微量油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)在干式切削中大大提高效率
準(zhǔn)干式切削：是相對(duì)干式切削和濕式切削而言的，是在切削刀具的切削刃上噴上一層潤(rùn)滑油，切削加工的時(shí)候，潤(rùn)滑油在刀具和工件間形成一層油膜，保護(hù)刀具和工件，避免熱量產(chǎn)生，提高工件加工精度，特別是在精密加工中。
微量潤(rùn)滑系統(tǒng)：簡(jiǎn)單的說(shuō)就是精密 控制油量的噴油裝置，通常分為外噴油和內(nèi)噴油裝置。外噴油裝置是潤(rùn)滑油和壓縮空氣分別獨(dú)立調(diào)節(jié)，壓縮空氣在噴嘴出口處將潤(rùn)滑油通過(guò)高速氣流吹向切削刀刃，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑作用。
一 噴霧冷卻的機(jī)理
切削液在金屬切削中主要起兩個(gè)作用，一是潤(rùn)滑作用；二是冷卻作用。切削液能否充分發(fā)揮有效的潤(rùn)滑作用，其滲透能力強(qiáng)弱是一個(gè)重要的因素。常規(guī)的澆注式切削液在切削加工中的滲透以液體滲透和氣體滲透兩種方式進(jìn)行：澆注的液體滲透效率較低，在高速切削時(shí)效率更低；氣體滲透是由于澆注在切屑表面裂紋中的液體隨著切削溫度的上升發(fā)生汽化而向前刀面進(jìn)行滲透的。試驗(yàn)證明，常規(guī)切削液的滲透能力不強(qiáng)，能夠被汽化的液體量很少，使?jié)櫥Ч艿较拗?。而噴霧冷卻形成的兩相流體，能夠彌補(bǔ)切削液滲透能力的不足。氣液兩相流體噴射到切削區(qū)時(shí)，有較高的速度，動(dòng)能較大，因此滲透能力較強(qiáng)。此外，在氣液兩相射流中微量液體的尺寸很小，遇到溫度較高的金屬極易汽化，可從多個(gè)方面向刀具前刀面滲透。雖然射流中的液體量很少，但被汽化的部分則比連續(xù)澆注切削液時(shí)多，因而潤(rùn)滑效果較好。在金屬加工中切削熱主要來(lái)源于金屬的塑性變形，切削區(qū)的冷卻過(guò)程就是固體與流體之間的傳熱過(guò)程。由于流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用，在固體表面就有一個(gè)流體滯流層，從而增加了熱阻。滯流層越厚，熱阻越大，而滯流層的厚度主要取決于流體的流動(dòng)性即粘度。粘度小的流體冷卻效果比粘度大的流體冷卻效果好。
氣液兩相流體噴出時(shí)，體積驟然膨脹對(duì)外做功，消耗了內(nèi)能，可使溫度降低10℃左右。噴霧冷卻中兩相流體有較高的速度，能夠及時(shí)將鐵屑沖走，并帶走大量的熱量，進(jìn)一步增強(qiáng)了降溫效果。因此，噴霧冷卻實(shí)際上綜合了氣液兩種流體的降溫效果和優(yōu)點(diǎn)。
二 噴霧冷卻裝置的工作原理
噴霧冷卻就是把微量液體混入壓力氣流中，形成霧狀的氣液兩相流體，通過(guò)噴霧產(chǎn)生射流，噴射到切削區(qū)，使工件和刀具得到充分冷卻和潤(rùn)滑。
噴霧冷卻裝置工作時(shí)，壓縮空氣經(jīng)分水濾氣器濾除水分等雜質(zhì)，通過(guò)電磁閥后一小部分壓縮空氣進(jìn)入冷卻液箱內(nèi)，將冷卻液壓出到噴嘴；絕大部分壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓閥將壓力調(diào)至0.32～0.35MPa后經(jīng)壓縮空氣軟管到噴嘴與冷卻液混合，霧化后噴射到切削區(qū)。
