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微量油氣潤滑系統在干式切削中大大提高效率

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 準干式切削:是相對干式切削和濕式切削而言的,是在切削刀具的切削刃上噴上一層潤滑油,切削加工的時候,潤滑油在刀具和工件間形成一層油膜,保護刀具和工件,避免熱量產生,提高工件加工精度,特別是在精密加工中。

 

      微量潤滑系統:簡單的說就是精密 控制油量的噴油裝置,通常分為外噴油和內噴油裝置。外噴油裝置是潤滑油和壓縮空氣分別獨立調節,壓縮空氣在噴嘴出口處將潤滑油通過高速氣流吹向切削刀刃,實現潤滑作用。

 

一 噴霧冷卻的機理

切削液在金屬切削中主要起兩個作用,一是潤滑作用;二是冷卻作用。切削液能否充分發揮有效的潤滑作用,其滲透能力強弱是一個重要的因素。常規的澆注式切削液在切削加工中的滲透以液體滲透和氣體滲透兩種方式進行:澆注的液體滲透效率較低,在高速切削時效率更低;氣體滲透是由于澆注在切屑表面裂紋中的液體隨著切削溫度的上升發生汽化而向前刀面進行滲透的。試驗證明,常規切削液的滲透能力不強,能夠被汽化的液體量很少,使潤滑效果受到限制。而噴霧冷卻形成的兩相流體,能夠彌補切削液滲透能力的不足。氣液兩相流體噴射到切削區時,有較高的速度,動能較大,因此滲透能力較強。此外,在氣液兩相射流中微量液體的尺寸很小,遇到溫度較高的金屬極易汽化,可從多個方面向刀具前刀面滲透。雖然射流中的液體量很少,但被汽化的部分則比連續澆注切削液時多,因而潤滑效果較好。在金屬加工中切削熱主要來源于金屬的塑性變形,切削區的冷卻過程就是固體與流體之間的傳熱過程。由于流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用,在固體表面就有一個流體滯流層,從而增加了熱阻。滯流層越厚,熱阻越大,而滯流層的厚度主要取決于流體的流動性即粘度。粘度小的流體冷卻效果比粘度大的流體冷卻效果好。

氣液兩相流體噴出時,體積驟然膨脹對外做功,消耗了內能,可使溫度降低10℃左右。噴霧冷卻中兩相流體有較高的速度,能夠及時將鐵屑沖走,并帶走大量的熱量,進一步增強了降溫效果。因此,噴霧冷卻實際上綜合了氣液兩種流體的降溫效果和優點。

二 噴霧冷卻裝置的工作原理

噴霧冷卻就是把微量液體混入壓力氣流中,形成霧狀的氣液兩相流體,通過噴霧產生射流,噴射到切削區,使工件和刀具得到充分冷卻和潤滑。

噴霧冷卻裝置工作時,壓縮空氣經分水濾氣器濾除水分等雜質,通過電磁閥后一小部分壓縮空氣進入冷卻液箱內,將冷卻液壓出到噴嘴;絕大部分壓縮空氣經調壓閥將壓力調至0.32~0.35MPa后經壓縮空氣軟管到噴嘴與冷卻液混合,霧化后噴射到切削區。

噴霧冷卻技術的關鍵在于能否把冷卻液充分霧化。由于冷卻液的壓力略大于壓縮空氣的壓力,二者在氣液混合室內混合后,經蛇皮管式冷卻管5由噴嘴頭噴出。反之,若冷卻液的壓力小于壓縮空氣的壓力,則冷卻液將被壓回到冷卻液箱內。在一些進口機床的噴霧冷卻裝置中,壓縮空氣是從調壓閥后進入冷卻液箱的,因此噴出冷卻液時往往有“喘氣”現象。若將壓縮空氣改為從電磁閥后直接進入冷卻液箱,就可避免“喘氣”現象。

為了調節噴出的冷卻液流量,在噴嘴上安裝了冷卻液流量調節閥。一些進口機床所采用的噴霧冷卻裝置,其噴嘴調節閥為錐形,使用時通過調整錐面配合間隙的大小來調節冷卻液流量。由于加工這種結構的噴嘴調節閥比較困難,閥桿與閥體錐面的同心度不易保證,從而不能有效地調節冷卻液的流量。試驗證明,如將錐閥改成平閥、將錐面改成平面,并增加一個密封圈,則冷卻液的流量可以任意調節。

 

