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除銹劑切削加工冷卻方法的現狀與發展

來源:威馬 發布時間:2015-11-17 10:44:10
金屬切削液的作用與發展
        目前,金屬切削液作為機械加工重要的配套材料,它在機械加工中主要起冷卻、潤滑、清洗和防銹四個作用。在過去以及今后相當長的一段時期內,金屬切削液在金屬切削加工中的使用仍是金屬切削加工中主要的冷卻方法。



       近年來,人們又致力于低污染切削液的研制與開發,以減少切削廢液對環境的危害。然而,任何一種切削液配方,或多或少幾乎都對環境有害。即使對使用后的廢液采取處理,也仍然存在一定含量對環境有害的物質。



傳統冷卻方式的作用與缺陷

1.切削液加注方向對冷卻效果影響

        切削液的加注方向主要影響切削液能否充分地滲透到切削區。實際生產中,操作者一般多向刀具前刀面加注(見圖1(a )所示),這樣有利于減小切削阻力,但切削液有時難以到達前刀面激烈摩擦的部位,因此產生了從后刀面加注的方法(見圖1(b)所示),這樣,隨著刀具前進 造成的低壓,切削液易于進入切削的接觸部位。實驗證明這樣可延長刀具50%甚至2倍的壽命。對于平面磨削,在生產實踐中一些操作者常常忽略磨削液澆注方向 的作用,將磨削液的噴嘴設置成圖2所示位置。由于砂輪高速旋轉產生巨大的氣流阻礙了磨削液進入磨削區,從而導致磨削過程的“事后”冷卻,即此時磨削液僅對 工件整體溫度的降低起作用,而對處于磨削區的工件溫度幾乎不起任何冷卻作用。



2.   切削液加注方式及其冷卻效果

切削液的加注方式也稱供液法,按照加注原理主要有以下幾種:

        a.普通澆注法 這種供液方法主要由泵、管路系統、噴嘴組成。切削液由泵送出經噴嘴以一定的流速、流量澆到切削(磨削)區, 在切屑容器內被分離后,又回到供液箱。該方法裝置簡單,在生產中應用最為廣泛。


       b.刀具加壓內冷卻法 其基本原理是在刀具上鉆兩個交叉孔,使切削液在壓力作用下,在刀體內部循環而冷卻的方法,如圖3所示。加壓內冷卻法由于切削液的高速流動,改善了滲透性,使之易于達到切削區,同時因對流的加強也顯著地改善了冷卻效果。



        c.砂輪內冷卻法 砂輪內冷卻的原理(見圖4 )是將切削液引入砂輪架法蘭與砂輪間的空隙,使之在隨砂輪旋轉所造成的離心力的作用下通過砂輪內部的氣孔直接到達磨削弧區,起到冷卻、潤滑的作用。該方法 冷卻效果顯著,但其缺點也顯而易見:它要求砂輪必須有足夠的孔隙,以利于傳遞切削液。它要求切削液必須經過很好的過濾,以防阻塞了砂輪的孔隙。它推廣的最 大障礙在于:磨床停機時,砂輪內的磨削液在重力的作用下會聚集到砂輪靠近地面的一側,當重新啟動時,砂輪將因磨削液分布不均而產生很大的偏心振動。這種振 動對砂輪及機床的損害是很大的。



        d.手工供液法 用油壺、筆、毛刷等供液,以達到冷卻、潤滑的目的。該方法常見于沒有供液裝置而需要冷卻潤滑的生產現場。如臺鉆等。



        綜上,在切削加工中應根據具體情況選用合適的切削液加注方法。隨著生產的發展,也必將有新的供液法出現。



2.目前切削液使用存在的幾個負面問題

        切削液由于其重要的作用,在機械加工中得到了廣泛地應用。特別是近年來,一些先進制造工藝如超高速切削的出現,它的使用量更是成倍地增長。與此同時,它的使用也帶來如下越來越多的負面問題。



