(MQL)微量润滑油冷却的好处
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MQL 加工技术(微量润滑加工技术) 1 引言在金属切屑加工中, 切削液具有冷却、润滑、排屑、清洗和防锈等功能, 使用切屑液对延长刀具使用寿命、减少切削力、保证加工精度和加工质量起着重要作用。
然而随着人类对环境、健康和成本的日益关注, 切削液所带来的负面影响已不容忽视: 切削液的处理和排放易引起环境污染。
切削液雾对操作工人的健康构成威胁, 易诱发多种皮肤病、呼吸道和肺部疾病甚至是癌症。
此外, 切削液的使用成本相当昂贵。
据德国最新统计数据表明:与切削液有关的费用相当于全部制造费用的7%~17%, 而工具费用仅占2%~4%[1]。
在可持续发展战略下, 国家对环境污染的要求越来越严格,切削液的处理费用也越来越高。
鉴于环境保护和降低成本的需要, 干切削和半干切削加工技术成为必然选择。
干切削技术是在切削过程中不使用任何切削液的加工方法, 它可完全消除切削液带来的负面影响。
但是由于缺少切削液的润滑、冷却等作用, 切削刀具承受的负荷大, 切削热无法及时移走, 刀具磨损快, 加工精度和表面光洁度难以保证, 因此它只适用于特定的切削条件。
半干切削加工, 具有多种不同的方法: 低温冷风、液氮冷却、水蒸气冷却和MQL 等。
其中MQL 是近年来各国学者研究得较多的一种技术, 它综合了干切削和浇注式切削的优点, 是一种经济的绿色环保加工技术, 对此加以介绍。
2 MQL 加工技术MQL 是将压缩空气和微量切削液( 一般为2- 30mL/h) 混合雾化后, 喷射到加工区, 对刀具和工件进行有效润滑的一种半干切削技术。
在MQL 加工中, 切削液的使用量极少, 润滑效果却十分显著, 它可以大大减少工件—刀具—切屑之间的摩擦和粘着,抑制温升, 保证加工质量, 既降低成本, 又不会对环境造成污染,并且加工后的工件和切屑保持干燥, 缩短工时。
2.1 MQL 切削液在传统的浇注式切削中, 切削液的选择主要依据其冷却润滑等切削性能, 而在MQL 加工中, 切削液耗量低, 使用时间长,这就要求切削液不仅具有良好的切削性能, 还必须与环境相容,并保持化学稳定性。
润滑油的作用
润滑油是一种液体或半固体物质,广泛应用于机械设备和汽车引擎中。
它的作用主要包括以下几个方面:
1. 减少摩擦:润滑油可以在机械设备的接触表面形成一层薄薄的润滑膜,减少金属部件之间的摩擦和磨损。
这种润滑膜可以承受大部分机械运动所产生的压力,保护机械设备不受磨损和损坏。
2. 冷却作用:润滑油在机械设备中流动时,可以带走部分热量,起到冷却的作用。
特别是在高速旋转的机械部件中,润滑油能够有效降低温度,防止设备过热。
3. 密封作用:润滑油可以填充机械设备中的微小间隙,起到密封作用。
这样可以防止灰尘、污染物和水分等进入机械设备内部,保护机械设备的正常运行。
4. 清洁作用:润滑油还具有清洁作用,可以将机械设备内部的杂质、沉积物和污垢清除掉,保持设备的清洁和正常运转。
5. 防腐蚀作用:润滑油中通常含有抗氧化剂和防锈添加剂,可以防止机械设备内部金属部件受到氧化和腐蚀的影响,延长机械设备的使用寿命。
总之,润滑油在机械设备和汽车引擎中发挥着重要的作用,可以减少摩擦、降低温度、密封、清洁和防腐蚀,保护设备的正常运行和延长使用寿命。
微量润滑微量的润滑原理
微量润滑是指在机械加工加工过程中,使用微小的润滑剂量对切削部位进行润滑。
微量润滑的润滑原理主要有以下几点:
