綠色切削中的MQL工藝(三)

   時間:2014-03-12 03:28:58
綠色切削中的MQL工藝(三)簡介
4 MQL的環境及經濟性能評價   在許多金屬加工中,油類的潤滑劑被激烈攪動后在車間空氣中形成污染的油氣霧,潤滑劑中的添加劑、微生物和其他成分霧化后也同……
綠色切削中的MQL工藝(三)正文

4 MQL的環境及經濟性能評價

在許多金屬加工中,油類的潤滑劑被激烈攪動后在車間空氣中形成污染的油氣霧,潤滑劑中的添加劑、微生物和其他成分霧化后也同樣可能被操作者吸入體內,對人體的呼吸系統、消化系統造成危害,甚至可能致癌;另外油霧還會在廠房上部形成一層粘附物,給日常保養帶來麻煩。因此,對不同加工方法造成的空氣油霧微粒濃度的研究是十分必要的。

傳統澆注法與MQL所造成的空氣中油霧微粒濃度是不同的。美國Cicinati大學和Techsolve.Inc.公司的聯合研究項目進行了MQL和澆注切削下產生的空氣油霧微粒濃度對比實驗,在Tongil TNV-80CNC立式加工中心上分別以11ml/min和6.5l/min的用量對AISI/SAE 4340鋼件進行了鑽削和銑削。結果表明,在較低的切削速度和金屬切除率下MQL法造成的空氣中油霧微粒生成率(每分鐘產生的微粒量)在鑽削時是傳統澆注法的340~3300倍;而在銑削時則是其100~140倍。在較高速度及金屬切除率下,這個比值會更大。

另外,不同切削液的油霧微粒生成率也是不同的。同等條件下,純合成液的油霧微粒生成率遠遠高於水溶性切削液,甚至使得車間空氣油霧濃度超過當前美國OSHA(Occupational Safety and HealthAdministration)和NIOSH(National Institute forOccupational Safety and Health)規定的標準。

MQL相比傳統澆注切削方式能夠大大減少切削液的用量,避免了廢液的處理,降低了加工成本(包括切削液的購買費用、儲存費用及廢液處理費用等),而且在某些條件下能獲得相等甚至更好的加工性能。它標誌著人們在擺脫傳統澆注切削加工的道路上邁出了關鍵性的一步。但是它也面臨著自身固有的挑戰,即在人們免除了傳統切削液所造成的臭味、細菌和酶菌等損害健康的因素的同時,卻造成了加工區油霧微粒濃度迅速增加,同樣對環境及健康造成了不利的影響。另外由於較高的油霧微粒生成量,使得採用MQL加工方法的機床上必須具有封閉、抽吸通風以及空氣清新設施,給MQL加工帶來了附加的成本。

5 MQL尚待深入研究的問題MQL作用機理方面的研究

當前的實驗研究主要是針對某幾種材料、幾種不同的加工方法的研究,得出的只是局部的結論,需要更進一步探討MQL切削時油膜的均勻性、滲透性和潤滑冷卻性能的規律以及工件、刀具和切屑在不同的加工方法、切削用量下本質變化的內在規律。MQL潤滑液輸送方位、出口壓力以及油霧用量的最優化

一般來講,內噴法相比外噴法更能對加工區進行迅速有效的潤滑,特別適合於封閉式加工,但刀具結構較複雜。對於外噴法,油泵輸出的油量、噴嘴噴出的油量與實際輸送到刀具上起潤滑作用的油量是不同的。不同的噴嘴方位對刀具磨損的影響是比較顯著的。銑削加工中最有效地噴嘴方位是油霧出口正對著刀具切出點。這三者的不同參數用量組合對於提高加工性能、降低生產成本,利於環境保護的整體效果而言有一個最優化的問題,需要做進一步深入研究。高速切削難加工材料時MQL與新型刀具、低溫風冷技術和水霧冷卻技術結合使用的研究

MQL方法能夠提供和澆注切削相當甚至更好的潤滑性能,但其冷卻效果卻不盡人意。高速切削難加工材料時產生的大量熱量不能及時散去,使得切削溫度迅速升高,導致潤滑劑潤滑性能劇烈下降,加工性能變差。因此,MQL技術結合新型刀具及冷卻性能強的低溫風冷和水霧冷卻技術的深入研究對於難加工材料的高速加工具有重大的意義。加工參數對油霧微粒生成率的影響

加工參數如切速、切深、刀具材料、刀具幾何形狀、工件材料等都會對油霧生成率造成影響。比如在較高的切速下,會產生較高的切削溫度,從而加速切削液的蒸發,導致較高的空氣油霧濃度。MQL油霧發生裝置的設計研究

加工區不同方位油霧濃度測量結果顯示:空氣中油霧微粒產生的一個重要來源不是加工過程,而是輸送油霧到加工區的傳送過程。目前絕大多數的MQL裝置都是採用壓縮空氣來作為油霧傳送載體的,因此下一步研究的重點將會集中於微量油霧傳送單元的設計上。另外發生裝置產生油霧顆粒的大小及分佈對加工性能也有一定的影響。油霧顆粒的安全性及防護技術研究

加工中產生的油霧顆粒越小,就越容易飄散到空中,被人體吸入。已有的控制顆粒大小的方法之一為添加微量聚合物,如丙烯酸酯或聚異丁烯等,使其與油霧微滴相結合形成較大、較重的顆粒,不易擴散到空中。對於MQL方法來說,深入研究其產生油霧顆粒的大小和分佈,控制其大小和濃度的措施以及開發排放油霧裝備的防護技術對於其在綠色、經濟加工道路上的發展有較大的意義。

6小結

綠色切削研究過程中所湧現出來的眾多技術均是對傳統生產方式的一種重大創新。作為這些技術中的重要分支之一,MQL可以大大減少摩擦,抑制溫升、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質量,使用潤滑液很少,效果卻十分顯著,既提高了工效,又不會對環境造成污染。MQL由於其自身的優越性必將得到更加廣泛的重視和推廣。

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