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你了解微量切削油技术么?

  • 发表时间:2020-07-10 16:59:49
  • 来源:未知
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  随着对生态保护、降低能耗、节约资源要求的日趋严苛,已有越来越多的国家开始落实节能减排、保护环境的计划,这就决定了绿色制造技术的开发与实施势在必行。

 
 
微量切削油
 
  绿色制造技术以绿色理念为指导,涉及产品设计、制造、包装、运输,直至产品报废处理的各个环节,对环境、资源造成的负面影响最小,能实现资源利用率的最大化,以实现同时兼顾企业经济效益与社会效益稳步提升两方面的综合性目标。从国内企业的实际情况出发,目前在一些工厂的生产中已经获得了一定应用的,主要还是绿色的机加工制造技术。如在发动机曲轴、凸轮轴、连杆、缸体和缸盖等主要零部件的加工过程中,微量润滑技术因为具有降低制造成本、改善工厂环境等优势,已经逐步取代传统的切削液湿式加工方式。
 
 
  微量润滑技术概述
 
 
  1.概况
 
 
  MQL技术,即气液混合微量润滑技术,也称最小量润滑,来源于英文Minimal Quantity Lubrication,是一种新型的金属切削加工的冷却润滑方式。这种工作方式是通过将压缩空气与极其微量的润滑油混合汽化后,形成微米级的液滴,然后喷射到加工区域,从而进行有效的冷却、润滑和清理切屑。
 
 
  这项技术目前已经在国内部分主流汽车动力总成(主要为发动机厂和变速器厂)企业得到了成功的应用:一是在那些有德国大众汽车背景的合资或独资企业里,这项技术主要是在曲轴加工领域获得了全面应用,后又成功地用于连杆线的粗加工工位,并正在为将它推广应用到缸体、缸盖加工中做准备。二是在以福特汽车为代表的一些美资企业(如长安福特)和部分自主品牌车企(如长城汽车),这项技术主要用于铝合金壳体类零部件加工,如变速器壳体、发动机缸体及缸盖。
 
 
  2.优势
 
 
  MQL技术作为一种绿色的准干式加工技术,具有如下优势:
 
 
  加工中无需更换MQL油,只需定期在压缩气体中混入(即添加)微量的无公害润滑油。而在整个运行过程中,无废液排出。所产生油雾在经过设备净化处理后,可以直接排放,从而有效避免了工业生产对环境的污染。
 
 
  改善刀具切削条件,抑制及降低了加工过程中产生的切削热,提高了刀具寿命。切削液以高速雾粒供给,增加了润滑剂的渗透性,提高了冷却润滑效果,改善了工件的表面加工质量。
 
 
  由于实施MQL技术时,对润滑介质的消耗量极低,一般情况下每小时消耗量仅为0.05~0.1L。相比之下,传统湿式加工每小时乳化液的消耗量大约为1 000L,MQL技术实际的切削液用量仅为传统加工的万分之一,从而大大降低了切削液成本。此外,还能使切削区域外的刀具、工件和切屑保持干燥,既避免了处理废液的难题,又有效地降低了辅料消耗和切削液的后处理成本。
 
 
  微量润滑系统及其工作原理
 
 
  简单地说,微量润滑系统就是一套精确控制油量的喷油装置,系统结构主要由油雾供给系统、喷嘴和润滑油三部分构成。该系统简单,整个装置占地面积小,易于安装在各种类型的机床旁。
 
 
  1.微量润滑系统的分类
 
 
  MQL系统可分为单通道式和双通道式两大类。两者的区别是空气和润滑油混合形成气溶胶的位置不同,即根据对微量切削液的传输、雾化的差别而被分成两种形式。其中单通道式的特点为:空气和润滑油在发生设备内已经混合成气溶胶,随后气溶胶通过刀具内部的轨道被输送到加工区域。而双通道式则有以下特点:空气和润滑油在不同的轨道内被输送到加工轴头附近的混合腔内,形成气溶胶,随后被输送到加工区域。与双通道系统相比,单通道系统虽然更便于制造,但在输送冷却润滑油雾时,特别是在具有强烈离心作用下的旋转主轴中时油雾易被分散,这常常导致加工区油雾分布不均匀,从而影响加工质量。而双通道式的微量润滑系统,因为在气溶胶形成后,被输送到加工区域的距离比较近,其润滑液滴相比单通道式更加细小,润滑效果将更好,所以应用范围更加广泛。
 
