用于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的切削液冷卻過(guò)濾研究

1、用于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的切削液冷卻過(guò)濾研究動(dòng)力總成的生產(chǎn)往往由大量金屬切削機(jī)床組成， 如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼 體等，此類零件的加工大多選用濕式加工， 即加工過(guò)程中需要使用切削液進(jìn)行冷 卻。切削液和切屑是機(jī)加工車間的主要污染源之一，減少切削液用量并妥善處理， 不僅是目前流行的清潔生產(chǎn)的需要，同時(shí)也是節(jié)能減排、降本增效的必然選擇。汽車生產(chǎn)是大批量生產(chǎn)模式的典型代表，動(dòng)力總成車間加工中心密集、節(jié)拍 快，要求使用高效的冷卻過(guò)濾處理系統(tǒng)，同時(shí)毛坯材料較單一（多為鑄鋁、鑄鐵 材質(zhì)），為切削液統(tǒng)一集中處理提供了可能性。集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)高效節(jié)能環(huán)保， 正在被國(guó)內(nèi)外車企越來(lái)越廣泛地采用，如何正確使用以發(fā)揮其最大效

2、能就顯得迫 在眉睫。本文以加工中心中使用的切削液為例，重點(diǎn)研究切削液的處理方式。切削液與處理方式.切削液的作用切削液分為切削油和水溶性切削液兩大類，水溶性切削液又分為全合成、半 合成和乳化型三小類，加工中心一般使用乳化型的水溶性切削液。金屬加工中切 削液主要起冷卻、潤(rùn)滑排屑、防銹和清洗的作用，金屬切削時(shí)由于金屬變形和摩 擦，產(chǎn)生大量的熱量，如不及時(shí)將熱量帶走將導(dǎo)致熱量積聚在刀具上， 影響刀具 切削性能。切削時(shí)同時(shí)產(chǎn)生大量切屑，如不及時(shí)將切屑從切削區(qū)移開(kāi)，將劃傷加 工表面，甚至導(dǎo)致刀具粘結(jié)，因此需要帶屑清洗。鐵件周圍存在大量水汽，在局 部高溫的作用下，工件極易生銹，此時(shí)切削液還起到防銹的作用。.

3、切削液過(guò)濾物化指標(biāo)由于切削液關(guān)乎加工質(zhì)量和穩(wěn)定性、刀具壽命，因此經(jīng)凈化后的切削液需要 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，滿足要求后才能繼續(xù)使用。對(duì)過(guò)濾后的凈液監(jiān)測(cè)項(xiàng)很多，主要有濃度、 pH值、過(guò)濾精度等，具體參數(shù)見(jiàn)表1。表1切削液常見(jiàn)物化指標(biāo)指標(biāo)名株iSSSS/H.切身去除至 喇豁里，先）壽命/年 濃度（為）（粕）標(biāo)準(zhǔn) 30-100兜R iCg h3 如左右指標(biāo)名稀州值港度psaa/t * mL-i 氣味標(biāo)唯 S3-S,5 劉左右10 71 元異誄.處理方式切削液過(guò)濾形式分為四大類：沉淀過(guò)濾、縫隙過(guò)濾、離心過(guò)濾和磁性過(guò)濾，加工中心一般使用縫隙過(guò)濾和離心過(guò)濾兩種方式，其原理如圖1所示。其中縫隙 過(guò)濾的使用介質(zhì)種類有許多

4、種，常見(jiàn)過(guò)濾介質(zhì)有濾網(wǎng)、濾紙、過(guò)濾芯、過(guò)濾筒、 過(guò)濾袋和纖維粉等。而眩8林圖2金屬污泥冷卻過(guò)濾系統(tǒng)如上所述，臟液中含有大量雜質(zhì)，需要通過(guò)選用合理的、性價(jià)比高的過(guò)濾方 案。根據(jù)冷卻過(guò)濾系統(tǒng)規(guī)模大小及供應(yīng)機(jī)床臺(tái)數(shù)，可分為單機(jī)型和集中型兩種。1.單機(jī)冷卻過(guò)濾系統(tǒng)圖1過(guò)濾原理過(guò)濾介質(zhì)的選擇非常重要，過(guò)濾介質(zhì)的選取需要根據(jù)過(guò)濾精度和流量來(lái)確定， 由于直接關(guān)乎后期使用效果，所以選擇時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況合理選用。 不同類型 的機(jī)床產(chǎn)生的切屑形狀不同，如加工中心一般產(chǎn)生較大顆粒切屑， 可采重力過(guò)濾 進(jìn)行初級(jí)過(guò)濾；而磨床類產(chǎn)生的粉末較細(xì)，小顆?？赏ㄟ^(guò)過(guò)濾介質(zhì)，容易產(chǎn)生淤 泥，如圖2所示，考慮采用磁性過(guò)濾裝置或過(guò)濾

