金屬切削中切削液作用及清洗

金屬切削中切削液作用及清洗

1加工過程中的用切削液在切割、形成、處理和保護過程中使用的金屬及其材料的工藝潤電液被稱為金屬加工液，也被稱為切割液。在金屬加工過程中,為了降低切削時的切削力,及時帶走切削區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱量以降低切削溫度,提高刀具耐用度,從而提高生產(chǎn)效率,改善工件表面粗糙度,保證工件加工精度,達到最佳的經(jīng)濟效果,通常使用切削液。具體說來切削液有以下的作用:1.1降低熱損耗,降低熱損切削液在切削過程中的潤滑作用,可以減小前刀面與切屑,后刀面與已加工表面間的摩擦,形成部分潤滑膜,從而減小切削力、摩擦和功率消耗,降低刀具與工件坯料摩擦部位的表面溫度和刀具磨損,改善工件材料的切削加工性能,防止刀具與切屑或工件間的粘著,所以良好的潤滑可以減少功能消耗、刀具磨損和獲得良好的表面光潔度。1.2減少切削溫度切削液的冷卻作用是通過它和因切削而發(fā)熱的刀具(或砂輪)、切屑和工件間的對流和汽化作用把切削熱從刀具和工件處帶走,從而有效地降低切削溫度,減少工件和刀具的熱變形,保持刀具硬度,提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷卻性能和其導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱以及粘度(或流動性)有關(guān)。水的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱均高于油,因此水的冷卻性能要優(yōu)于油。1.3切削液清洗在金屬切削過程中,切屑、鐵粉、磨屑、油污、沙粒等常常粘附在工件、刀具表面及縫隙中,同時沾污機床和工件,不易清洗,使刀具或砂輪切屑刃口變鈍,影響切削效果。要求切削液有良好的清洗作用除去生成切屑、磨屑以及鐵粉、油污和砂粒,防止機床和工件、刀具的沾污,使刀具或砂輪的切削刃口保持鋒利,不致影響切削效果。對含有表面活性劑的水基切削液,清洗效果較好,因為它能在表面上形成吸附膜,阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂輪上,同時它能滲入到粒子和油泥粘附的界面上,把它從界面上分離,隨切削液帶走,保持切削液清潔。乳化液的清洗性能就是指乳化液防止這些細(xì)顆粒粘結(jié)和利用液流的機械沖洗作用將其沖走的能力。1.4切削液防止環(huán)境介質(zhì)中腐蝕的能力在金屬切削過程中,工件要與環(huán)境介質(zhì)及切削液組分分解或氧化變質(zhì)而產(chǎn)生的油泥等腐蝕性介質(zhì)接觸而腐蝕,與切削液接觸的機床部件表面也會因此而腐蝕。此外,在工件加工后或工序之間流轉(zhuǎn)過程中暫時存放時,也要求切削液有一定的防銹能力,防止環(huán)境介質(zhì)及殘存切削液中的油泥等腐蝕性物質(zhì)對金屬產(chǎn)生侵蝕。綜上,切削液在加工中的作用很關(guān)鍵,其質(zhì)量影響著加工金屬件的加工質(zhì)量。對于循環(huán)使用的切削液,其使用過程中必然受到污染,因此作為凈化切削液的過濾機至關(guān)重要,過濾機對切削液過濾效果好壞直接影響金屬件的切削質(zhì)量,甚至影響機床功能。