動(dòng)力總成加工中心切削液處理方式研究

動(dòng)力總成加工中心切削液處理方式研究

發(fā)動(dòng)機(jī)的整體生產(chǎn)通常由大量由金屬切割床組成的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、殼體、換能器等。許多這些零件的加工喜歡濕加工，在加工過(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。液體切割和處理方法1.金屬加工切削液和金屬切削時(shí)注意事項(xiàng)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。2.進(jìn)行切削液實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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。3.濾紙質(zhì)的選擇切削液過(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。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,可采用重力過(guò)濾進(jìn)行初級(jí)過(guò)濾;磨床類產(chǎn)生的粉末較細(xì),小顆粒通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)時(shí),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)濾筒增加反沖功能。缸體、缸蓋一般為鑄鋁或鑄鐵材料,一般采用沉淀的方法將大顆粒切屑沉降到液箱底部,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)。過(guò)濾方案的選取如上所述,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.有更好的出車管理性能和控制板的差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。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。如果每臺(tái)加工中心都配備過(guò)濾冷卻裝置,將過(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。2.切削液過(guò)濾單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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。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)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),而雜質(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。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(由纖維粉加液攪拌而成),由專門的裝置注入過(guò)濾單元(見(jiàn)圖4),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)30μm,同時(shí)消除高污染性的廢棄濾紙,可降低成本。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,而地下水池式將回液溝槽與液箱置于地面之下,該方案可很好地利用廠房地下空間。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、噪聲低等優(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,為了保證切削液應(yīng)有的性能和加工精度,需要使切削液溫度恒定在22℃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,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(潤(rùn)滑油、液壓油和工件防銹油)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,一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)于鑄鐵件加工線,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液泵回液箱,泵的葉輪需要考慮斷屑與抽屑功能。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。集中冷卻過(guò)濾具有許多特點(diǎn),如大循環(huán)、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,降低了夏天廠房?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。3.主要特點(diǎn)為切削液配置設(shè)計(jì)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、框架和變速器殼體等,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100μm/內(nèi)冷30μm),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倍左右,液箱的容積最終確定為120m3。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近一年的使用,充分發(fā)揮了集中處理高效節(jié)能、保護(hù)環(huán)境、運(yùn)營(yíng)成本低的優(yōu)點(diǎn)?；匾禾幚淼谋匾郧邢饕鹤鳛閯?dòng)力總成工廠一種非常重要的消耗品,不僅用量大,而且容易污染環(huán)境,因此有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。本文圍繞切削液的凈化過(guò)濾處理,對(duì)過(guò)濾方式、過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾系統(tǒng)尺寸選取進(jìn)行了研究,得出大型加工車間適宜采用集中冷卻系統(tǒng)的結(jié)論。同時(shí)結(jié)合我公司長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn),將先進(jìn)的切削液處理理念進(jìn)