5、筒增加反沖功能。缸體、缸蓋一 股為鑄鋁或鑄鐵材料，一般采用沉淀的方法將大顆粒切屑沉降到液箱底部， 再用 刮屑板將其提升出液面，再采用濾紙過(guò)濾小顆粒雜質(zhì)。縫隙過(guò)隴D工在加工中心一般配有單機(jī)刮屑鏈和冷卻過(guò)濾單元， 如圖3所示，對(duì)臟液進(jìn)行過(guò) 濾冷卻，循環(huán)使用。大顆粒切屑通過(guò)刮屑鏈送往積屑小車， 臟液收集后利用液體 的重力通過(guò)濾紙進(jìn)行過(guò)濾，該系統(tǒng)具有成本低，布局靈活，獨(dú)立性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但 缺點(diǎn)同樣明顯，如切削液壽命短、污染環(huán)境、維護(hù)工作量大等。a）刮屑鏈單元過(guò)濾冷卻單元圖3單機(jī)冷卻過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)于大型封閉式恒溫工廠，清潔度和溫控要求高，而單機(jī)冷卻液箱是敞開(kāi)式 結(jié)構(gòu)，熱量直接散發(fā)在車間，使車間悶熱，對(duì)工作環(huán)境

6、影響比較大。同時(shí)受限于 布局，液箱容積往往僅數(shù)立方米，消泡性和散熱性差，切削液容易發(fā)生泡沫溢出 和滲漏。實(shí)際使用中，由于需要逐臺(tái)控制檢測(cè)，帶來(lái)很多負(fù)面效應(yīng)，如頻繁地加 液、換液導(dǎo)致冷卻箱周圍濕滑，存在安全隱患。每臺(tái)加工中心都配備過(guò)濾冷卻裝 置，過(guò)于分散，無(wú)法對(duì)切屑進(jìn)行深入處理，特別對(duì)于大型工廠，切削液維護(hù)和廢 物處理工作量巨大。正是以上缺點(diǎn)，限制了單機(jī)冷卻過(guò)濾的使用范圍。.集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)單機(jī)冷卻過(guò)濾系統(tǒng)無(wú)法滿足大型工廠的使用要求，自動(dòng)化程度高、節(jié)能環(huán)保 的集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)越來(lái)越廣泛地被采用，特別適用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器工廠。（1）系統(tǒng)組成集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)由過(guò)濾系統(tǒng)、供回液系統(tǒng)、增氧系統(tǒng)、除油系統(tǒng)

7、以及管路沖刷系統(tǒng)等部分組成。過(guò)濾系統(tǒng)解決方案有很多種，各有千秋，但基本思路一致。大體思路為大顆 粒切屑依靠重力沉淀分離，由泵組或重力在過(guò)濾單元兩側(cè)產(chǎn)生壓力差， 切削液通 過(guò)，雜質(zhì)無(wú)法通過(guò)，從而獲得凈液。不同的過(guò)濾單元，使用場(chǎng)合、效果不盡相同， 具體組合方案有多種，如表2所示。特點(diǎn)意用場(chǎng)合刮瓶排屬機(jī),重力紙帶過(guò)茂機(jī)港耗濾抵震度慢短推精度低之流量需求.時(shí)適用刮板排屆機(jī)斗正壓或功壓縫源過(guò)謔描度居中,可滿足大流量式過(guò)整機(jī)露家刮板排局機(jī)，靖庭式過(guò)道機(jī)fl渡精度高、過(guò)感速度慢過(guò)渡精度矍求高時(shí)采用目前我公司新工廠缸體、缸蓋線采用了一種星形過(guò)濾單元：金屬濾網(wǎng)內(nèi)注入 乳狀纖維，俗稱預(yù)涂粉（預(yù)涂粉由纖維粉加液攪拌

8、而成），由專門的裝置注入過(guò)濾單元，如圖4所示，液體通過(guò)預(yù)涂粉之間的縫隙過(guò)濾，它是縫隙式過(guò)濾的一種。預(yù)涂粉使用壽命結(jié)束后，過(guò)濾壓力增大，控制系統(tǒng)偵測(cè)到出液管負(fù)壓增大后， 可 由機(jī)械裝置將過(guò)濾單元提起，由振動(dòng)的方法將失效的塊狀預(yù)涂粉從濾網(wǎng)上剝離， 通過(guò)刮屑鏈排出系統(tǒng)，當(dāng)重新注入預(yù)涂粉后，過(guò)濾單元恢復(fù)工作。該結(jié)構(gòu)消除了 濾紙結(jié)構(gòu)破損后導(dǎo)致過(guò)濾失效的隱患，且過(guò)濾精度高，可達(dá) 30小磯同時(shí)消除高 污染性的廢棄濾紙，可減小成本壓力。圖4星形過(guò)濾單元結(jié)構(gòu)供回液系統(tǒng)由液箱（沉淀液箱、臟液箱、凈液箱）、供回液泵、熱量交換器 等組成。液箱布置形式有地上和地下兩種， 地上式的采用液箱與管路全部位于地 面之上，而地下

