微量潤滑技術在礦山設備加工中的應用

徐俠劍，郭 杰，趙 軍

洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

礦山設備的主要零件，如磨機的端蓋和大齒輪、高壓輥磨機輥套等，以尺寸大、質量重為主要制造特點，礦山設備制造廠家的加工機床多以低速、重載、干切機床為主。如何提升干切機床的加工效率成為礦山設備制造廠家工藝技術提升的重要研究內容，筆者所在單位通過在干切機床上應用微量潤滑技術[1-2]，實現了干切機床加工效率的大幅提升。

1 微量潤滑技術

微量潤滑技術是一種半干式切削加工技術，通常指將壓縮空氣與微量的潤滑油混合汽化后形成含有微米級的液滴油霧，通過噴嘴高速噴射到切削區域，從而對切削區域進行有效的冷卻和潤滑的加工技術。

微量潤滑技術融合了干式切削與傳統濕式切削兩者的優點。一方面，將切削液的用量降低到微量的程度，降低了切削液的使用成本，使用自然降解性高的合成酯類作為潤滑劑，降低了切削液對環境和人體的危害；另一方面，微量冷卻潤滑介質改善了切削過程的冷卻潤滑條件，刀具、工件和切屑之間的磨損減小，有助于降低切削力、切削溫度和刀具的磨損，改善了表面粗糙度，增強了尺寸穩定性，提高了加工質量。

2 微量潤滑技術應用

傳統干式切削在超硬材料、不銹鋼等難加工材料以及批量孔加工上相較于濕式切削在加工效率和刀具損耗上具有明顯的劣勢。將干式切削機床改造成濕式切削機床需要增加冷卻系統、切削液回收系統，改造費用非常高。

筆者所在單位通過購置可移動式微量潤滑裝置作為機床的輔助設備，實現了干切機床加工過程中的冷卻和潤滑，避免了切削液外流損壞干式切削機床的風險。

2.1 微量潤滑技術在車削中的應用

2.1.1 微量潤滑技術在超硬材料輥套精車上的應用

高壓輥磨機[3]輥套硬度為 HRC45，屬于高硬度材料。精加工時采用硬質合金涂層刀片在大型數控立車上進行干切加工，刀具損耗較大。

微量潤滑裝置霧化管路接入內徑為 8 mm 的銅管上，將銅管的出霧口對準刀尖位置，對刀尖進行持續的冷卻和潤滑，如圖1、2 所示。經過對比，應用微量潤滑技術后，在相同的轉速和進給量條件下，刀具切削深度提高了 2.8 倍，通過鐵屑的顏色判斷，刀片的表面溫度相較于干切方式明顯降低，刀具使用壽命相較于干切方式可提高 1.9 倍，如表1 所列。

表1 微量潤滑裝置在輥套精加工中應用的前后情況對比

圖1 微量潤滑精車輥套

圖2 微量潤滑裝置對刀尖進行冷卻潤滑

2.1.2 微量潤滑技術在不銹鋼筒體精車上的應用

筆者所在單位生產的新型滑履球磨機的筒體滑環外圓為φ6 320 mm×690 mm，外圓直線度精度為0.02 mm，材質為雙相不銹鋼，屬于難加工材料。立車精車過程中切削力大、切削溫度高、刀具易磨損，切屑容易粘刀并生成積屑瘤、切屑不易卷曲和折斷。在未使用微量潤滑裝置進行車削時，刀片的刀刃磨損較快且容易崩刃，刀片的耗損大，不能保證滑環外圓一刀切削完成，如表2 所列，工件表面粗糙度僅為Ra12.5，加工過程中接刀使零件無法達到外圓直線度0.02 mm 的要求。

表2 干切加工筒體外圓參數及壽命情況匯總

微量潤滑裝置接入機床，讓噴頭對準車削的刀片，微量潤滑液直接噴射到刀片表面進行降溫和潤滑。干切時使用刀片加工滑環外圓，在同樣的切削參數下，能夠正常加工至 690 mm 全長，如表3 所列，加工后表面粗糙度可達到Ra6.3，如圖3 所示。

