綠色制造工藝的代表——微量潤滑技術(shù)在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的應(yīng)用

上海大眾動(dòng)力總成有限公司 朱正德

體現(xiàn)綠色制造理念，更加節(jié)能、環(huán)保的微量潤滑技術(shù)

微量潤滑技術(shù)（簡稱MQL）是將壓縮空氣與少量的潤滑冷卻液混合氣化后，高速噴射到加工區(qū)，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行有效的潤滑、冷卻，從而可大大減少“刀具—工件”和“刀具—切屑”之間的摩擦，起到抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用。由于使用的潤滑切削液很少（見圖1），又能明顯地降低冷卻潤滑系統(tǒng)運(yùn)行中的能源消耗，還能大大節(jié)省相應(yīng)的管理費(fèi)用和所產(chǎn)生的廢液處理費(fèi)用。顯然，MQL作為一項(xiàng)充分體現(xiàn)了綠色制造理念的先進(jìn)工藝技術(shù)，它在汽車制造業(yè)等批量生產(chǎn)行業(yè)的推廣應(yīng)用是與現(xiàn)今的大環(huán)境和社會(huì)發(fā)展的趨勢相一致的。

圖1 微量潤滑在生產(chǎn)中的應(yīng)用

（1）微量潤滑技術(shù)的發(fā)展及其在汽車制造業(yè)的應(yīng)用概況 微量潤滑技術(shù)的應(yīng)用，在國外一些工業(yè)強(qiáng)國始于20世紀(jì)90年代末，開始時(shí)僅局限在鑄件加工領(lǐng)域，此后才逐漸擴(kuò)展到鋼件和鋁制件，但這項(xiàng)與綠色制造理念相吻合的先進(jìn)工藝在國內(nèi)制造業(yè)進(jìn)入實(shí)用階段則還是近幾年的事。使用微量潤滑的初衷之一就是構(gòu)建一個(gè)潔凈的工作環(huán)境，顯然，由于沒有過去那樣油膩濕滑的地面，且所有切屑都是干燥的，因此，只需每隔2～3周對(duì)機(jī)床進(jìn)行一次清潔就足夠了。第二個(gè)初衷是以之前幾乎不可想象的力度達(dá)到了節(jié)約和保護(hù)資源的目標(biāo)，而冷卻潤滑劑使用量大幅度降低，以及制備和廢棄處理工作量的大大減少也真正實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)環(huán)保的“綠色”生產(chǎn)。以某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠的缸蓋生產(chǎn)線為例：單臺(tái)加工中心處于循環(huán)的冷卻潤滑液約為400L/min，若按 20 臺(tái)機(jī)床算，則需從相應(yīng)的流體回路中攝取8 000L/min潤滑液。為此就需要使用容量高達(dá)350m3的冷卻潤滑液設(shè)備，以及用于放置所需的場地，算下來生產(chǎn)一個(gè)缸蓋的消耗量約4.3L。而在應(yīng)用微量潤滑時(shí)，僅7～10mL就足夠了，尤其是若每臺(tái)機(jī)床有兩個(gè)主軸，則每個(gè)主軸每小時(shí)所用的僅略微多于17mL/軸·h。此外，在生產(chǎn)過程中所采用的“在兩個(gè)加工間歇中切斷潤滑劑輸送”的技術(shù)有效地節(jié)約了資源，還明顯減少了用水量。由于省去了冷卻潤滑液系統(tǒng)回路的循環(huán)泵，同時(shí)用于部件清潔和切屑干燥的資源消耗量也急劇減少，因此生產(chǎn)過程的總能源需求量得以顯著降低。

（2）MQL 系統(tǒng)簡介 微量潤滑系統(tǒng)具有簡單，整個(gè)裝置體積和占地面積小，易于安裝（放）在各種類型的機(jī)床上（旁）。MQL有內(nèi)冷和外冷系統(tǒng)之分，前者氣霧通過機(jī)床主軸，經(jīng)刀具的內(nèi)孔并由端部噴出，或通過原切削液管路由原噴嘴位置噴出，以達(dá)到最佳使用效果；而后者的氣霧則由機(jī)床外部引入，并由刀具外部供給。

微量潤滑技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠實(shí)際應(yīng)用案例剖析

在當(dāng)今國內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，小排量（指1.6L及以下）汽油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的材質(zhì)均以鑄鐵、尤其是球墨鑄鐵為主，至于中、大排量（大于1.6L）汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其是帶渦輪增壓功能的，所配曲軸中的大部分則為鍛鋼材質(zhì)。為了能加工出合格的工件，各個(gè)企業(yè)都會(huì)在已相對(duì)比較成熟的傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，繼續(xù)不斷地完善、改進(jìn)自身的曲軸生產(chǎn)工藝。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著汽車輕量化和對(duì)環(huán)保、綠色制造的日益重視，類似微量潤滑技術(shù)這樣的新穎制造工藝也在一些企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用。下面就是一典型的案例。