1. 减少摩擦力:微量润滑剂可以在机械加工过程中形成润滑膜,减少刀具和工件之间的摩擦,从而降低加工温度和切削力。
2. 防止粘连:当刀具和工件表面开始接触时,微量润滑剂可以在接触点形成润滑膜,防止切削部位出现粘连现象,从而提高加工质量。
3. 冷却作用:微量润滑剂可以在加工过程中吸收热量,从而降低加工温度,防止工件和刀具因过热而损坏,并更好地控制加工效果。
4. 减少工具磨损:微量润滑剂可以减少刀具磨损,延长刀具寿命,降低加工成本。
总之,微量润滑剂可以提高机械加工加工效率、加工质量和工具寿命,从而减少加工成本和环境污染。
低温冷风MQL技术中微量润滑机理研究黄伟(西安石油大学机械工程学院,陕西西安 710065)【摘要】本文主要分别讲述了纵向毛细形成的原因是刀具表面不平整引起的犁耕作用;横向毛细管形成的原因是硬质点嵌入切屑中在与刀具的相对滑动中撕裂切屑形成横向缝隙。
在此模型的基础上总结了低温MQL的润滑机理,并通过实验数据验证润滑油膜的存在。
关键词润滑机理;毛细管模型;润滑模型0 引言常规的微润滑(MQL)技术在切削难加工材料时,切削区的温度过高使刀具表面的润滑膜失去了润滑效果,造成刀具剧烈磨损。
若采用有效的降温手段,使切削区达到-10~-40℃,可以进一步提高MQL的润滑效果,并且能够有效减轻高温摩擦对刀具产生的剧烈磨损。
低温冷风微量润滑技术通过降低压缩气体的温度,一方面提高切削区换热的强度,改善换热效果;另一方面,换热效果的提高又可以使润滑液滴形成的润滑膜进一步保持润滑能力,从而降低刀具磨损,提高加工质量。
但是目前该项技术还存在不少问题:(1)使用低温冷风MQL技术时如何能够保证切削区的温度,达到设计要求的-10~-40℃;(2)微量润滑液的润滑机理不明,是否有润滑油膜的产生;(3)对风冷切削技术缺乏系统性的试验研究,对一系列技术参数没有量化和优化。
1 低温冷风MQL润滑机理根据纵横交错毛细管模型,本研究进行了流场模拟和雾化实验观测,总结描述出低温MQL油膜的形成过程。
如图1所示,在切削过程中切削变形区摩擦界面上由于强大的挤压及剪切应力和切削刃处的不平整,沿着切屑的流出方向会产生纵向主毛细管,而横向的毛细管[1]是由于在冶炼中以及挤压和剪切应力作用下,产生的小的硬质点,由于挤压作用硬质点会嵌在切屑内部(图1a),刀-屑相对运动中,硬质点会使切屑接触面上形成空隙(图1b),硬质点在摩擦力作用下逐渐扩大形成毛细管(图1c),如果有积屑瘤的存在,则整个毛细管会更加清晰。
从整个过程来看,毛细管内部为真空,当其一端与大气相通时外界气体和高速细粒润滑油快速填充,在继续的相对运动中,有外部的高压微量润滑液与毛细管中的润滑液持续补充,与此同时,翘曲切屑与刀体之间也会存在缝隙,润滑液颗粒,会在高压下持续进入缝隙中,从而形成了局部类油楔的边界润滑模型(图1d)。
MQL微量润滑系统使用范围与注意事项MQL微量润滑系统技术主要是采用无污染的润滑剂以高速雾颗粒的状态供给,增强了切削工件和刀具之间的润滑渗透性,改善了润滑冷却的效果,实现切屑和刀具之间的低摩擦。
为了进一步提高生产效率,昆山邓氏精密机械带大家了解下MQL微量润滑的使用范围与注意事项:MQL微量润滑系统适用范围MQL微量润滑系统适用于大型铝锭,尺寸较大的实心铜、铝棒材及型材的圆盘锯切和带式锯切。
同时微量润滑也适用于黑色金属和有色金属的加工,亦可用于铣、车、钻、锯、攻丝等加工工艺。
昆山邓氏精密机械的微量润滑系统主要用于铝合金锯切,CNC加工中心润滑改造,每次喷量0.05毫升,可通过时间继电器改变喷油量的大小和间隔时间,同时也可以针对加工材料的厚度不同改变喷油用量,从而提高使用质量和降低使用成本。
