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[资料] 绿色切削中的MQL技术(一)

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  在机械制造领域,切(磨)削加工中使用的切削液对提高加工效率与加工质量具有重要作用,但切削液在制造、使用、处理和排放的各个时期均会对环境造成严重污染,而在加工过程完成以后,清除零件表面切削液附着物时还会产生所谓的“二次效应”污染。* p& ]- j. J9 r9 G7 u* e8 R5 b
  据统计,切削液的使用成本相当昂贵,把切削液和有关设备的费用、能耗费、处理费、人工费、维修费及材料费加在一起达到了全部制造费用的7%~17%,而全部刀具费用仅为总制造费用的2%~4%。& E- X  {- V' g9 y
  1996年,国际标准化协会颁布了关于环境管理的ISO14000系列标准,德国、美国、加拿大和日本等国家也相继制定出更加严格的工业排放标准,进一步限制了切削液的使用。
6 j! M% _4 r  ~0 `9 j, c# Z  面对降低生产成本,改善生产条件和可持续发展对环境保护的要求,更迫于有关法律的压力,合理利用制造资源、废弃物少、环境污染小、可进行良性循环的“绿色制造”技术必将会成为21世纪制造领域的主要发展趋势。
0 p) C& g6 }/ E/ o2 o6 s$ G  1绿色加工技术的原理与特点7 ~8 l: u' {, G
  人们在寻找替代原有切削液浇注方法的绿色加工技术过程中,进行了多方面有益的尝试,创造出多种具有代表性的切削润滑冷却技术)生物稳定型切削液、喷雾冷却、液氮冷却、低温风冷切削、MQL及干切削等。从优质、高效、经济以及环保的角度出发,上述各种技术各有其自身的特点和优越性。生物稳定型切削液
, Y( ~; B# f& p! `, d8 {3 h4 T  生物稳定型切削液依靠其配方中所含的特定成分来延长使用寿命,当该特定成分的含量降低后(如排放后)就不具有这种抗菌的功能,很容易被生物所分解,对人体和环境基本无害。生物稳定型切削液在国外已形成系列产品,并已推向中国市场,如Mobilcut系列水溶性切削液、德国ARAL系列切削液、英国嘉士多公司的水溶性切削液。喷雾冷却. e3 A& \1 H3 T: L, y3 ^
  喷雾冷却是利用气液两相流体的混合体以高压(3~6个大气压)雾化的方式喷射到加工区,雾化的质点颗粒在切削区的高温作用下发生相变(汽化),吸收大量的切削热。高速气流中所携带的细小的雾滴容易渗透到切削接触区,改善了切削液的渗透性,降低了摩擦和摩擦热,润滑作用得以充分发挥。与切屑有关的排屑问题也在不同程度上得以消除。另外还省去了切削液的处理费用,减少了环境污染。喷雾冷却常采用的介质有水、乳化液、植物油及动物油等,其中以乳化液应用最广。低温风冷切削" G; G! q; u1 d) Y( T& P3 P
  低温风冷切削是采用-10~-100℃的冷风强烈冲刷加工区的一种方法。它可以显著均匀地降低加工区、刀具及工件的温度,有效地抑制刀具磨损,提高刀具耐用度,改善已加工表面的加工质量。如果在冷风中供给微量润滑油,则改善效果更加明显。目前常用的介质有空气、氮气(有液氮蒸发后加热到所需温度和常温氮气冷却到所需温度两种方式)和二氧化碳(干冰蒸发)等。液氮冷却
9 K0 `! B+ H' {; u0 K; P$ R: [  液氮冷却加工方法采用液氮使工件、刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工,利用材料的低温脆性,使其在韧性降低、塑性减小的情况下完成切屑和工件的分离。干切削1 ]- |8 \% _, L: G7 L( Z$ X( ~
  干切削是指在切削加工中不使用切削液的工艺方法,它从源头上消除了切削液带来的一系列环境负面效应。. y& w; F" ?5 `* m: A- S' j
  干切削技术起源于欧洲,目前在西欧各国也最盛行。美国LeBlond Makino公司也已经开发出用陶瓷刀具和CBN刀具对铸铁进行高速干切削的    “红月牙”工艺并投入实际生产,取得了良好的经济效益。. t, M2 W( e+ E8 H+ Y2 H
  实施干切削,并不是简单地停止切削液的使用,必须要对包括机床、工件特别是刀具在内的整个工艺系统进行全面的考虑。目前出现的各种新型刀具(包括采用先进材料的刀具、进行涂层处理的刀具和优化几何参数与结构的刀具)为干切削的实施提供了有力的保证。刀具材料性质的研究也很有必要,实际上,对于陶瓷刀具来讲,由于干切削降低了热冲击和热疲劳的可能,其加工效果往往优于普通湿切削。
4 U9 `/ S  ~$ a+ P8 e  干切削的应用在铸铁材料上比较成功,但其范围还不是很广泛,对钢和难加工材料的干切削也正在研究之中。MQL( }! X$ d: H( x' S
  MQL技术是将压缩气体与极微量润滑液混合汽化后,喷射到加工区,对刀具和工件之间的加工部位进行有效的润滑。在德国,由于人们对它是否同时具有冷却功能还存在意见上的分歧,而分别称之为微量润滑和微量润滑冷却。
* Q( p1 ~* z% m$ e1 K. s2 J3 K  MQL可以大大减少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之间的摩擦,起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用,使用的润滑液很少,而效果却十分显著,既提高了工效,又不会对环境造成污染。
+ Z: @7 z& `" v2 P) g  MQL法所使用的润滑液用量非常少,一般为0.03~0.2L/h,而一台典型的加工中心在进行湿切削时,切削液用量高达20~100L/min。而且MQL技术只要使用得当,加工后的刀具、工件和切屑都是干燥的,避免了后期的处理,清洁和干净的切屑经过压缩还可以回收使用,完全不污染环境,故又称之为准干式切削。% ^# u  Q$ W# K+ m4 i/ O
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