9、水池式將回液溝槽與液箱置于地面之下，該方案可很好的利用廠房地下空間。供液泵可選用變頻泵或者恒頻泵，由于機(jī)床用液量不是固定的，存在波動(dòng)， 而機(jī)床對(duì)供液壓力要求恒定，故優(yōu)先采用變頻泵，其具有節(jié)能環(huán)保、噪音低等優(yōu) 點(diǎn)。根據(jù)泵的安裝位置不同，分為正壓過(guò)濾與負(fù)壓過(guò)濾兩種，負(fù)壓過(guò)濾將過(guò)濾泵 與供液泵合二為一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且節(jié)能。熱量交換器是保證切削液溫度的第一層保障， 為了保證切削液的應(yīng)有性能和 加工精度，需要使切削液的溫度恒定在 22c左右。夏天可以用廠房外的冷卻水 對(duì)切削液進(jìn)行降溫；冬天切削液溫度較低，又需要對(duì)切削液進(jìn)行加熱處理，因此 熱交換器非常重要。增氧系統(tǒng)是為了增加切削液中的氧氣含量， 抑制切削液中

10、的厭氧菌生長(zhǎng)，防 止細(xì)菌分解切削液成分；同時(shí)細(xì)菌生長(zhǎng)易造成切削液霉變，產(chǎn)生異味，污染環(huán)境， 該系統(tǒng)可延長(zhǎng)切削液壽命，降低成本，地下式液箱尤其需要注意增氧。除油系統(tǒng)的作用是將混入切削液中的雜質(zhì)油（機(jī)床導(dǎo)軌、絲杠潤(rùn)滑油，液壓 油，工件防銹油）分離開(kāi)來(lái)，防止污油影響切削液品質(zhì)。集中冷卻系統(tǒng)一般采用 多級(jí)過(guò)濾，沉淀液箱根據(jù)兩者不同比重進(jìn)行油水分離， 再利用撇油器對(duì)浮油進(jìn)行 捕獲。管路沖刷系統(tǒng)是為消除切屑在管路拐彎處或流速緩慢處的堆積而設(shè)計(jì)的， 般采用從凈液管路中取切削液進(jìn)行沖刷的方法，從而保證切屑可全部流回液箱, 防止堆積堵塞。另外對(duì)于鑄鐵件機(jī)加線，當(dāng)液箱采用地上式時(shí)，臟液提升泵需要 將混有鐵屑的切削

11、液泵回液箱，泵的葉輪需要考慮斷屑與抽屑功能。(2)工作原理集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)示意圖如圖 5所示，其工作原理為機(jī)床使用過(guò)的切削液經(jīng)回液泵回沉淀箱， 大顆粒的切屑在此沉淀，經(jīng)刮屑鏈排到系 統(tǒng)外部，浮油漂浮在液面上，可通過(guò)撇油器進(jìn)行捕獲、清理，切削液經(jīng)沉淀箱下 方連通器孔進(jìn)入臟液箱，在供液泵產(chǎn)生的負(fù)壓下經(jīng)過(guò)星形過(guò)濾單元，得到凈液。 其中一部分凈液泵入凈液箱備用，其余凈液經(jīng)熱交換系統(tǒng)向機(jī)床供液。當(dāng)其中某 一過(guò)濾單元發(fā)生堵塞或者預(yù)涂粉失效時(shí)， 將從凈液箱中抽取液體來(lái)補(bǔ)充，同時(shí)過(guò) 濾單元自動(dòng)進(jìn)行清潔，清潔完畢后重新供液。圖5集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)示意圖(3)集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)集中冷卻過(guò)濾具有許多特點(diǎn)，如大循環(huán)

12、、大流量、大行程，散熱快；與單機(jī)過(guò)濾冷卻系統(tǒng)相比，切削液壽命提高了三倍左 右；可采用PLC控制，自動(dòng)化程度高，使用周期長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單，切屑便于集中處 理(壓塊、甩干等)，密封性好，夏天空氣中不會(huì)有異味，有利于環(huán)境清潔；切 削液易于控制維護(hù)，只需要在凈液出口處進(jìn)行抽檢控制； 通過(guò)熱交換系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 恒溫控制，同時(shí)如廠房?jī)?nèi)外冷卻水進(jìn)行冷卻， 可將熱量帶到廠房外部，降低了夏 大廠房?jī)?nèi)的溫度，增加舒適度；過(guò)濾精度高，過(guò)濾精度高可延長(zhǎng)刀具使用壽命， 降低工件表面粗糙度數(shù)值。可加裝撇油器，消除切削液中的污油，提高切削液使 用壽命；便于廢水集中處理，通過(guò)管道可將廢水直接排到污水處理站進(jìn)行清理。但同時(shí)也存在諸多缺