噴霧冷卻技術(shù)的關(guān)鍵在于能否把冷卻液充分霧化。由于冷卻液的壓力略大于壓縮空氣的壓力，二者在氣液混合室內(nèi)混合后，經(jīng)蛇皮管式冷卻管5由噴嘴頭噴出。反之，若冷卻液的壓力小于壓縮空氣的壓力，則冷卻液將被壓回到冷卻液箱內(nèi)。在一些進(jìn)口機(jī)床的噴霧冷卻裝置中，壓縮空氣是從調(diào)壓閥后進(jìn)入冷卻液箱的，因此噴出冷卻液時(shí)往往有“喘氣”現(xiàn)象。若將壓縮空氣改為從電磁閥后直接進(jìn)入冷卻液箱，就可避免“喘氣”現(xiàn)象。
為了調(diào)節(jié)噴出的冷卻液流量，在噴嘴上安裝了冷卻液流量調(diào)節(jié)閥。一些進(jìn)口機(jī)床所采用的噴霧冷卻裝置，其噴嘴調(diào)節(jié)閥為錐形，使用時(shí)通過(guò)調(diào)整錐面配合間隙的大小來(lái)調(diào)節(jié)冷卻液流量。由于加工這種結(jié)構(gòu)的噴嘴調(diào)節(jié)閥比較困難,閥桿與閥體錐面的同心度不易保證，從而不能有效地調(diào)節(jié)冷卻液的流量。試驗(yàn)證明,如將錐閥改成平閥、將錐面改成平面，并增加一個(gè)密封圈，則冷卻液的流量可以任意調(diào)節(jié)。
三 噴霧冷卻液的選擇
由于從噴嘴噴出的冷卻液成霧狀，其中大部分噴到切削區(qū)，一小部分彌散在空氣中,為了避免環(huán)境污染及對(duì)操作者造成傷害，冷卻液的選擇非常重要。通過(guò)使用非傳統(tǒng)的切削液-植物油，包括脂類，環(huán)境成本顯著減少。這些產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括具有清洗劑，分散劑的性能，低發(fā)泡，快速放氣，著火點(diǎn)相對(duì)較高以及表層兼容?；谥参锏臐?rùn)滑油可迅速被生物降解，大多數(shù)情況下，潤(rùn)滑油在21天內(nèi)即被分解，這樣就無(wú)長(zhǎng)期清潔的后顧之憂。這些潤(rùn)滑油也已經(jīng)得到改進(jìn)，具有低霧化的特點(diǎn)，有助于短期清潔。
對(duì)潤(rùn)滑劑的要求:
首先，潤(rùn)滑劑要求較低的粘度。
其次，潤(rùn)滑劑有很好的滲透性和表面附著系數(shù)。
第三，潤(rùn)滑劑要具有超級(jí)的潤(rùn)滑性。
第四，潤(rùn)滑劑需要優(yōu)良的極壓性能。
第五，潤(rùn)滑劑環(huán)保、安全、可再生（植物性）。
四 噴霧冷卻的應(yīng)用效果
切削區(qū)溫度
采用噴霧冷卻與干切削分別加工40Cr和45鋼(加工40Cr鋼的切削參數(shù)為：ap＝2mm，f＝0.48mm/r，v＝167m/min)。切削區(qū)溫度測(cè)試的結(jié)果表明，與干切削相比，采用噴霧冷卻時(shí)切削區(qū)溫度可降低140℃；若加工45鋼(ap＝2mm，f＝0.3mm/r)，采用噴霧冷卻時(shí)切削區(qū)溫度比干切削時(shí)可降低200℃。
切削液的成本
來(lái)自的國(guó)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明與切削液相關(guān)的成本相當(dāng)于全部成本的7.5%-17%。隨著石油原料成本的增長(zhǎng)，趨勢(shì)是切削液的價(jià)格在不久的將來(lái)繼續(xù)增長(zhǎng)。
環(huán)境成本
處理使用過(guò)的切削液和切屑所花費(fèi)的長(zhǎng)期環(huán)境清潔成本以及工人的健康。由于沒(méi)有冷卻液泵，所以實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源。