三 噴霧冷卻液的選擇

由于從噴嘴噴出的冷卻液成霧狀,其中大部分噴到切削區,一小部分彌散在空氣中,為了避免環境污染及對操作者造成傷害,冷卻液的選擇非常重要。通過使用非傳統的切削液-植物油,包括脂類,環境成本顯著減少。這些產品的技術優點包括具有清洗劑,分散劑的性能,低發泡,快速放氣,著火點相對較高以及表層兼容?;谥参锏臐櫥涂裳杆俦簧锝到?,大多數情況下,潤滑油在21天內即被分解,這樣就無長期清潔的后顧之憂。這些潤滑油也已經得到改進,具有低霧化的特點,有助于短期清潔。               

對潤滑劑的要求:

 

     首先,潤滑劑要求較低的粘度。

       其次,潤滑劑有很好的滲透性和表面附著系數。

       第三,潤滑劑要具有超級的潤滑性。

       第四,潤滑劑需要優良的極壓性能。

       第五,潤滑劑環保、安全、可再生(植物性)。

四 噴霧冷卻的應用效果

切削區溫度

采用噴霧冷卻與干切削分別加工40Cr和45鋼(加工40Cr鋼的切削參數為:ap=2mm,f=0.48mm/r,v=167m/min)。切削區溫度測試的結果表明,與干切削相比,采用噴霧冷卻時切削區溫度可降低140℃;若加工45鋼(ap=2mm,f=0.3mm/r),采用噴霧冷卻時切削區溫度比干切削時可降低200℃。

切削液的成本

來自的國的最新統計數據表明與切削液相關的成本相當于全部成本的7.5%-17%。隨著石油原料成本的增長,趨勢是切削液的價格在不久的將來繼續增長。

環境成本

處理使用過的切削液和切屑所花費的長期環境清潔成本以及工人的健康。由于沒有冷卻液泵,所以實現了節約能源。

刀具壽命

與鑄鐵或鑄鋼和磨削相比,干式切削使刀具使用壽命增加了20%,某些使用MQL的刀具使用壽命實驗表明刀具壽命增長了50%,具體取決于加工過程,切削速度和進給。這是因為MQL系統將產生由微小油滴構成的油霧,它通過刀具中心噴射到切削區域上,使切屑更易清除,并且防止微粒黏在切削刀具上。

在立車上粗加工45鋼鑄件,使用的刀片牌號為YT5。當切削條件相同時,采用噴霧冷卻的刀具壽命為1小時以上,而采用干切削時的刀具壽命僅為30~40分鐘。

 

較快的加工時間

通過采用耐熱刀具材料,例如炭化物,以及較高的主軸轉速,半干切削比傳統的濕切削的速度快50-100%。無冷卻液霧化,使用MQL切削,用戶可以保持工廠環境極為潔凈,幾乎沒有煙霧和氣味。這有利于清潔和工人的健康。

表面粗糙度

在數控龍門銑床上精銑材料為ZG20CrMo的汽輪機汽缸中分面,使用的刀片牌號為YT535,切削用量為v=150m/min,vf=40mm/min,ap=0.02~0.04mm。采用干切削時,加工1m2后刀片磨損,加工表面粗糙度不穩定,為Ra2.3~3.4μm;采用噴霧冷卻時,加工1.5m2后刀片磨損,表面粗糙度穩定,達Ra0.76~0.9μm,超過圖紙設計要求的Ra=1.6μm。

此外,噴霧冷卻技術可應用于立式車床、臥式車床、轉子車床、圍帶車床、落地鏜銑床等不同機床,加工效率平均提高20%,刀具壽命提高一倍以上,加工精度也有顯著提高。如在轉子車床上精車轉子軸頸,采用干切削時一刀車不下來,圓柱度不易保證,而采用噴霧冷卻時,一刀即可車完,而且圓柱度滿足設計要求。

五  應用領域:

有色金屬鑄造零及部件加工

用于各種模具的精密加工,特別是汽車等大型模具的精加工

六 結語

由于噴霧冷卻具有良好的冷卻和潤滑效果,在切削加工過程中應用噴霧冷卻技術可顯著提高切削加工生產效率和零部件加工質量。

1.由于兩相射流對切削區有清理作用,減少了氧化皮、細鐵屑等對刀具的磨損,可提高刀具的耐用度;噴霧冷卻裝置體積小,安裝操作方便;冷卻液耗量少,工作環境清潔,有利于保護操作者的身體健康。

2.噴霧冷卻技術特別適合用于高速切削、緩進給磨削、強力磨削等發熱量大的加工場合以及加工精   度要求高的高強度、高硬度合金鋼材料。

噴霧冷卻裝置用于數控機床,可實現冷卻自動化;如在普通機床上應用,通過簡化結構,以手動氣路開關代替分水濾氣器和電磁閥,可在實現噴霧冷卻的同時降低成本。


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