微量油霧冷卻&潤(rùn)滑工藝研究及應(yīng)用

王龍

摘要：為了解微量油霧冷卻&潤(rùn)滑對(duì)不銹鋼切削性能的影響，在介紹了微量油霧冷卻原理及優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，基于前期實(shí)地調(diào)研結(jié)果，以上汽LFV49180-12350不銹鋼渦輪殼進(jìn)氣法蘭工序?yàn)檩d體，開(kāi)展不銹鋼的微量潤(rùn)滑銑削性能實(shí)驗(yàn)研究。以油品類型、流量大小、噴嘴結(jié)構(gòu)三個(gè)因素作為變化因素，探明不銹鋼在干切削、傳統(tǒng)潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑（外噴）切削條件下的切削性能變化。研究結(jié)果表明，流量大小及噴嘴結(jié)構(gòu)是影響不銹鋼零件切削性能、尤其是發(fā)熱量的主要因素。

關(guān)鍵詞：微量潤(rùn)滑;不銹鋼;綠色加工;切削;發(fā)熱量

1? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑原理

微量潤(rùn)滑冷卻技術(shù)（MQL——Minimal Quantity Lubrication）是利用微量的冷卻液與高壓氣體混合后形成氣霧混合物，高速噴射到工件表面上，取代金屬切削加工時(shí)切削液的冷卻和潤(rùn)滑。霧化質(zhì)點(diǎn)在高溫下很快霧化，吸收大量切削熱。另外噴嘴高速噴射時(shí)，流體膨脹使霧束本身的溫度降低，也可吸收大量熱量。同時(shí)霧化流體能吸附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜，還能起到一定的潤(rùn)滑作用，既滿足冷卻潤(rùn)滑效果，又使切削液的使用量達(dá)到最小，極大地減少了環(huán)境污染。

壓縮空氣從主氣源分兩路進(jìn)入油箱，一部分直接作用于油箱本體，另一部分控制油霧發(fā)生器動(dòng)作，將潤(rùn)滑油油霧化后與油箱本體內(nèi)的空氣二次混合，完成通過(guò)調(diào)壓?jiǎn)卧ū壤{(diào)壓后，按照設(shè)備本身動(dòng)作要求，將油霧輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)，完成整個(gè)工作過(guò)程。

針對(duì)其冷卻和潤(rùn)滑兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，與傳統(tǒng)切削液切削做相關(guān)對(duì)比。冷卻方面：MQL為準(zhǔn)干式加工，切削過(guò)程中依靠壓縮空氣的流動(dòng)性帶走熱量，效果弱于切削液。潤(rùn)滑方面：MQL采用環(huán)境友善的專用潤(rùn)滑劑，細(xì)膩連續(xù)的油膜保證潤(rùn)滑效果優(yōu)于切削液。

2? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑功能及效益

2.1 功能

①高速切削的微量潤(rùn)滑——由壓縮空氣的高流速與微米級(jí)的油霧顆粒（高壓達(dá)10BAR）和空氣混合，噴射至切削區(qū)起到潤(rùn)滑冷卻的作用;②保護(hù)工件協(xié)助排屑;③最小能給3mm孔徑鉆提供潤(rùn)滑并帶有流量顯示。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

①省去切削液帶來(lái)巨大節(jié)約，包括切削液采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸和處置相關(guān)費(fèi)用;②工藝優(yōu)化完成后，刀具壽命可期望延長(zhǎng);③工件后續(xù)的清潔/清洗可免除，帶來(lái)節(jié)約;④干的鐵屑可以作為可回收物回收;⑤消耗量約為濕切的1/30，成本約為濕切的54%。

2.3 生態(tài)效益

①加工環(huán)境大為改觀，實(shí)現(xiàn)車間可吸入顆粒符合標(biāo) 準(zhǔn)，操作工無(wú)職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn);免除切削液（油）排放;②能源消耗降低，平均節(jié)能7kW/臺(tái)機(jī)床（和傳統(tǒng)切削液加工比較）。

3? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑組成

針對(duì)我司設(shè)備大部分都是外冷機(jī)床，故在此僅對(duì)擬適用我司目前生產(chǎn)狀況的外冷噴嘴型微量油霧冷卻&潤(rùn)滑系統(tǒng)的主控單元做相關(guān)介紹。

①過(guò)濾單元：主要對(duì)進(jìn)入油箱內(nèi)部的壓縮空氣進(jìn)行過(guò)濾，將內(nèi)部的水蒸氣、灰塵雜物清除。避免水分長(zhǎng)期積累，對(duì)油箱或者潤(rùn)滑點(diǎn)造成腐蝕;而空氣內(nèi)的顆粒狀灰塵雜物進(jìn)入油箱混入油內(nèi)，當(dāng)隨著油霧進(jìn)入到潤(rùn)滑點(diǎn)，與摩擦面結(jié)合后，會(huì)造成摩擦面異常磨損或者燒蝕，降低整體壽命。

②霧化部分：霧化部分主要將油箱內(nèi)部的油與空氣進(jìn)行混合，使其形成霧氣狀態(tài)，此部分是這個(gè)裝置最主要的部分。

③調(diào)壓?jiǎn)卧捍藛卧梢园凑諠?rùn)滑點(diǎn)的要求，調(diào)節(jié)油霧潤(rùn)滑裝置出口油霧壓力。

④控制單元：根據(jù)各種廠家和型號(hào)的不同，有的裝置只控制油霧出口的工作情況，這樣簡(jiǎn)化了整個(gè)裝置，使用壽命長(zhǎng)，故障率低。有的裝置控制整個(gè)裝置的動(dòng)作，自動(dòng)化程度高，但是維修困難。

⑤油箱本體：主要為貯存潤(rùn)滑油，但是油箱本體一般包括液位計(jì)、流量計(jì)兩部分。

4? 微量油霧冷卻&潤(rùn)滑在不銹鋼切削中的應(yīng)用試驗(yàn)

試驗(yàn)載體選用不銹鋼材質(zhì)的某款產(chǎn)品銑面鉆孔加工，加工機(jī)床：MAZAK加工中心。選用該工序的原因?yàn)榧庸ぬ卣骱?jiǎn)單、刀長(zhǎng)基本一致，微量油霧冷卻裝置采用外冷+噴嘴形式。（圖2）

試驗(yàn)的參數(shù)、方案及切削性能如表1所示。

5? 小結(jié)

本文介紹微量油霧潤(rùn)滑&冷卻這一較前沿切削技術(shù)，在對(duì)其原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)進(jìn)行相關(guān)介紹的基礎(chǔ)上，在某產(chǎn)品上進(jìn)行了MQL切削性能試驗(yàn)。以油品類型、流量大小、噴嘴結(jié)構(gòu)三個(gè)因素作為變化因素，探明了不銹鋼在干切削、傳統(tǒng)潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑（外噴）切削條件下的切削性能變化。研究結(jié)果表明，流量大小及噴嘴結(jié)構(gòu)是影響不銹鋼零件切削性能、尤其是發(fā)熱量的主要因素。

同時(shí)，仍有微量油霧冷卻推廣需要有以下幾處技術(shù)攻關(guān)。①散熱難點(diǎn)需要攻關(guān)，可從油品、流量、結(jié)構(gòu)及外接空壓冷凝裝置等方向展開(kāi);②微量油霧冷卻油霧回收裝置方案調(diào)研;③微量油霧冷卻小批量加工試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)零件尺寸穩(wěn)定性、刀具及綜合成本;④復(fù)雜工序微量油霧冷卻加工方式調(diào)研（內(nèi)冷等）。

參考文獻(xiàn)：

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