在曲軸的粗加工階段，加工深孔，如斜油孔（見圖1）是一道十分重要的工序，迄至本世紀(jì)初，即使在一些國內(nèi)一線的、主流汽車發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)，所采取的依然是“槍鉆”這種已沿用多年的傳統(tǒng)工藝，這是因?yàn)樗哂懈咝Э煽康忍攸c(diǎn)，至使在很多工廠里現(xiàn)今仍被采用著。但近年來，這種雖為眾多企業(yè)運(yùn)行多年的成熟的制造技術(shù)，其投入和使用成本高，在加工過程中冷卻（潤滑）液的消耗量大等種種不足也引起更大關(guān)注。于是一些在技術(shù)理念上領(lǐng)先的企業(yè)在做新的生產(chǎn)線或新的生產(chǎn)能力的規(guī)劃時(shí)，就一改原來的槍鉆為“高速深孔鉆”工藝，從而為利用微量潤滑技術(shù)創(chuàng)造了條件。

圖2 曲軸粗加工階段的斜油孔加工

執(zhí)行槍鉆工藝時(shí)，采用的是傳統(tǒng)潤滑方式，單單一套體積龐大的潤滑冷卻系統(tǒng)就十分昂貴，且后續(xù)的使用成本也相當(dāng)高。另一方面，還必須有大流量、高壓力、高過濾精度的潤滑冷卻液，否則就會(huì)影響油膜的建立并造成排屑的困難。這主要是與經(jīng)過“槍鉆”加工后的孔壁會(huì)呈現(xiàn)一定程度的螺旋狀密切相關(guān)，此種表面性狀對(duì)排屑造成的不利影響，在曲軸斜油孔這樣的徑長比很大的孔的加工中顯得就更突出了，如圖3所示。此外，因?yàn)闃屻@是偏心的，還必須配有鉆套。而當(dāng)曲軸斜油孔的加工采用了微量潤滑技術(shù)后，一方面配以bielomatik（必諾）公司提供的雙通道微潤滑系統(tǒng)，該系統(tǒng)為內(nèi)冷式結(jié)構(gòu)。而正如前面曾提到過的，所謂的雙通道是指氣管跟油管分別處理，最后才在刀具內(nèi)混合后噴出。另一方面，空加工在由槍鉆改為雙刃高速鋼麻花鉆后，就不再需要鉆套。進(jìn)而，由于微量潤滑的油霧本身質(zhì)量就很小，且因加工中受力對(duì)稱，形成的孔壁就較光滑（見圖4）。相應(yīng)的工藝試驗(yàn)則表明，應(yīng)用微量潤滑還明顯地改善了工件清潔度，這是因?yàn)榇藭r(shí)切屑將更容易在加工中排出，有利于切屑回收，而且在清洗過程中也更不易殘留。事實(shí)上，這種切削可以認(rèn)為是準(zhǔn)干式的，相比傳統(tǒng)方式不但使用成本更低，且霧化的潤滑油也更利于油膜的建立。

圖3 槍鉆加工后的孔壁

圖4 雙刃麻花鉆加工后的孔壁

近些年來，隨著對(duì)產(chǎn)品清潔度的日益重視，生產(chǎn)線上的清洗工序也受到了更多的關(guān)注，尤其像發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵零件。但另一方面清洗工序又產(chǎn)生了大量的、必須予以處理的污水，這也對(duì)那些有社會(huì)責(zé)任心的企業(yè)形成了壓力。為此，近年來一些主流汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠在規(guī)劃新（生產(chǎn)）線時(shí)，出現(xiàn)了在可能情況下，盡量精減設(shè)置清洗工序數(shù)量的趨勢。仍以一家技術(shù)理念領(lǐng)先的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)為例，不同于其建廠時(shí)的“一期規(guī)劃”，在之后的生產(chǎn)綱領(lǐng)更大的二期、三期中，他們在考慮相應(yīng)的連桿、曲軸兩條生產(chǎn)線清洗工序的設(shè)置時(shí)，相比國內(nèi)極大部分同類企業(yè)、乃至較早自身的“一期”都有明顯減少，體現(xiàn)在：①取消了連桿生產(chǎn)線的終清洗工位（全線已無清洗工序）。②取消曲軸生產(chǎn)線的中間清洗工位（全線只有終清洗工位）。

需要指出的是，也正是因?yàn)閷?shí)施了或考慮到采用類似于微量潤滑技術(shù)那些先進(jìn)工藝，以及通過加強(qiáng)現(xiàn)場管理等手段，這在工藝規(guī)劃階段就為達(dá)到精減清洗工序設(shè)置的目標(biāo)打下了基礎(chǔ)。事實(shí)上，就如前所述，正因?yàn)樵谇S的粗加工階段，將加工深孔的方式由采用傳統(tǒng)的槍鉆工藝改變成雙刃高速鋼深孔麻花鉆方式，并有效地利用了微量潤滑技術(shù)的同時(shí)，還明顯地改善了工件清潔度，這也為取消曲軸生產(chǎn)線的中間清洗工序提供了條件。