MQL微量润滑系统使用注意事项首先在微量润滑技术的应用中,气源是动力。
微量润滑装置能否正常工作,都取决于气源压力的可靠程度。
气源是将可降解微量润滑油雾化的关键因素,气源压力的大小直接影响到油雾的产生及是否能产生微米级的颗粒。
其次,微量润滑装置不仅要能产生微米级的油雾颗粒,还需要将这些微米级的油雾颗粒送至切削摩擦区域,所以只有气源压力越高输送的可靠性也就越高。
因此在微量润滑系统的使用中,要确保原始压力的可靠,并保证输送的油雾的各个环节不能有泄漏,当有泄漏就不仅会导致气源压力的下降不利油雾输送,还会在泄漏的地方泄漏掉大量的油雾。
昆山邓氏精密机械的微量润滑系统,虽然是用气雾化成水蒸气,喷到切削的合金刀头上,但气压是可以通过气压调节阀来控制,气压的大小一般都是可以稳定的满足切割需求。
随着环保要求的不断提高,不产生废液及无污染的微量润滑技术将不断得到推广应用,昆山邓氏精密机械的微量润滑系统已应用到门窗型材,光伏边框,铝压铸,汽车零件,铝电机外壳等铝锯切领域,希望通过本文的介绍,能对大家有所帮助。
“最少量润滑剂”加工我们一直都通过在散热器中填充冷却液而保持轿车冷却。
在制造业中也适合实施同样的处理,其中经常采用冷却液来解决机床、刀具和工件热稳定性问题,同时还用它来排屑。
但是冷却液是否对每个加工过程都一样是必须的?在一个加工过程的寿命周期操作成本中,冷却液成本大约占15%。
这种成本不断上升。
它包括与采购、过滤、分离、处置以及EPA(美国环保局)记录保存等有关的成本。
冷却液处置的成本已经高出其初始成本,并且这种成本还在继续上升。
对于冷却液的使用、处置和劳动保护,人们正在酝酿更加严格的法规。
因此,湿式加工中的冷却液是一个严峻的经济问题。
采用“最少量润滑剂”加工,或称MQL,正作为一种节省成本和符合环保要求的加工过程而替代某些湿加工过程。
MQL可以大大降低冷却液成本,同时保护工人和环境。
它还可以改善刀具寿命和表面粗糙度--尽管刀具寿命通常是应用湿加工方式所考虑的原因。
MQL可以保证更好的寿命,原因有二:(1)对于给定操作可以规定润滑的最佳浓度,(2)消除切削液中悬浮的硅粒子污染。
MQL加工过程适合铸铁,也适合铝加工。
加工中所涉及的几个关键包括精密控制润滑剂混合系统、维持热稳定性、选择合适的切削刀具和排屑等。
润滑剂的控制对所配置的润滑剂量进行控制是很重要的,因为不同的过程需要不同的润滑量。
例如,铣削是一种表面操作,它需要最少量润滑。
深孔钻削是一种需要不同润滑水准的操作。
而对于攻丝和螺纹切削操作需要第三等级的润滑,因为其表面压力高。
MQL混合系统的目的是提供精确量的悬浮微粒。
也就是说,悬浮微粒的直径被保持到精确公差范围内以保持最佳加湿和润滑属性。
在针对MQL设计的机床中,润滑性可以用零件程序中改变悬浮微粒的量和持续时间的参数加以控制。
早期以这种方式采用油气混合物的尝试失败了,因为在高速情况下会出现油气分离现象。
但是,新的系统已经被证明在维持润滑性方面如湿加工一样有效。
一个实例是Cross Hüller的“Specht Duo”,一种建造用于湿式或MQL操作的两主轴CNC生产模块,其中带有精密分配系统。
微量润滑油低温微量润滑技术是在微量润滑的基础上结合低温冷风发展而来,整个系统主要由低温冷风和微量润滑系统构成。
采用以半导体制冷为核心、结合蒸气压缩制冷的复合制冷方法研制了一种切削用冷风发生装置,性能测试结果表明,该装置可以提供-30℃的低温冷风,具有很高的制冷速度和很好的冷风温度调节响应能力,具有良好的应用前景。
