(jié)能7kW/臺(tái)機(jī)床(和傳統(tǒng)切削液加工比較)。
3? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑組成
針對(duì)我司設(shè)備大部分都是外冷機(jī)床,故在此僅對(duì)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(rùn)滑系統(tǒng)的主控單元做相關(guān)介紹。
①過(guò)濾單元:主要對(duì)進(jìn)入油箱內(nèi)部的壓縮空氣進(jìn)行過(guò)濾,將內(nèi)部的水蒸氣、灰塵雜物清除。避免水分長(zhǎng)期積累,對(duì)油箱或者潤(rùn)滑點(diǎn)造成腐蝕;而空氣內(nèi)的顆粒狀灰塵雜物進(jìn)入油箱混入油內(nèi),當(dāng)隨著油霧進(jìn)入到潤(rùn)滑點(diǎn),與摩擦面結(jié)合后,會(huì)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(jìn)行混合,使其形成霧氣狀態(tài),此部分是這個(gè)裝置最主要的部分。
③調(diào)壓?jiǎn)卧捍藛卧梢园凑諠?rùn)滑點(diǎn)的要求,調(diào)節(jié)油霧潤(rùn)滑裝置出口油霧壓力。
④控制單元:根據(jù)各種廠家和型號(hào)的不同,有的裝置只控制油霧出口的工作情況,這樣簡(jiǎn)化了整個(gè)裝置,使用壽命長(zhǎng),故障率低。有的裝置控制整個(gè)裝置的動(dòng)作,自動(dòng)化程度高,但是維修困難。
⑤油箱本體:主要為貯存潤(rùn)滑油,但是油箱本體一般包括液位計(jì)、流量計(jì)兩部分。
4? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑在不銹鋼切削中的應(yīng)用試驗(yàn)
試驗(yàn)載體選用不銹鋼材質(zhì)的某款產(chǎn)品銑面鉆孔加工,加工機(jī)床:MAZAK加工中心。選用該工序的原因?yàn)榧庸ぬ卣骱?jiǎn)單、刀長(zhǎng)基本一致,微量油霧冷卻裝置采用外冷+噴嘴形式。(圖2)
試驗(yàn)的參數(shù)、方案及切削性能如表1所示。
5? 小結(jié)
本文介紹微量油霧潤(rùn)滑&冷卻這一較前沿切削技術(shù),在對(duì)其原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)進(jìn)行相關(guān)介紹的基礎(chǔ)上,在某產(chǎn)品上進(jìn)行了MQL切削性能試驗(yàn)。以油品類型、流量大小、噴嘴結(jié)構(gòu)三個(gè)因素作為變化因素,探明了不銹鋼在干切削、傳統(tǒng)潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑(外噴)切削條件下的切削性能變化。研究結(jié)果表明,流量大小及噴嘴結(jié)構(gòu)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(shí),仍有微量油霧冷卻推廣需要有以下幾處技術(shù)攻關(guān)。①散熱難點(diǎn)需要攻關(guān),可從油品、流量、結(jié)構(gòu)及外接空壓冷凝裝置等方向展開(kāi);②微量油霧冷卻油霧回收裝置方案調(diào)研;③微量油霧冷卻小批量加工試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)零件尺寸穩(wěn)定性、刀具及綜合成本;④復(fù)雜工序微量油霧冷卻加工方式調(diào)研(內(nèi)冷等)。
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