2加工中心切削液過濾機EW缸蓋線是一條年產(chǎn)能10萬輛份EW10/12系列鋁制缸蓋生產(chǎn)線,加工設(shè)備全部采用法國COMAU全自動加工中心,與其配套的切削液系統(tǒng)采用國產(chǎn)上海富優(yōu)自動控制有限公司制造的重力式切削液過濾機,為每臺加工中心單獨一套切削液過濾機,由于廠家設(shè)計、制造能力造成該設(shè)備在投產(chǎn)以后存在很大問題,要求切削液中95%雜質(zhì)顆粒<50μ;雜質(zhì)重量<300mg/l,但實際遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一標(biāo)準(zhǔn),影響著缸蓋的正常生產(chǎn)和設(shè)備的穩(wěn)定性。2.1紙帶雜質(zhì)的控制從機床排出的臟切削液通過刮屑板預(yù)分離出部分的鋁屑后進入機床后端的污液箱,經(jīng)回液泵送至切削液過濾機,經(jīng)分液盒上的回液口流入下面的重力式紙帶過濾裝置過濾(見圖1-1)。液體在重力作用下向下滲透過濾紙成為干凈的液體落入過濾機箱體,細(xì)微的雜質(zhì)被吸附在紙帶表面。雜質(zhì)在紙帶表面堆積“搭架”形成無數(shù)微小的空隙。這些雜質(zhì)空隙成為濾紙表面的增生過濾層,使得過濾精度提高。紙帶過濾后的液體,其過濾精度在濾紙使用初期由過濾紙帶的密度決定,在濾紙使用后期由濾紙表面形成的雜質(zhì)增生過濾層的空隙密度決定,通常紙帶過濾機的平均過濾精度在50μm左右。重力紙帶是連續(xù)過濾的,當(dāng)紙帶上積聚的雜質(zhì)過多導(dǎo)致堵塞、影響到過濾量時,紙帶上臟液的液位會逐漸上升,抬起浮球。當(dāng)浮球竿上的銅感應(yīng)頭上升到接近開關(guān)時,發(fā)訊機構(gòu)發(fā)出走紙信號,啟動走紙電機輸出污紙及雜質(zhì)排入接渣箱,同時輸入新濾紙。經(jīng)過紙帶過濾后的切削液向下流入凈液箱內(nèi),此時切削液已經(jīng)很干凈。切削液在凈液箱內(nèi)進行熱交換冷卻處理,通過沉浸式冷卻控溫單元的循環(huán)冷卻降溫,切削液溫度不斷降低并控制在工藝要求的溫度范圍內(nèi)。最后根據(jù)用戶要求和機床控制信號由供液泵以一定的壓力送入供液管道供給用戶機床重新利用,切削液由此不斷循環(huán)使用和過濾,供液泵的最大流量為300升/分鐘。2.2切削液過濾機問題機床排出的臟切削液中只有部分的鋁屑能通過刮屑板預(yù)分離出去,其余全部被泵到過濾機的濾紙上。理論上鋁屑會被過濾紙過濾掉,隨過濾紙一起排掉,但由于切削液在使用過程中上面會產(chǎn)生許多泡沫,這些泡沫帶著切削沫、污油、鋁屑等漫過紙邊,溢出到水箱中(見圖片2-1),鋁屑通過泵又進入到設(shè)備內(nèi)部,造成切削液管路、刀具內(nèi)冷孔堵塞、主軸前端刀柄沖屑用的法蘭孔堵塞,最終影響設(shè)備穩(wěn)定性和加工質(zhì)量,據(jù)統(tǒng)計2010年主軸前端刀柄沖屑用的法蘭孔堵塞造成該法蘭損壞兩件,每件9000元;該法蘭的孔堵塞后導(dǎo)致刀柄粘鋁屑,造成缸蓋加工過程中孔的尺寸超差,全年統(tǒng)計共計360余件。重力式過濾機過濾的原理是液體在重力作用下向下滲透過濾紙成為干凈的液體落入過濾機箱體,細(xì)微的雜質(zhì)被吸附在紙帶表面。雜質(zhì)在紙帶表面堆積“搭架”形成無數(shù)微小的空隙。這些雜質(zhì)空隙成為濾紙表面的增生過濾層,使得過濾精度提高。但在濾紙使用初期由過濾紙帶的密度決定;要求濾紙要有良好的滲透性,切削液順暢地濾過,這就造成了在走紙完成后的一段時間內(nèi)有部分大顆粒能透過過濾紙進入到凈液箱,后又進入設(shè)備內(nèi)部,顆粒物在設(shè)備內(nèi)部堆積。