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半干式切削加工方法与切削油的选用
2005年7月21日 9:5  来源:切削技术—基础知识

  干式切削加工的必要性

在德国、北欧,不使用切削油的切削加工方法作为当前主要课题进行研究。对于切削油产生的污染逐年收紧,所有与切削油废液处理有关的成本费用都在上升。
 
在切削油中,为了提高切削性而加入各种高压添加剂,其中也有氯系高压添加剂。在焚烧切削油的废液时,会产生剧毒性、致癌性、畸形性的二氧环己烷。因此,迫切要求切削油的非氯化。在德国和北欧、较早以前就已禁止使用氯系高压添加剂。
 
其次,必须加强切削油的管理。对于饮用水大多取自地下水的欧洲来说,切削油废液的排放,就直接影响饮用水的污染。因此,不仅禁止切削油废液的随意排放,就连切削油洒落在机床外部也是不许可的。使用后的切削油废液的管理及其限制也必须严格执行。减少切削油废液的方式就显得很有必要。在德国,要从切削油废液中除去油渣(污泥),进行切削油的回收再循环使用相当普遍。
 
这些为保护环境而加强的规定,使得切削油的设备、管理、废液处理等的总成本费用上升,因而直接促使生产加工费用的上升。据说在德国与切削油有关连的费用已上升至生产加工费用的15~30%(图1)。
因此,在欧洲,干式加工用的刀具和刀具涂料的开发、新的切削油的开发等在加紧进行之中。在日本,明治大学横川教授研究的把零下30℃的冷风吹到加工点上进行干式切削加工的方法已取得了成果。
 
虽然可以期望在将来使用完全干式切削加工,但是要完全干式切削,则在刀具寿命、加工精度、表面光洁度等方面,还有许多必须克服的问题,所以可以预料,根据当前的现狀而转换使用不影响环境的切削油。特别是,重新评价在过去使用大量切削油的方法,研究切削油的适量化、微量化以及给油定点化等。

  半干式切削加工“Bluebe”方法

最适合半干式切削加工系统是Bluebe微滴油方法。Bluebe微滴油方法,是通过切削油的微量化和供给油的定点化来进行半干式切削加工。是把最少量的高润滑切削油喷涂到刀刃上进行切削加工的系统。通过具有高润滑性的切削油和正确供给最少量切削油的给油装置的组合,就构成半干式切削加工。本来,这种加工方法是美国的宇航工业为难切削材料的加工而开发出来的方法。
Bluebe微滴切削油方法的特征有以下几点:
  1. 利用专用的给油装置,把微量的Bluebe切削油喷成油雾而涂布到刀刃上。切削油消耗量为2~10ml/小时,近似于干切削加工就变成为可能。另外,因为没有大量的切削油,使工作环境得到改善。由于切屑是干燥的,质量轻的切屑很容易收集。
  2. 由于切削油的使用量非常少,所以无火灾之虞。
  3. 切削油的消耗量极少,而且完全消耗掉,所以与切削油的浓度管理、防止腐败管理、废液处理等有关的费用可降至很低。
  4. 因为使用切削油很少,粘附到工件上的切削油也相应减少,使工件的清洗和抽样也可以简易化。
  5. Bluebe方法切削油的成份是以植物油为基料,无公害、无毒性、没有变态反应性,是对人体安全的切削油。

    表1 内部给油和外部给油的机器设备
    内部给油 外部给油
    主轴单元加工中心
    心轴单元加工中心
    数控车床
    带中央给油功能的专用机床
    专用机床
    圆锯切断机
    带锯
    冲床
    通用铣床
    通用车床
    镗床

  6. 由于是植物性油,有生物分解性,即使排放到周围环境中也会分解。
  7. 由于高润滑性,控制刀刃产生的热量、可以延长刀具寿命。

利用油雾增压器供应微量切削油方式


为使Bluebe半干式切削方法发挥更大效果,另外,还配有专用的给油装置。此给油装置有内部给油和外部给油的两种类型(见表1)。采用内部给油或者外部给油,要根据机床来选择。例如,在加工中心,是采用内部给油,而功能不具备的场合则采用外部给油。