13、點(diǎn)，如布線復(fù)雜，建設(shè)周期長(zhǎng)，施工難度大，一次性投 資大，一旦發(fā)生故障可能造成整線停機(jī)，風(fēng)險(xiǎn)大；如果采用空中回液，需要采用 回液泵進(jìn)行提升，由于泵的攪動(dòng)易造成切削液起泡，對(duì)切削液的消泡性提出了更 高的要求。集中冷卻過(guò)濾與單機(jī)冷卻過(guò)濾的優(yōu)缺點(diǎn)具體可見(jiàn)表 3所示。表3銖中掙擔(dān)與單機(jī)冷卻對(duì)比篥中價(jià)卻過(guò)謔單機(jī)件卻過(guò)裁; 冷卻漉為同二耳牌;能度.iii斛it度等八 可選期1云品牌的冷細(xì)電2,改善工作弁場(chǎng)2.根據(jù)加工工藝不同.每序可以酣不蹄度的優(yōu)點(diǎn) 3、能夠果中處理切居和固體雜痍冷卻穎4,統(tǒng)一詈建，有利于誕長(zhǎng)冷卻治的所俗,減少度*排 九 生產(chǎn)域工藝布置靈活.辱蛹茂造放4、獨(dú)立性好.避免互相千擾1、消泡性及散

14、焦性差工一切屑處是系統(tǒng)第多.屆切居處理復(fù)雜3,電檢、域護(hù)復(fù)雜，環(huán)境污染產(chǎn)重1、機(jī)床位置固定，且地加了初司崎葺虧染的可能性2、獨(dú)立性差.易造成過(guò)蠢系統(tǒng)及生產(chǎn)撼機(jī)底的案像停 儂機(jī)3星引起翅抹間塞.科切削液的品質(zhì)要求高集中冷卻過(guò)濾單機(jī)冷卻過(guò)濾優(yōu)點(diǎn)1、冷卻液為同一品牌、濃度、過(guò)濾精度等2、改善工作環(huán)境3、能 夠集中處理切屑和固體雜質(zhì)4、統(tǒng)一管理，有利于延長(zhǎng)冷卻液的壽命，減少?gòu)U 液排放1、可選用多個(gè)品牌的冷卻液2、根據(jù)加工工藝不同，每序可以配不同 濃度的冷卻液3、生產(chǎn)線工藝布置靈活，后期易改造 4、獨(dú)立性好，避免互相 干擾缺點(diǎn)1、機(jī)床位置固定，且增加了切削液受污染的可能性2、獨(dú)立性差，易造成過(guò)濾系統(tǒng)及生

15、產(chǎn)線機(jī)床的集體停機(jī) 3、易引起泡沫問(wèn)題，對(duì)切削液的品 質(zhì)要求高1、消泡性及散熱性差2、切屑處理系統(tǒng)繁多，且切屑處理復(fù)雜 3、 點(diǎn)檢、維護(hù)復(fù)雜4、環(huán)境污染嚴(yán)重.冷卻過(guò)濾選用原則及成功案例對(duì)于小型工廠內(nèi)分散布置的加工中心，適宜采用單機(jī)冷卻過(guò)濾系統(tǒng)。對(duì)于大 型動(dòng)力總成零件工廠，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、框架和變速箱殼體等，由于產(chǎn)量大， 機(jī)床數(shù)量多，且切削液型號(hào)相同，故可采用大型的集中冷卻過(guò)濾系統(tǒng)。 集中冷卻 過(guò)濾系統(tǒng)可以大幅提高切削液壽命， 降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，改善員工工 作環(huán)境，因此該系統(tǒng)具有先進(jìn)性與環(huán)保性的特點(diǎn)。過(guò)濾機(jī)的基本參數(shù)主要有過(guò)濾精度、 過(guò)濾介質(zhì)的尺寸、流量、箱體尺寸和出 屑量。如我公司某缸體生產(chǎn)線，年產(chǎn)能 30萬(wàn)臺(tái)，機(jī)床切削液的過(guò)濾精度要求高 (外冷100仙m/內(nèi)冷30仙m ,流量需求較大(8000L/min),故采用了集中冷卻 過(guò)濾系統(tǒng)。具體方案為地上式液箱，空中回液，外冷過(guò)濾單元采用星形過(guò)濾單元， 機(jī)床主軸內(nèi)冷采用單獨(dú)的離心式過(guò)濾， 以保證內(nèi)冷過(guò)濾要求；液箱容積一般為每 分鐘需求流量的10倍左