通过试验证明,低温冷风结合微量润滑技术能够有效的实现加工区的冷却和润滑作用,改善切削加工性能。
引言切削液在金属切削加工过程中起着冷却、润滑、排屑和防锈的作用,有助于提高刀具耐用度,减少工件热变形,保证工件已加工表面质量等。
但切削液的大量使用造成了很多负面影响,增加成本,污染环境,危害人体健康等。
21 世纪绿色切削技术的出现,如干式、液氮冷却、喷雾冷却、风冷、微量润滑切削(MQL)等,在改善加工性能的基础上同时改善了加工环境,得到了发展与应用。
实施绿色切削加工技术既是可持续发展的需要,又是经济性的必然需求。
高速切削是高性能加工的一种主要工艺技术,已经广泛应用于航空、模具、汽车等行业。
但常规加大切削液流量、降低切削温升的办法已不能达到理想的效果。
为了实现高速切削必须采用有效的冷却润滑条件,才能进一步提高加工效率。
MQL切削技术在绿色切削的基础上实现了高速切削,因此得到了广泛应用。
而低温MQL技术由于它更为显著的冷却润滑作用,大大改善了加工性能,也得到了更多的研究与探索。
1 低温MQL的冷却润滑技术微量润滑(MQL)技术主要是将压缩空气与少量润滑油混合后,雾化后形成微米级的液滴,喷射到加工区,对刀具和工件之间的加工区进行润滑。
MQL使用极少量的润滑油,可达到良好的冷却润滑效果,有效减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦,降低切削力、切削温度,延长刀具寿命,提高加工表面质量。
这种切削方式极大的减少了切削液的用量,通常用量仅为0.03~0.2L/h,而常规传统湿切削时的切削液用量高达20~100L/min。
维克森(北京)科技有限公司VICSEN(BEIJING)TECHNOLOGY CO.,LTD.设备润滑专家微量润滑的特点微量润滑MQL技术融合了干式切削与传统湿式切削两者的优点:一方面,MQL将切削液的用量降低到极微量的程度,不仅显著降低切削液的使用成本,而且通过使用自然降解性高的合成酯类作为润滑剂,最大限度地降低了切削液对环境和人体的危害;另一方面,与干式切削相比,MQL由于引入了冷却润滑介质,使得切削过程的冷却润滑条件大大改善,刀具、工件和切屑之间的磨损显著减小,有助于降低切削力、切削温度和刀具的磨损。
这种切削技术也称为半干式切削,在二十一世纪以绿色环保为主题的影响下有着很大前景。
具体优势及产生的效益如下:经济效益1、微量润滑装置取代冷却液润滑系统后,可以省去切削液回收装置;2、使用极其少量的润滑油,形象的说,一个班按8小时计算,所消耗的油量约为一次性杯子大小;3、提升进给量,提高了工件加工生产效率,加工时间缩短约20-70%;4、延长刀具寿命2—3倍;5、提高了加工工件的表面精度;环境效益:微量润滑装置取代冷却液润滑系统后,不再有废液的排放,符合国家提倡的节能、降耗、减排的要求,实现对环境的友好,再也不用为对环境不友好所引发的各种社会问题而担忧。
维克森(北京)科技有限公司是服务于中国工矿企业设备润滑领域的专业化公司。
公司主要引进国外先进设备和仪器,共同服务于中国企业。
公司致力于为国内企业提供专业化的设备润滑相关的产品和服务,帮助企业以高的性价比解决设备润滑方面的技术难题。
公司经营的产品包括各种集中润滑设备、微量润滑设备、润滑油检测仪器、润滑油净化设备等。
公司拥有国内权威的专家队伍和技术服务人员,国外的合作伙伴来自美国、德国、意大利、印度、韩国等多个国家。
公司的产品在国内大中型企业用户中获得广泛好评。