 
为了最佳的效果,要把Bluebe切削油供给到刀刃处,而内部给油是最好的方法。油雾增压器(照片1)是专门为Bluebe切削油而开发的内部给油装置。

照片1:油雾增压器
切削油消耗量:2~10ml/h;
工作气压:4~10kg·f/cm²;
油罐容量:1,200ml

照片2:FK型给油机。
切削油消耗量:4~8ml/h;
工作气压:4~10kg·f/cm²;
用气量:60l/min;
油罐容量:300ml/950ml/4l;
由油机至喷嘴的软管长度:3m
(可加长至10m)

Bluebe油雾增压器产生出微粒子的油雾,不但几乎不会粘附到配管内,而且对高速主軸(转速可达20,000r/min)进行油雾给油是可能的,另外,响应时间完全与空气的到达相同,对于大部份的配管,油雾在1秒以内就到达刀刃处。油雾是由泵产生,所以油雾浓度和油雾量都可以控制。另外,在深孔加工方面,为了排出切屑而需要高气压空气时,由于使用增压器增压的空气,所以可加工比以前更深的孔。

外部给油装置


在外部给油的场合,使用Bluebe FK型给油机(照片2)。FK型给油机也是专门为Bluebe切削油而设计的(见图2),它内有高精度泵,用来把空气和切削油送入到喷嘴内。与油杯型油雾给油机不同,其空气量和切削油量可以分别调整。每个喷嘴切削油的消耗量为4~8ml/h,这是非常微量的,是从喷嘴的前端看不见切削油喷出那种程度的微量。FK型给油机与油雾增压器相反,它使油雾的粒子增大了。在外部给油时,由于从刀具的外部给油,在回转的刀具周围会产生气流。大的油雾粒子要突破气流才能到达刀刃处。另外,由于油雾粒子大了,所以油烟减少了,不必担心会损害工作环境。

 
对外部给油方式有一些限制,加工中心的自动换刀或许会对喷咀有干扰,对于数控车床也是不能适用的。另外,在用钻头和铰刀的孔加工方面,要从外部向加工点送入油雾很困难。但是,利用内部给油方式的油雾增压器大体上可以解决这些问题。



图2 Bluebe FK型给油机的喷嘴。通过二重管而接近到喷嘴前端

时,空气和切削油合流喷出。由于油粒子比油雾大,要突破刀

具周围的气流才能达到刀具上。另外,由于粒子大而油烟减少。


照片3 Bluebe 切削油LB-1和LB-10

  切削油的选用


Bluebe切削油主要有钢用和有色金属用两种。LB-1用于不锈钢。合金钢、钢等;LB-10用于、铝等有色金属。无论是哪一种,都是植物性切削油,对人体是安全的,由于具有生物分解性,所以是有助于保持良好环境的切削油。因为具有非常高的润滑性,微量使用切削油就能发挥效果(照片3)。作为手喷使用的品种,也备有糊剂和固体润滑剂(见照片4)。


照片4 手喷使用的Bluebe 切削油

图3 带油孔的刀具

专用刀具


可使用Bluebe油雾增压器和FK型给油机的刀具,是市场上出售的带油孔的刀具和夹套(见图3)。

降低切削油的费用


使用Bluebe切削油,可大幅度地降低费用。
通常,在比较切削油成本时往往只是比较切削油的价格。但是,必需是进一步考虑与整个切削油有关的总费用。费用应包括:

  • 机床的切削油罐、循环设备或者高压冷却器等的设备费用;
  • 切削油的费用;
  • 防腐败管理、浓度管理、过滤器的费用;
  • 切削油废油处理费用或回收再循环的费用等。

在使用Bluebe切削油的场合,可削减成本的是以下项目:

  • Bluebe切削油价格,另外,由于是高润滑油,虽然价格高于石油系切削油,但是使用量只是微量。
  • 与切削油回收循环式设备比较,给油装置的初置成本是很小的;
  • 不需要切削油的防腐败、浓度管理;
  • 由于切削油的消耗量很少,洗净和抽样都可以简易化。
  • 由于切屑的干燥,使收集、处理或再熔炼都变得容易。

Bluebe过去主要用于难以洗净的大型加工物(建筑材料)。一直以来由于只能用于外部给油式的给油机,所以能够使用的机床很有限。然而,今后利用内部给油式的油雾增压器,可适用的机床的范围就会大幅度地增加,对上述的加工点就可以采取定给油了。
 
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