刀具壽命
與鑄鐵或鑄鋼和磨削相比，干式切削使刀具使用壽命增加了20%，某些使用MQL的刀具使用壽命實(shí)驗(yàn)表明刀具壽命增長(zhǎng)了50%，具體取決于加工過(guò)程，切削速度和進(jìn)給。這是因?yàn)镸QL系統(tǒng)將產(chǎn)生由微小油滴構(gòu)成的油霧，它通過(guò)刀具中心噴射到切削區(qū)域上，使切屑更易清除，并且防止微粒黏在切削刀具上。
在立車上粗加工45鋼鑄件，使用的刀片牌號(hào)為YT5。當(dāng)切削條件相同時(shí)，采用噴霧冷卻的刀具壽命為1小時(shí)以上，而采用干切削時(shí)的刀具壽命僅為30～40分鐘。
較快的加工時(shí)間
通過(guò)采用耐熱刀具材料，例如炭化物，以及較高的主軸轉(zhuǎn)速，半干切削比傳統(tǒng)的濕切削的速度快50-100%。無(wú)冷卻液霧化，使用MQL切削，用戶可以保持工廠環(huán)境極為潔凈，幾乎沒(méi)有煙霧和氣味。這有利于清潔和工人的健康。
表面粗糙度
在數(shù)控龍門銑床上精銑材料為ZG20CrMo的汽輪機(jī)汽缸中分面，使用的刀片牌號(hào)為YT535，切削用量為v＝150m/min，vf＝40mm/min，ap=0.02～0.04mm。采用干切削時(shí)，加工1m2后刀片磨損，加工表面粗糙度不穩(wěn)定，為Ra2.3～3.4μm；采用噴霧冷卻時(shí)，加工1.5m2后刀片磨損，表面粗糙度穩(wěn)定，達(dá)Ra0.76～0.9μm，超過(guò)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的Ra=1.6μm。
此外，噴霧冷卻技術(shù)可應(yīng)用于立式車床、臥式車床、轉(zhuǎn)子車床、圍帶車床、落地鏜銑床等不同機(jī)床，加工效率平均提高20%，刀具壽命提高一倍以上，加工精度也有顯著提高。如在轉(zhuǎn)子車床上精車轉(zhuǎn)子軸頸，采用干切削時(shí)一刀車不下來(lái)，圓柱度不易保證，而采用噴霧冷卻時(shí),一刀即可車完，而且圓柱度滿足設(shè)計(jì)要求。
五 應(yīng)用領(lǐng)域：
有色金屬鑄造零及部件加工
用于各種模具的精密加工，特別是汽車等大型模具的精加工
六 結(jié)語(yǔ)
由于噴霧冷卻具有良好的冷卻和潤(rùn)滑效果,在切削加工過(guò)程中應(yīng)用噴霧冷卻技術(shù)可顯著提高切削加工生產(chǎn)效率和零部件加工質(zhì)量。
1．由于兩相射流對(duì)切削區(qū)有清理作用，減少了氧化皮、細(xì)鐵屑等對(duì)刀具的磨損，可提高刀具的耐用度；噴霧冷卻裝置體積小，安裝操作方便；冷卻液耗量少，工作環(huán)境清潔，有利于保護(hù)操作者的身體健康。
2．噴霧冷卻技術(shù)特別適合用于高速切削、緩進(jìn)給磨削、強(qiáng)力磨削等發(fā)熱量大的加工場(chǎng)合以及加工精 度要求高的高強(qiáng)度、高硬度合金鋼材料。
噴霧冷卻裝置用于數(shù)控機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)冷卻自動(dòng)化；如在普通機(jī)床上應(yīng)用，通過(guò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以手動(dòng)氣路開關(guān)代替分水濾氣器和電磁閥，可在實(shí)現(xiàn)噴霧冷卻的同時(shí)降低成本。
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