 
  2.产品化的微量润滑装置
 
 
  MQL有内冷和外冷系统之分,前者的气雾通过机床主轴,经刀具的内孔并由端部喷出,或通过原切削液管路由原喷嘴位置喷出,以达到最佳使用效果;而后者的气雾则由机床外部引入,并由刀具外部供给。
 
 
  另外,由前面的介绍可知,MQL装置还被分为单通道和双通道两类,其中的单通道微量润滑系统主要由主体(即紧凑型油雾单元)、球阀、供油单元以及相应的切削加工单元组成,而双通道系统则主要由主体(即包含供气和产生油雾(供油)的复合单元)、球阀以及旋转接头等组成。
 
 
  一般情况下,外冷系统适用于使用外冷刀具的机床,如刨床、车床、铣床和中心锯床等,适用的材质有铜、铝、镁、易切削钢和中等难切削钢等材料。而内冷系统则主要适用于数控车床、加工中心、孔加工机床等,更适于与内冷钻头、内冷铣刀、内冷丝锥等内冷刀具加工的配合,当然也适用于外冷刀具的使用场合。适用材质包括铝合金、铜合金、镁合金、各类铸铁以及易切削钢和中高难切削钢等材质。
 
 
  微量润滑技术在发动机曲轴斜油孔加工中的应用
 
 
  在当今国内外汽车发动机行业,小排量汽油发动机曲轴的材质都以铸铁尤其是球墨铸铁为主,至于中、大排量(1.6L以上)汽油发动机、尤其是带涡轮增压功能的发动机,所配曲轴的材质大部分为锻钢。曲轴作为发动机的关键零部件,不但结构复杂,而且有很高的技术要求,因此为了能加工出合格的工件,各个企业都会在已相对比较成熟的传统工艺的基础上,继续不断地完善、改进生产工艺。随着汽车轻量化和对绿色制造技术的日益重视,类似MQL这样的新颖制造技术也在一些主流发动机厂的实际生产中获得了应用。
 
 
  下面介绍一个在曲轴粗加工阶段的典型案例。
 
 
  对深孔如斜油孔(见图1,从图1a清晰可见斜油孔的状况,而图1b是位于轴颈表面的深孔端口)的加工,至21世纪初,多数国内主流汽车发动机企业采取的依然是“枪钻”这种已沿用多年的传统工艺。这种制造技术最先为应用于加工枪管而得名,鉴于只需要通过一次进给就能生产出具有较高精度的孔(譬如枪管),多年来该工艺已普遍应用于深孔加工中。
 
 
  在运行过程中,使用了导向条对刀具进行支撑,自钻头位置的进油孔将切削液输送至切削区域,可同时实现润滑和冷却,还有利于排屑,之后让切屑和切削液顺着沟槽被送入油箱做统一处理。但近年来,该制造工艺,因为其投入和使用成本偏高,在加工过程中切削(润滑)液的消耗量很大等种种不足,所以,一些技术理念比较领先的企业,在做新的生产线或新的生产能力的工艺规划时,就以“高速深孔钻”来替代传统的枪钻工艺,这为微量润滑技术的应用创造了条件。
 
 
  采用枪钻工艺加工深孔,一方面,仍然利用传统的润滑方式,单单一套体积庞大的润滑冷却系统就十分昂贵,且后续的使用成本也相当高;另一方面,还必须有大流量、高压力和高过滤精度的润滑切削液,否则就会影响油膜的建立并造成排屑的困难。这主要是与经过“枪钻”加工后的孔壁会呈现一定程度的螺旋状密切相关,此种表面形状对排屑造成不利影响,在曲轴斜油孔这样的径长比很大的孔加工中显得就更突出了。此外,鉴于枪钻是偏心的,还必须配有钻套。
 
 
  而当曲轴斜油孔的加工采用微量润滑技术后,一方面配以Bielomatik(必诺)公司提供的双通道微润滑系统,该系统为内冷式结构,双通道是指气管跟油管分别处理,最后才在刀具内混合后喷出。另一方面,当深孔加工由枪钻改为双刃高速钢麻花钻后,就不再需要钻套。进而,由于微量润滑的油雾本身质量就很小,且因加工中受力对称,形成的孔壁就较光滑。
 
 
  除以上两大优势,相应的工艺试验则表明,应用微量润滑还明显地改善了工件清洁度,这是因为此时切屑更容易在加工中排出,有利于切屑回收,而且在清洗过程中也更不易残留。另外,这种切削可以认为是准干式的,相比传统方式不但使用成本更低,且雾化的润滑油也更利于油膜的建立。
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