公司拥有完善的客服机制,并已经与国内各行业的权威技术组织机构合作举办大型的技术交流会议,多次举办各类培训会议,经常为国内大型企业提供内部技术培训服务。
绿色切削中的微量润滑技术摘要:综述了MQL(微量润滑)技术的国内外研究现状,提出了MQL技术进一步推广应注意的关键性问题。
探讨了MQL技术的发展趋势,指出绿色制造技术已经取得了一定进展,微量润滑技术也因为其环保特性逐渐被认可。
1 微量润滑(MQL)技术当前,环境、资源、人口成为世界面临的三大主要问题,全球环境的恶化程度与日剧增,正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁。
制造业在将制造资源转变为产品的过程中产生大量废弃物,形成制造业对环境的主要污染源。
由于制造业量大面广,因而对环境的总体影响很大。
可以说,制造业一方面是创造人类财富的支柱产业,但同时又是环境污染的主要源头。
随着人类环保意识的提高以及各国陆续推出的各项切削液的限制政策,“绿色制造技术”、“环境无害技术”、“清洁生产”、“工业生态学”等既可满足生产需要,又合理使用资源的名词日益引起人们的重视。
制造过程的绿色化,也成为当今各国竞相研究的焦点。
微量润滑技术——MQL(Minimal Quantity Lubri—cation)是在压缩气体中混入微量的无公害油雾,代替大量切削液对切削点实施冷却润滑。
MQL是一种有效的绿色制造技术,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;使用切削液的量仅为传统切削液用量的万分之一,从而大大降低了冷却液成本,使切削区域外的刀具、工件和切屑保持干燥,避免了处理废液的难题;MQL可以根据工况规定润滑的最佳浓度,而且消除了切削液中悬浮的硅粒子污染,改善了工人的工作环境;MQL系统简单、占地小,易于安装在各种类型的机床上。
2 微量润滑技术的作用机理机械加工过程中,刀具和金属接触表面会产生高温,而在传统切削液的冷却作用下,高热固体金属会急速冷化产生淬火效应,金属表面会产生淬火马氏体组织,使金属变硬的同时脆性增强。
由于淬火反应的强烈程度与温差成正比,而提高生产速度会使刀具温度更高,所以提高生产速度将产生强的淬火效应导致刀具寿命降低。
润滑油的作用
润滑油是一种用于降低运动部件之间摩擦及磨损的物质。
它们包含有机和无机成分,
可以减少磨损、降低摩擦、减少能量损失和延长机器的使用寿命。
下面我们来介绍一下润
滑油的作用。
1. 减少摩擦和磨损
润滑油最主要的作用是减少机器零件之间的摩擦和磨损。
由于机器零件在运转中会不
断摩擦,使得机器零件表面会出现磨损。
润滑油可以在两个表面之间形成一层保护膜,使
得它们之间的摩擦得以降低并减少磨损。
2. 冷却和热量分散
当机器运行时会产生热量。
润滑油可以帮助将热量从机器内部传递到机器外部。
它们
在承受负荷时提供冷却效果,将热量分散,这有助于提高机器的效率,同时也有助于延长
机器的寿命。
3. 防止腐蚀和污染
润滑油的另一个作用是防止机器因受潮、污染和腐蚀而受到损坏。
润滑油含有防锈、
防腐剂和清洁剂,它们可以抵御腐蚀和污染物质,并减轻机器受到损坏的风险。
4. 减少噪音
当机器零件摩擦时,会产生噪音。
润滑油可以在零件之间形成一层润滑膜,减少噪音
的产生。
它们可以为机器提供更加安静和舒适的工作环境。
总之,润滑油在机器运行中发挥着重要的作用,它们能够降低摩擦和磨损、冷却和分
散热量、防止腐蚀和污染、减少噪音等。
因此,使用适当的润滑油有助于延长机器的寿命,提高机器的效率,减少机器维修和更换的成本,为机器的正常运行保驾护航。
