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枪钻加工中的切削液特性及改善过滤精度的方法

摘要:水基切削液是新一代理想的机加工润滑冷却介质,兼有油性和水性双重性能,具有极压,润滑,冷却, 防锈能力.文章介绍枪钻加工水基切削液性能,用实例论述水基切削液的优越性能及提高其过滤精度的方法.

1 为了使枪钻加工达到良好的加工效果,以往多选 切削油,而且是专门配置的.但是,油基切削液存在着 冷却性差,清洗性差和产生油雾防火性差;一般半年需 彻底更换,废液处理不易达到环保排放的要求;使用过 程中有刺激气味和损伤工人皮肤等缺陷.随着环保要 求的提高,切削液技术的不断改进,一种水基半合成液 (微乳化液)克服了乳化液易腐败,清洗性能差及合成切削液侵蚀机床漆面,润滑性能差等缺陷,兼有油性和 水性双重性能,具有极压,润滑,冷却,防锈和清洗能 力,是新一代理想的机加工润滑冷却介质.水基半合 成切削液的脱颖而出,有取代油基切削液之势,具有如

下特点:

1.1 压力与流量

切削液的高压及由此产生的高流速的作用是从切 削区排除切屑,油膜抵消切削力及增加钻杆刚性等. 为保证被加工孔的精度一致,必须保证压力恒定.根 据资料介绍,需要的压力和流量因刀具的直径,孔的精 度和工件材料而异. 一般认为切削液的流速应为切削速度的5～8倍, 约10～15 m/s, 应该注意的是:流量应随孔深的增加而增大,以保 证切削液有更大的流速达到通畅排屑的目的.同时要 分别考虑枪钻用高压切削液与一般外用冷却,冲屑所 用压力,流量不同.冷却和冲屑是低压大流量,即0.1 ～0.2 MPa.

1.2 过滤精度

枪钻切削液的过滤精度与钻头的耐用度,内孔的 表面粗糙度,尺寸精度,减少油泵和阀的磨损有很大关 系,所以要求过滤精度较高.据资料介绍:当切削液过 滤精度为20u m时,刀具刃磨一次可以钻14个孔,若 在其它工况不变的情况下,过滤精度达到10 u m时, 刃磨1次可钻54个孔.还有资料介绍,表面粗糙度值每减少1时,油中杂质尺寸就应减少10 um.换句 话说,过滤精度的严格性应为表面粗糙度值的10倍.

一般切削液要经过粗滤,半精滤,精滤等程序.精过滤 一般采用纸质或布质过滤,一般过滤精度控制在40 um以内,就能够满足一般性枪钻加工.若枪钻H7精 度的孔时,过滤精度应达到5～10 um,方可避免破坏 高速极压油膜.但是其过滤装置和使用的成本会急剧 上升,实际中要综合考虑一个合适的范围.

1.3 温度控制

由于枪钻加工时切削速度和切削液的压力均很 高,同时钻头兼有切削和挤光二重作用,切削中产生大 量的热量被切削液带走,使切削液温度标配的软件内置有GB/T228.年生产能力达30万吨1⑵010、GB/T1040⑵008、GB/T528⑴998等30多个实验标准逐渐上升.为 了保持钻孔精度,防止切削液内部各种添加剂的早期 失效,维持枪钻与工件温度的一致性是必要的.一般 推荐温度在45℃以下.常用的冷却方式有两种: 其 一,采用大水箱(油箱)的散热来达到自然冷却,水箱 的容积大于泵工作流量l0倍以上. 其二,强制冷却. 最廉价的冷却办法是在水箱中通以循环冷却水,可靠 的办法是使切削液通过空调器降温,控制在最佳范围, 保持枪钻与工件温度一致,有利于控制加工精度的一 致性.

1.4 切削液供给系统原理

液压油使用的泵和阀类控制元件等不适合水基切 削液,在设计水基切削液系统装置时应予充分考虑.

1.5切削液的维护

根据有关经验,使用切削液应注意以下几点:

(1)切削液的稀释应选用水质较好的自来水,配 置前应将水箱管路清洗干净,有条件的话,可对切削液 系统装置进行一次消毒.

(2)准确掌握切削液浓度,尽量使用浓度计(折光 仪)来控制,按规定比例配制,不要凭个人经验.

(3)不同牌号,不同厂家生产最大实验力：50KN；重量：300KG的半合成切削液不 能混用.