表3 微量潤滑加工筒體外圓參數及壽命情況匯總

圖3 微量潤滑筒體外圓表面情況

2.1.3 微量潤滑技術在加工球磨鑄鐵液壓缸襯套上的應用

圓錐破碎機[4]的液壓缸襯套材質為 QT700-2，外形尺寸為φ760 mm×525 mm，內孔粗糙度要求Ra0.4。由于工件尺寸偏大，不符合磨床加工要求，只能在立車上以拋光的方法提高內孔粗糙度，但拋光后粗糙度僅能達到Ra0.6，達不到設計要求。

經分析，拋光時，QT700-2 的石墨顆粒會吸附在工件和砂帶表面，在砂帶與工件間形成石墨潤滑層，該潤滑層會減弱砂帶上的磨料與工件之間的磨削效果，導致拋光表面的粗糙度不能繼續提升。

工件拋光時，若接入微量潤滑裝置，利用霧化技術將工件磨削產生的石墨顆粒粉塵與霧化液進行融合，形成融合顆粒，通過高壓空氣將融合顆粒從工件表面及砂帶表面吹掉，并隨霧化液流走，減少砂帶表面磨削區的石墨附著物，確保砂帶輪的磨削效果，如圖4 所示。應用該方法后，液壓缸襯套內孔拋光后的表面粗糙度能達到Ra0.3 以內。

圖4 霧化+砂帶磨拋光液壓缸襯套內孔

2.1.4 微量潤滑技術在精車加工中的應用

筆者所在單位已經將微量潤滑技術推廣應用于精車過程。在高壓輥磨機的輥軸、回轉窯的托輪軸以及臥車精車過程中都已經應用微量潤滑裝置，經過跟蹤對比，精車過程應用微量潤滑裝置后，刀具的使用壽命均提升了 1 倍以上，大大減少了刀具損耗，節省了刀具成本。

2.2 微量潤滑技術在鉆削中的應用

2.2.1 微量潤滑技術在加工端蓋襯板孔中的應用

礦用磨機[5]的端蓋上有批量的襯板孔，以φ9.75 m 半自磨機的端蓋為例，端蓋上有 232-φ52 mm 襯板孔，孔深在 120～ 225 mm 之間。干切機床通用的加工方式為麻花鉆頭鉆、擴孔加工，加工 120 mm 的深孔需要 8.16 min。

通過在干切機床上增加外冷轉內冷刀柄并配合機夾內冷鏟鉆，實現鉆床的內冷微量潤滑加工，如圖5所示。刀具在加工過程中的內冷微量潤滑，能夠有效地降低刀片表面溫度，提升潤滑效果，優化后的方案僅需一次鉆孔就能達到尺寸及粗糙度要求，加工 120 mm 的孔深僅需 4.44 min。加工時間縮短了 45.6%，如表4 所列。

表4 干切加工與微量潤滑襯板孔切削參數對比

圖5 霧化+鏟鉆加工端蓋襯板孔

2.2.2 微量潤滑技術在鉆削加工中的應用

在微量潤滑裝置與外冷轉內冷刀柄組合使用后，又將該方法進行了大范圍的推廣應用。利用霧化+外冷轉內冷刀柄+鏟鉆，實現了干切鏜床高效加工磨機筒體襯板孔；利用霧化+外冷轉內冷刀柄+U 鉆，實現了龍門銑及車銑復合中心高效加工磨機筒體端面連接孔、磨機大齒輪連接孔 (見圖6) 和磨機端蓋大端連接孔。提升了礦山設備大型零件的加工效率。

圖6 霧化+U 鉆加工大齒輪法蘭連接孔

3 結語

微量潤滑技術在礦山設備加工中的推廣應用，解決干切機床加工過程中冷卻能力不足問題，為礦山設備制造企業在不進行機床更新迭代的情況下，提供了一種有效提高加工效率和刀具使用壽命的方法，提升了干切機床的刀具適用性，實現了大型車床、鏜床的微量潤滑技術全覆蓋，對同類加工設備具有一定的借鑒意義。