“最少量润滑剂”加工我们一直都通过在散热器中填充冷却液而保持轿车冷却。
在制造业中也适合实施同样的处理,其中经常采用冷却液来解决机床、刀具和工件热稳定性问题,同时还用它来排屑。
但是冷却液是否对每个加工过程都一样是必须的?在一个加工过程的寿命周期操作成本中,冷却液成本大约占15%。
这种成本不断上升。
它包括与采购、过滤、分离、处置以及EPA(美国环保局)记录保存等有关的成本。
冷却液处置的成本已经高出其初始成本,并且这种成本还在继续上升。
对于冷却液的使用、处置和劳动保护,人们正在酝酿更加严格的法规。
因此,湿式加工中的冷却液是一个严峻的经济问题。
采用“最少量润滑剂”加工,或称MQL,正作为一种节省成本和符合环保要求的加工过程而替代某些湿加工过程。
MQL可以大大降低冷却液成本,同时保护工人和环境。
它还可以改善刀具寿命和表面粗糙度--尽管刀具寿命通常是应用湿加工方式所考虑的原因。
MQL可以保证更好的寿命,原因有二:(1)对于给定操作可以规定润滑的最佳浓度,(2)消除切削液中悬浮的硅粒子污染。
MQL加工过程适合铸铁,也适合铝加工。
加工中所涉及的几个关键包括精密控制润滑剂混合系统、维持热稳定性、选择合适的切削刀具和排屑等。
润滑剂的控制对所配置的润滑剂量进行控制是很重要的,因为不同的过程需要不同的润滑量。
例如,铣削是一种表面操作,它需要最少量润滑。
深孔钻削是一种需要不同润滑水准的操作。
而对于攻丝和螺纹切削操作需要第三等级的润滑,因为其表面压力高。
MQL混合系统的目的是提供精确量的悬浮微粒。
也就是说,悬浮微粒的直径被保持到精确公差范围内以保持最佳加湿和润滑属性。
在针对MQL设计的机床中,润滑性可以用零件程序中改变悬浮微粒的量和持续时间的参数加以控制。
早期以这种方式采用油气混合物的尝试失败了,因为在高速情况下会出现油气分离现象。
但是,新的系统已经被证明在维持润滑性方面如湿加工一样有效。
一个实例是Cross Hüller的“Specht Duo”,一种建造用于湿式或MQL操作的两主轴CNC生产模块,其中带有精密分配系统。
这种分配系统被集成在电主轴外罩中。
由CNC程序来控制提供精密润滑剂量的分配阀。
润滑剂与空气混合以形成所需要的气/油悬浮粒子混合物。
然后,它通过刀具中的导管进给到切削刃上。
由于悬浮粒子的产生点和切削面之间距离短,因此可以对特定加工过程和切削刀具实现和维持最佳冷却和润滑条件。
当主轴从一个加工孔位置快移到另一个时,悬浮粒子关闭。
这就避免了在工件和机床表面的油积聚现象,减少了操作员清理机床的必要性。
由于用MQL系统产生的切屑基本保持干燥,消除了费时又费钱的冷却液回收操作。
硅污染除了控制润滑性外,MQL还通过消除悬浮在冷却液中的磨蚀性硅粒子而提高了刀具寿命和表面粗糙度。
铝工件包括大约13%的硅,这种硅会降低刀具寿命和导致表面粗糙度很差。
微细铝/硅粒子有可能悬浮在湿的加工冷却液中。
尽管过滤系统滤掉了40 mm的粒子,但小于40 mm的粒子会穿过系统而与冷却液一起重新循环。
MQL的热稳定性在应用MQL时,维护热稳定性和零件公差的策略包括减少引发的热量以及对热增长的补偿等。
通过改变加工工序的顺序可以减少热效应。
在湿加工操作中,零件通常是先粗加工然后精加工。
槽和腔体的粗加工,连同螺纹和攻丝工序都是在过程的早期进行的,然后进行精加工。
但是在MQL加工中,粗加工被减少到使零件疲劳的程度。
在零件热处理前进行精加工。
一般地,具有紧密定位公差的轴承孔和榫钉孔将在过程的较早阶段进行精加工。
