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冷却法的环保效果实验
发布时间:2011-10-18        浏览次数:920        返回列表
 [br]  切削过程的研究表明,切削液传统的冷却、润滑和排屑等作用在加工过程中并未得到充分有效地发挥,因此人们开始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,发展出了多种优质、高效、经济以及环保的具有代表性的切削润滑冷却技术。[br]  1几种新的冷却方法1.1喷雾冷却喷雾冷却是利用气液两相流体的混合体以高压(36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。[br]  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。[br]  1.2液氮冷却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。由于其液氮介质温度很低,又称之低温加工或超低温加工。[br]  1.3干切削干切削是在切削加工中不使用切削液的工艺方法,从源头上消除了切削液带来的一系列环境负面效应。其技术起源于欧洲,目前在西欧各国也最盛行。[br]  1.4低温风冷切削低温风冷切削是采用-10100的冷风强烈冲刷加工区的一种方法。可以均匀地降低加工区、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,提高零件加工精度,无须做加工尺寸补偿,且节约切削液费用及相关的设备费用和维护费用,对环境无污染。如果在冷风中供给微量润滑油,则改善效果更加明显。目前低温冷风发生系统常用的介质有空气、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。[br]  1.5MQLMQL技术是将压缩气体与极微量润滑液混合气化后,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。MQL可以起到抑制温升、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。MQL法所使用的润滑液一般为0.030.2L/h,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。[br]  MQL技术主要有气雾外部润滑和内部冷却两种方式。根据加工需要,可将内、外气雾两种冷却润滑方式配合使用,效果会更佳。目前,MQL技术的加工对象主要是铸铁、钢和铝合金上进行钻孔、铰孔和攻丝加工,以及深孔钻削和铝合金的端面铣削等。[br]  1.6高压喷射冷却高压水射流冲击高温壁面是一种很有效的强化换热方法,作为一项在有沸腾发生情况下的最强有力的强化换热手段,可以大大提高临界热流密度和换热系数。课题组曾经做过这方面的研究,结果证明高压水射流冲击的临界热流密度和换热系数相对于池内沸腾可分别提高70和30倍以上,其中临界热流密度的绝对数值更是高达80W/mm2以上。[br]  在缓进给深切磨削加工中,高压水射流的冷却效果也是很明显的,因为其可以轻易冲破已形成汽膜的阻挡,确保磨削液与工件表面的持续接触,因而就有条件突破成膜沸腾的障碍,在即使是远高于临界值的热流密度下,仍能最大限度地稳定发挥该沸腾汽化换热的优势,将弧区的换热效率提高到一个全新的水平上。在研究中也发现高压水射流的水流量过大,不能同时满足高效、低能耗的要求,这也促使了我们要进一步探索新的绿色冷却方式。[br]  2国外新的冷却方法发展现况国外对切削加工的研究亦有新的进展。美国怀特州立大学的S.Y.Hong和印度工学院的S.Paul分别在车削和磨削加工中对液氮冷却进行了理论和试验研究。林肯大学的Z.Y.Wang在聚晶立方氮化硼刀具上部的方盒内储存液氮,由进口输入,从出口流出,用这种方式进行陶瓷氮化硅车削实验。结果均表明,在超低温加工状态下,刀具材料能够保持良好的切削性能,提高了刀具寿命,保证了切削效率和加工质量。[br]  据统计,目前在德国制造业中已有大约80的企业采用了干切削,预计今后几年中至少有20的德国企业运用干切削技术。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。同时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。[br]  日本明治大学的横川和彦教授从1996年起对此做了较全面和深入的实验研究。在其实验中采用-10100!的低温冷风和非常微量的植物油代替切削润滑剂实施切削。研究表明:在金属切削过程中,如果只给加工点提供非常微量、润滑效果良好且未被氧化的植物油,加工点会因高温而丧失润滑性,使刀具很快磨损。如果加工时提供低温冷风,加工点的高温化就可得到缓解,达到延缓刀具磨损的目的,如果在加工点提供低温冷风的同时,再加上润滑效果良好且未被氧化的微量植物油,不仅加工点的高温化可得到缓解,而且刀具的润滑性也得到了保证。试验证明,采用低温风冷切削时,车刀的寿命可以延长两倍上。[br]  3结语综上所述,在世界环境保护意识逐步提高的今天,发展切削液技术将是制造业的趋势。[br] [br]