(4)加工结束后,用切削液软管冲洗掉机床表面 的切屑和粒渣.打开机床保护门,使机床加工区的潮 湿空气散去. 这样做的原因是:在加工过程中,只要切削液不断 喷射,涂敷在裸露的金属表面,切削液中的防锈添加剂 就可防止机床加工区内的金属表面锈蚀.但当机床停 机若干小时后,可能会产生锈蚀.因为在加工时,切削液中的水在蒸发,使机床加工区形成了几乎100%的 相对湿度.机床一旦关机,温度便开始下降,空气中的水分便冷凝在金属零件表面.由于冷凝水会逐步稀释 防锈添加剂,从而使存留于切削液的抗腐蚀性逐步丧失.所以采取上述措施,非常重要.

(5)定期检测切削液使用浓度和pH值,pH值在 8.5～9.5之间.

(6)使用一年或更长时间切削液发生变质时,更 换切削液需彻底清洗机床冷却系统,减少切削液中细 菌生长机会.

2 应用实例

我厂在枪钻加工中采用水基切削液已成功应用于 自动线中加工缸体油道孔,其冷却液由冷却液中央处 理系统供给,枪钻工位将来自系统的冷却液加压后用 于枪钻加工.最近设计制造1台连杆螺栓孔枪钻枪铰 机床,连杆材料45Mn,硬度22～32 HRC,属短浅孔精 密加工.切削液采用独立的负压式纸带过滤装置,调 试时枪钻无法加工,进口枪钻仅能加工3件,就出现严 重磨损或崩刃等问题.在排除机床其它原因后,分析 切削液冷却系统也存在一些问题:

(1)切削液为普通合成切削液,润滑性差,不适合 枪钻加工.

(2)负压式纸带过滤系统的过滤精度不稳定,杂 质,纸质纤维进入系统,堵塞枪钻出水孔.

(3)冷却液供给压力偏低,不稳定,不能满足枪钻 加工对冷却液系统高压恒定的要求.

针对上述问题,我们采取了以下措施.

(1)更换用水基切削液 我们选用嘉实多公司 EP690和奎克公司的水基切削液,其润滑极压性能均 优于合成切削液.其主要特点是:①极压性能好,可用 于高难度的加工;②使用寿命长,抗杂油污染能力较 强;③泡沫较少,对不同水质有较强的适应性;④防锈 能力强;⑤不含苯酚和亚硝酸盐,对人体无伤害.

(2)改进冷却液过滤装置,提高过滤精度.负压式纸带过滤机的过滤精度取决于过滤用的进程“前景光明无纺布质量,最好的过滤精度可达5um.但是,切屑直接冲击负压式纸带过滤机的纸带,使无纺布破损;负压腔中负压为零时,净水箱向负压腔补水,导致无纺布上浮脱离隔栅板;走纸时,无纺布产生歪斜,不能完全覆盖隔栅板等几种情况,导致脏水箱的脏水进入负压腔.进入 负压腔的脏水在系统中长时间地存在,降低过滤精度, 影响枪钻加工效果.

在高压泵组前,增加双联筒式过滤装置,两个过滤 芯分别工作.当一个滤芯被堵塞卸下清洗时,可切换 到另一个滤芯工作,不影响机床正常工作.过滤装置 自带压力检测装置,当滤芯堵塞进出口压力变大时,发 出报警,提醒及时切换.此时,电气程序看成预停,要求完成本次加工循环后必须处理,否则机床不能进行 下一个加工循环.

选用双联筒式过滤装置时,应根据枪钻加工有关 参数合理选择压力,流量和滤芯材质.滤芯有纸质,玻 璃纤维和金属等,建议选用可反复清洗的金属滤芯,降低使用成本.

(3)合理选用高压泵和控制元件,保证压力系统 恒定 由于使用水基切削液,齿轮泵和换向阀因内泄, 发涩,使用效果差,不能保证冷却系统压力稳定.曾经 采用油用换向阀当卸荷阀,但经常出现关闭不严密,冷 却系统的压力建立不起来,枪钻无法加工.本系统高 压泵采用多级离心泵两个串联在一起使用;换向阀和 卸荷阀采用气动先导换向阀,确保换向和卸荷动作灵 活.保证了压力系统的稳定,满足了枪钻加工的要求.

经过上述改进的机床冷却系统,在调试时用国产 枪钻刃磨一次可加工连杆100件以上,进口涂层刀具 可达200件,效果十分明显.该机床现已在用户厂完 成安装调试,投入正常生产.