然后,其他在完成精加工后进行的工序不受热侵蚀的影响,诸如钻削和攻丝等。
有一种相关的MQL策略是隔离来料直至其温度稳定为止。
铝轮转向节的加工过程提供了这方面一个实例。
对于该过程,零件直接来自一个邻近的铸造厂。
用一个温度测头测量来件的温度。
如果温度太高,则零件排队隔离,直至它们足够冷却适合加工为止。
一旦转向节达到了所需要的温度,就用机器人将它们装到机床中进行切削操作。
如果库存量太小,不好隔离零件,则可选方式是对某特定零件开发一个专有温度补偿算法。
之所以需要零件特定算法是因为复杂的零件在加热后可能不会均匀膨胀。
在一个实例中,对一个汽缸头进行了人工加热以确定它的膨胀情况。
从该试验开发了一个检查表,并将它包含在零件程序中。
基于由测头测定的温度,在所加工的特征所处的位置上进行了自动补偿。
热的控制是MQL中需要考虑的一个重要方面,该过程可能需要重新设计以实现这一点。
当用MQL方式加工图示转向节时,在加工前先对零件进行隔离直到它充分冷却为止。
切削刀具用于铣削、钻削、攻丝、精加工凸轮孔和精加工阀座及导杆的MQL过程都需要在切削刀具中带有润滑导管。
借助该导管,零件程序所规定的悬浮粒子润滑剂可以达到刀具的切削刃上。
随着悬浮粒子被泵入刀具的导管中,任何通道直径的突然变化或者盲端都将阻止悬浮粒子的自由流动。
悬浮粒子将对自己重新分级为较大的油珠,从而失去悬浮粒子的润滑性。
因此,MQL加工中使用的切削刀具必须包括一个过渡段来支持MQL从主轴往刀具的流动。
导管的路径(其分支以及方向的变化)必须有利于润滑剂流动,而导管出口的位置要确保润滑剂到达了刀具的切削刃上。
排屑存在大量不用冷却液而高效排屑的技术。
例如,带陡角的不锈钢切屑排出装置可以消除切屑巢现象;真空系统可以回收细雾和灰尘;切屑传送器可以将切屑从机床上排出。
机床的污染采用一个响应性的混合系统加以控制。
这样就可以免掉人工清理粘在机床壁上切屑的必要。
MQL的实施免掉加工中冷却液产生了与热、刀具寿命以及排屑等相关的挑战,但是某些系统和策略却可以满足这些挑战的需要。
不用冷却液的散热需要采用不同的方式来处理零件。
还需要采用润滑剂导管的非标刀具(以及高性能涂层和耐热材料)。
同时还必须采用排屑系统。
此外,MQL的最佳实施需要利用适当设计的机床。
这样的一台机床可以允许使用如在湿式加工过程中相同的进给速度和转速。
刀具寿命与湿式加工的一样。
只要油的混合和分配得到了精确控制,零件质量就如湿式加工过程中的一样好甚至要更好。
在最后的分析中,MQL加工提供了一种经济上和生态上合理的、替代传统湿式加工过程的方式。
在设计采用MQL的机床中,分配系统集成在主轴中。
绿色切削技术探讨在金属切削加工过程中,通常都要使用切削液。
切削液的大量使用给环境和人体健康带来了很大危害,迫使人们不断研究开发新技术以改变现状。
因此,近年来绿色制造技术成为国际上的研究热点。
绿色切削技术是绿色制造的一个组成部分,它是指对生态大环境和加工现场小环境均无毒副作用(或副作用很小),在加工过程中产生的少量“三废”(废气、废液和废渣)在链条末端可回收或自然降解,达到无公害的环保要求,对人的健康和环境没有危害的切削技术。
对于绿色切削加工,国际上相应地制定了一系列标准。
1996年4月,国际机械学会制定了关于清洁加工的ISO14000国际标准。
德国、美国、加拿大和日本等国也相继制定了更加严格的工业排放标准,进一步限制了切削液的使用。
作为有毒废料的切削液以及带有切削液的切屑的排放和处理大大增加了回收处理成本,与切削液相关的费用约占加工成本的17%。
