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MQL微量润滑冷却系统提升了工件加工质量

  • 发表时间:2020-07-06 17:47:14
  • 来源:未知
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  对于发动机缸体、缸盖和变速器中的壳体等铝合金箱体类零部件中的壳体等铝合金箱体类零部件的加工,多数还是采取传统的湿式(切削液)润滑,该方式的切削液使用和后续环保处理成本很高,生产环境也差。因此,一些变速器、发动机生产企业开始考虑以微量润滑技术替代长期以来使用的湿式润滑加工的可能性。2013年,位于重庆的长安福特发动机工厂建成了采用MQL技术的铝合金缸体/缸盖生产线,在达到批量生产能力的同时,也取得了高效、安全、环保的效果:减少了80%的碳氢化合物、50%水用量以及25%的能源消耗,既改变了后续环保处理成本高昂的局面,又明显地改善了生产环境。此外,还提高了刀具寿命、提升了工件加工质量。

 
MQL微量润滑冷却系统
 
  实施MQL试验时的切削条件
 
  切削试验在发动机车间现场的缸盖生产线所配的GROB G320双主轴加工中心上进行。为了验证MQL运行的效果、零件的加工质量及可靠性,在做试验的加工中心内配置了LUBRIX V7单通道微量润滑系统。如前所述,单通道MQL系统是压缩空气和润滑油通过混合装置生成一定浓度且颗粒尺寸为0.5~1μm的油雾,然后在机床外部通过球阀与主轴相联,油雾在穿过主轴及刀具的内冷孔后,被输送至切削区域。该系统采用了毛细管虹吸原理,在油箱内通过空气的压差(>0.06MPa),即可实现油雾浓度的调整(出油流量由油雾喷嘴的数量和压差决定)。一般来说,单通道微量润滑系统适用于转速不高于16 000r/min的主轴,响应时间为0.8~2s。通过对铝合金缸盖上的加工部位运行在MQL条件下的钻削及铣削加工,再与同等条件下采取湿式加工时的刀具磨损情况及工件表面质量进行对比。在整个试验过程中,主要的调试参数为喷油压力、喷油量、响应时间、加工参数、PLC程序和内冷指令等,见表1。
 
  切削试验的工作流程、数据分析及效果
 
  对运行MQL后的工艺验证包括:完成油雾装置的联接,并对油雾浓度/压力、工件温度、刀具切削参数都调整到位后,通过所采集到的相关数据及求得的设备能力指数Cmk以及就观察到的切屑堆积状况。又进行一些测试,着重对工件加工效果进行验证和数据分析。具体流程如图2所示。而表2所示为在执行两种不同的工艺方式下,所选的钻/铰工序加工参数和采用的刀具的对比。
 
  顺便指出,MQL电气控制采用了数字I/O接口通信方式,通过更改PLC地址和NC程序(组合成不同的M指令),实现机床对微量润滑装置的自动控制,并完成自动连续切削条件。最后,在同等加工条件下,分别采用传统湿式加工和MQL工艺,就刀具磨损情况以及工件表面质量的情况进行对比。为此在切削试验中,特设定15种油雾浓度,逐一与刀具进行匹配。在执行MQL工艺时,所采用刀具的材质并未发生变化,主要的变化体现在排屑槽、刃角、刀柄和内冷却孔位置、形状、角度的设计。当切削试验完毕后,再对产品直径、位置度和表面粗糙度等尺寸参数进行检测和对比,试验数据的对比验证见表3。
 
  通过对40件铝合金缸盖的试切削(钻400个孔、铰120个孔),比较在MQL刀具及湿加工刀具下的情况,如图3所示。
 
  从试验数据可以看出,虽然在外界条件相同并采用同样的切削参数,分别利用湿式加工刀具和MQL刀具均能达到产品图样所要求尺寸,但是从图3中可清楚地看出,在采用湿式加工时,刀具的积屑瘤严重,而MQL刀具基本无积屑瘤,因此,执行MQL工艺条件下的刀具,所加工出的产品表面质量将优于湿式加工。这一点在本文详细介绍的两个案例中也都已清楚地有所反映。
 
  在现代制造业中,充分体现生产质量意识的一项重要指标——设备能力指数C mk,在机床设备配置了新颖的MQL润滑装置后,能否达到应有的水平?与原来采取的传统的湿式润滑相比,是否能确保不低于当时的水平呢?通过对40件缸盖精加工部位的尺寸进行设备能力指数C mk的评定,确认在考核连续加工的设备能力指数C mk时,通过对设备能力的分析,都没有超出控制限的点,设备的受控情况很好。以控制H201、H205和H206的孔径(φ11H7)为例,求得的C mk值分别为2.30/2.25/2.43,均满足设备能力指数要求(C mk>1.67)。
 
  结语
 
  本文借助曲轴斜油孔加工和铝合金缸体/缸盖加工的具体案例,通过与传统制造工艺的对比分析,较全面地阐述了微量润滑技术的实际使用效果。事实表明,微量润滑作为一种典型的绿色加工制造技术,优势是很明显的。在产品的加工质量、生产成本、加工效率、资源消耗以及环境影响等方面,相比传统的湿式(切削液)润滑和干式加工,MQL技术的综合评价更高:一是降低了生产的运行成本和资源消耗。二是投资低。以新建一条40万产能的铝合金缸体/缸盖线为例,就一次性的投资额而言,采用微量润滑时的投资还不到传统的集中冷却的一半。三是能有效地降低切削力。具有提高刀具寿命和工件加工质量的作用。
 
  虽然MQL技术发展到今天,总体上已经比较成熟,但是仍然有一些必须认真对待的问题,不解决好就会影响使用效果。典型例子就是,当其用于加工铝合金零件时,难免会出现由切削而产生的铝屑的处理问题。由于缺少了在常规情况下切削液的冲刷作用,所以铝屑容易在设备内堆积,这将对上下料的准确性产生消极影响,还会使设备内的运动部件发生故障。因此,MQL技术应用的同时,关注机床内部的切屑防护和部件排屑设计也是非常重要的。
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