停機一段時間后堆積的顆粒干燥,造成管路細(xì)小處堵塞,電主軸回轉(zhuǎn)接頭的密封損壞泄露(見圖2-3,2-4),2010年該密封損壞10件,每件2萬元,直接導(dǎo)致備件消耗超標(biāo)。備件異常消耗也使備件采購進度跟不上消耗速度,形成大量因等待備件造成的停產(chǎn)。該切削液過濾機沒有油水分離系統(tǒng),機床使用過程中的潤滑油進入切削液中積累無法分離出去,造成切削液油超標(biāo),切削液變質(zhì)加快,提高了生產(chǎn)成本。上表(表2-1)是2010年因切削液質(zhì)量問題造成的嚴(yán)重?fù)p失、消耗統(tǒng)計,由該表可以得到2010年因切削液問題造成的直接損失為47萬元,因此有對切削液過濾機進行改造的必要。總結(jié)突出問題有三項:鋁屑隨泡沫進入凈液箱、大顆粒透過過濾紙進入凈液箱、切削液中廢油含量超標(biāo)。3切削液過濾系統(tǒng)改進設(shè)計對于有部分大顆粒能透過過濾紙進入到凈液箱這一現(xiàn)狀,由于重力式過濾機過濾的原理,通過加厚過濾紙、提高過濾紙精度等手段效果不理想。最終設(shè)計一個新方案,即采用雙重過濾紙過濾,這個雙重過濾紙并不是簡單的使用雙層過濾紙,而是在現(xiàn)有過濾機上增加一個過濾機,見圖3-2,臟切削液從加工中心的提升泵被送至新增的過濾機上進行第一次過濾,這部分同之前的過濾機一樣有部分大顆粒通過濾紙進入下一級過濾中去,因此在這個過濾機上增機一個沉淀箱進行顆粒沉淀,箱內(nèi)設(shè)置隔液板使顆粒充分沉淀。經(jīng)過一級過濾沉淀后切削液進入第二級過濾機過濾,這樣只有很少量,影響可以忽略的鋁屑和顆粒進入凈液箱中。同時,在供液泵出口增加一個帶式過濾器作為安全過濾器,完全保證切削液質(zhì)量。試運行一段時間后切削液中無可見顆粒,實驗室檢驗切削液中99%雜質(zhì)顆粒<50μ;雜質(zhì)重量<300mg/l,可以說改造達到了預(yù)期目標(biāo)。針對切削液中油含量超標(biāo)問題,在過濾機上增加一個油水分離器,徹底解決含油過多的問題。4減少了工廢損失該項目在2011年8~9月份實施完成,因切削液質(zhì)量造成工廢的數(shù)量逐漸減少(見圖4-1),達到生產(chǎn)允許的工廢1%以內(nèi),平均為0.5%左右,年降低損失20萬元。同時減少了主軸回轉(zhuǎn)密封的消耗,平均每年可少更換5件,降低成本10萬元(見圖4-2)。設(shè)備相關(guān)故障率也有下降。5采用正壓式三角形絲刮排預(yù)分離裝置EW缸蓋線切削液過濾機的改造達到了預(yù)期效果,但由于受空間、改造周期的限制一些其它的方案沒有采用,比如可以不采用雙重過濾形式而在現(xiàn)有平網(wǎng)紙帶過濾機水箱上安裝一臺正壓式楔形絲刮排預(yù)分離裝置。該方案因改造周期長,報價高而放棄,但可以在以后新設(shè)備引進時采用,這種方案可以減少過濾紙的消耗,降低生產(chǎn)成本。而對于引入該類型的過濾機時要注意設(shè)備功能的完整性,包括可靠的過濾系統(tǒng),必要的安全過濾,其它輔助功能如除油、排屑等。2.2.12.2.22.2.33.1回液泵的液位傳感器不差針對鋁屑隨泡沫漫過濾紙進入凈液箱的問題主要從兩個方面解決:一是減少泡沫的形成,通過觀察分析我們發(fā)現(xiàn)是因為回液泵在每次抽吸到低位時吸入空氣造成許多泡沫送入過濾機,造成泡沫漫溢。為此調(diào)整了回液泵的液位傳感