无公害、清洁化、低能耗的绿色制造是21世纪机械制造业的发展方向。
因此,研究开发新的绿色切削技术,减少切削液给环境带来的污染,寻求绿色环保的冷却润滑技术,是绿色切削技术推广应用的重要课题。
绿色切削技术符合可持续发展战略的要求,必将推动机械工业的持续、健康发展。
干式切削干式切削是指在切削加工过程中不使用任何切削液,完全消除了切削液的负面影响,是一种符合生态要求的绿色切削加工方式。
它的优点主要有:对大气和水环境无污染;切屑上无残液,降低了清洁处理成本;对人的健康无害且不会损伤皮肤或造成过敏。
干式切削技术目前主要应用于铸铁件的加工,在其它方面的推广应用正在进一步研究开发。
干式切削的实施需要满足一定的条件,主要包括:(1)要求机床具有很好的热稳定性和很高的刚度,否则难以保证加工精度。
(2)对刀具提出了新的要求。
主要包括刀具材料的选择和刀具几何参数的设计。
由于干式切削不使用切削液,因此切削温度很高。
只有具有良好导热性、耐高温和高硬度的刀具材料才能满足加工要求,目前在干式切削中应用较多的刀具材料有CBN和PCD等。
刀具涂层技术(CVD 和PVD涂层技术、纳米涂层技术等)的应用可以延长刀具寿命,较好满足干式切削的要求。
优化刀具的几何参数,可以提高加工精度和延长刀具使用寿命,也是推动干式切削技术发展的重要手段之一。
目前,干式切削技术还存在许多不足和限制其推广应用的技术难题。
由于失去了切削液的润滑、冷却、辅助排屑等作用,刀具在加工中承受的负荷增大,切削温度升高,刀—屑界面处于完全的二相固体接触状态,刀具磨损过程异常复杂,刀具与工件均易发生热变形,导致刀具使用寿命缩短,加工表面质量降低。
此外,对于机床本身而言,由于不能保持热平衡,机床的床身、立柱等也会因温度升高而发生不容忽视的变形。
干式切削技术的发展主要取决于机床和刀具性能的提高和改进,即:(1)提高机床性能。
一方面提高机床的热稳定性和抗热变形能力;另一方面通过提高机床的主轴转速,发展高速(超高速)干式切削技术,以大幅度提高生产效率,减小切削力,并获得良好的表面加工质量。
(2)开发新的刀具材料和涂层技术。
通过提高刀具材料的导热性、耐热性、自润滑性和耐磨性,延长刀具使用寿命,保证干式切削的加工精度。
液氮冷却切削液氮冷却切削是利用液氮特性,在切削区形成局部低温(或超低温),从而改变工件材料的物理力学性能使其有利于加工的先进切削技术。
美国怀特州立大学的S Y Hong博士对液氮冷却车削加工的研究表明,硬质合金刀具材料在液氮冷却切削条件下能够保持良好的切削性能。
林肯大学的Z Y Wang车削氮化硅陶瓷的试验表明,在液氮冷却条件下,刀具磨损可减小约4倍,工件表面粗糙度值可减小6倍多。
液氮冷却切削对于钛合金、低合金钢、软钢及一些高塑(韧)性复合材料等难加工材料的加工非常有利。
目前,液氮冷却切削技术主要存在以下需要解决的问题:(1)液氮的存储、运输等费用带来了附加成本;(2)液氮在切削加工中的润滑性不够;(3)液氮使用的安全性需要特别加以注意;(4)在超低温下切削出来的工件表面具有极强的化学活性,暴露在空气中会很快生锈,因此必须解决工件防锈问题;5)尚需对不同工件材料的低温切削性能以及刀具的切削特性等作进一步深入研究水蒸汽冷却切削水蒸汽冷却切削是将过热水蒸汽喷射到切削区以达到冷却润滑的一种切削方法。
它的切削系统由水蒸汽发生装置、水蒸汽传输与控制系统和机床系统组成。
前苏联学者Podgorkv V V 和Godelviski VA在上世纪90年代提出了这种切削加工方法。
哈尔滨工业大学也对此做过初步研究,并取得了一定成果。