        e.增加了制造成本 據德國的許多公司的統計資料表明,使用切削液的費用占總制造成本的7%~17% ,而刀具消耗的費用僅占制造成本的2%~4%。美國刀具涂層公司也作了這方面的統計,結果是切削液的消耗是刀具費用的3~4倍。



        f.引起了環境問題 在使用切削液較多的工序中,切削液會污染工作環境,工作區常常彌漫著較大的異味。切削液是機械加工中造 成環境污染的重要根源。例如未處理的乳化液通常其含油量高達20000mg/L ,化學耗氧量(COD)高達9300mg/L,生物耗氧量(BOD)達9300mg/L。此外還含有大量的亞硝酸鈉、三乙醇胺等緩蝕劑和表面活性劑。在我 國,僅機械工業廢乳化液的日排放量據不完全統計已近億噸,可見其問題的嚴重性。



        g.損害了工人健康 在切削過程中,切削液與人體直接接觸,會誘發多種皮膚病甚至癌癥,威脅或損害著工人的健康。



3.基于環保的綠色冷卻方法的探索發

        切削過程的研究表明:切削液傳統的冷卻、潤滑、排屑等作用在加工過程中并未得到充分有效地發揮,因此人們試圖不用或少用切削液,以適應降低 成本,減少環境污染的要求。這就是方興未艾的少無切削液技術,其中以近來興起的干切削技術最為引人注目。干切削的科學意義在1995年被正式確立。它是指在機械加工中,為保護環境和降低成本而有意識地減少或完全停止切 削液的使用。切削力大、切削溫度高是干切削的特點,刀具能否克服這些不利影響,是干切削順利實施的關鍵所在。在過程中,還會出現許多濕切削中沒有出現過的 問題,機床設計時應予充分考慮。雖然干切削還有許多技術難題有待進一步解決,但它是一種很有前途的加工方法。



         目前干切削的應用范圍比較有限,而完全的濕切削又有諸多不足,若兩者結合,既可滿足加工要求,又可使與切削液有關的費用降到最低,介于干切 削與濕切削之間,這就是準干切削技術。由于它使用的切削液的量為最少(minimum quantity lubrication,或MQL),因而切削液供給系統簡單、體積小,容易布局。如美國Thyessn公司將潤滑系統集成在主軸電機中,其流量由CNC 程序控制,該單元在6.5s時間內可鉆削10個8mm、中心距為20mm的孔,每一小時僅用一杯潤滑油,且大部分被蒸發,切屑中切削液含量大大減少。因 此,處理費用大幅下降。準干切削技術的一個重要的問題是最少的切削液量是多少,目前正在深入探討之中。



        在日本,豐田公司最近開發出一種不用切削液的磨削技術,并應用在自制的CNC外圓磨床外,積累了實際應用經驗。該技術是以-30 ℃ 的冷空氣代替傳統的切削液進行冷卻。低溫氣體冷卻技術是一種非常有前途的新技術,據資料表明:低溫氣體冷卻可以理想地消除金相變化,并能改善工件的表面完 整性。它能減少切削液的相關費用、回收切屑和改善作業環境。為增加潤滑效果,還在噴頭處供給了少量潤滑油。該技術是在世界環境意識提高的背景下開發的,無 疑將成為今后產品開發的新潮流。



        綜上所述,探索新型高效且對環境污染小乃至無污染的冷卻方法已成為制造業函待解決的難題。顯然僅從切削液的角度去考慮問題顯然是不夠的,必 須從可持續發展的高度去認識。我國政府對環境問題十分重視,制訂了各種法規保護環境,并提出了可持續發展戰略。對制造業而言,可持續發展的實質就是如何最 大限度地利用資源和最低限度地產生廢棄物。如上所述,切削液的負面問題顯然是和可持續發展思想格格不入的,因而制造業面臨的環保壓力越來越大。新的環保型 “綠色”制造工藝的研究勢在必行,新的冷卻方法的探索日趨重要。
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