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切削液供給、凈化與回收處理新進展
閱讀：1819 發布時間：2022-6-13切削液的正確供給、凈化與回收處理,既可提高切削液的使用效果，保證工件加工質量，又可延長刀具的使用壽命，降低加工成本。文中介紹了它們的新進展。
前言
金屬切削加工過程中，必須合理使用切削液。切削液的使用效果除與正確地選用切削液的品種和牌號有關外，還與它的供給與凈化處理方法有關。正確的供給和凈化處理不但可提高切削液的使用效果，而且可降低工件加工表面的粗糙度和提高工件的加工精度，延長刀具使用壽命。而使用過的廢切削液中含有大量礦物油料及表面活性劑（乳化劑），過去由于對它的危害性認識不足，所以都采用直接排放。隨著工業的迅速發展，這種含油污水的排放量與日俱增。據不*統計，中國大陸僅機械工業廢切削液的日排放量已達2億多噸。含油污水造成的環境污染日益嚴重，大至江河、小至溪流，幾乎都受到不同程度的污染，嚴重地影響了水生動植物的生長、農業灌溉和人們的生活用水。此外，廢切削液中的表面活性劑由于其作用是使礦物油料高度分散在水中，所以更難清除，而且不少乳化劑有增加致癌物的副作用，其危害性比分散的油污更為嚴重。因此，未經處理的廢切削液不得任意排放。廢切削液的回收處理，既符合環保要求，又可節約能源，降低生產成本。
切削液供給方法及其改進
一、常用供給方法及其改進
目前生產中常用的切削液供給方法有澆注法和內冷卻法兩種。前者是利用齒輪泵或低壓泵（0.1～0.2MPa）通過管道和噴嘴將切削液直接澆注到刀具前刀面與切屑和刀具后刀面與工件接觸區的界面上。此法簡單，但供液效果差，且切削液消耗大。內冷卻法多用于油孔鉆、深孔鉆、噴吸鉆、套料刀和單刃鏜鉸刀等孔加工刀具上，需在刀體內作出供液孔，然后將高壓（1～10MPa）、高速的切削液流引入刀體內部，射向切削表面，此法的供液效果好，但需有一套專門的切削液供給系統，使用受到局限。
現在的研究表明，切削液采用近乎干式切削的“汽束”噴霧冷卻法有效，而且切削液消耗少，加工成本低。，采用濕式切削時切削液的使用與回收費用在機械加工中占有相當大的比重。據德國一項統計資料表明，在高生產率的工業部門，切削液及其管理費用加在一起，要占加工費用的16%，而刀具費用僅占4%，在與切削液有關的總費用中，有22%是切削液的處理費用，而采用干式切削就節省了這部分的開支。
“汽束”噴霧冷卻是以一定壓力（0.3～1.0MPa）的空氣使切削液霧化，并以很高的速度噴向切削區域，使在該區域高溫下呈霧化狀的切削液滴很快汽化。由于液體在汽化時會吸收大量熱量，因而可使切削區域內的溫度大幅度下降，同時切削液還能帶走切削區域和空間的熱量和粉末，改善作業環境。實踐證明，在使用等量切削液情況下，“汽束”噴霧冷卻在相同時間內所吸收的熱量是澆注法的1000倍。所以，它不但可提高刀具使用壽命，而且可使切削液的消耗大大減少。據德國格林（Guhring）公司試驗證實，在汽車一些生產線上采用“汽束”噴霧冷卻，每班只需耗用半杯油，并且可用廉價的工廠派生油。“汽束”噴霧冷卻既適用于自動生產線上，也適用于一般的金屬切削加工中。圖1所示為在普通鉆床上利用“汽束”供給切削液的一種裝置。該裝置由貯液箱1（包括工作部Ⅰ和溢流部Ⅱ）、過濾器2和3、集液盤5、噴嘴6、箱蓋8、噴吸器9、氣閥11、節氣閥12、水管13及管道4、7和10等組成。工作時，開動氣閥11，壓縮空氣將以Pc=0.4MPa的壓力從管路中壓出，產生高壓氣流。高壓氣流在水管13的上部通過時會產生負壓，而將切削液從貯液箱中吸出，并擊成霧滴狀。上述高壓氣流帶著微小液滴的切削液滲透到切削區。在高溫下會迅速汽化，吸收大量的熱量，從而能有效地降低切削溫度。而在集液盤中收集的廢液經過濾器過濾后可流回貯液箱繼續使用。節氣閥12是用來改變管路中的壓力，以便調整切削液的流量。而氣閥11則可利用電信號（通過直流電壓U=24V）操縱。使用表明，該裝置結構簡單，使用方便。
圖2所示為美國一家汽車制動器廠在自動生產線上用的一種靠重力排屑的“汽束”冷卻鉆削新方法。它將工件翻過來安裝，采取鉆頭從下往上鉆的方法，使切屑靠重力落下，同時利用“汽束”來噴霧冷卻刀具和工件。據報道，此法比用切削液高壓沖洗法好，可使刀具有較長的使用壽命。
據報道，俄羅斯“羅士技術”科研生產公司已經開發出在30多個國家獲得發明的靜電冷卻干式切削（風冷的一種）生態凈化工藝，并已在美國、德國、日本、和瑞士等工業發達國家中應用。靜電冷卻干切技術的實質在于向切削區域輸送經過放電處理的空氣，它可以在許多情況下取代切削液的使用。在進行切削加工時，產生的熱電流通過切削區域，并導致工件與刀具的硬度降低。在正確選擇裝置工作規范情況下，可減小通過刀具的電流（可減至零），而擴大通過工件的電流（擴大一倍）。這樣，便可減小刀具硬度的降低，加大工件被切削層硬度的下降，從而可提高刀具的壽命（可提高1.5～4倍）和改善工件加工表面的質量。在切削不銹鋼和鈦合金等難加工材料時，這一效果尤為顯著。
二、切削液集中供給方法
目前一些工業發達國家已有將切削液采用集中供給的方式。所謂集中供給就是將多臺濕式加工的、相同的切削方式和材料的，每臺機床上各自獨立的切削液供給裝置，合并為一個供給系統，如圖3所示。
集中供液由于采用了大循環、大流量、大行程液體回流，所以切削液的熱量散發快，供液系統溫度低，并且在周末和節假日等停工期間還設有內循環（見圖3中C回路），使大流量的切削液能不間斷地流動，有效地抑制了細菌的生長，同時也易于對切削液的性能指標（如PH酸堿值、濃度以及泡沫等）實現自動控制，確保切削液的質量。此外，集中供液也便于污液的集中凈化處理，保護生態環境。中國上海大眾汽車有限公司發動機廠對切削液采用集中供液后，使切削液的平均壽命比單機分散供液時提高了2.5倍，取得了顯著的經濟效益。但集中供液一次性投入的成本較高。
切削液凈化處理及其裝置
一、切削液凈化重要性及其處理方法
過去人們認為，只有在精密加工，例如滾壓和研磨時，才須使用經過精細過濾凈化的切削液，但近幾年來研究表明，如將切削液中的雜質（如碎屑、砂輪粉末等）從40μm降低到10μm，刀具耐用度可延長1～3倍。由于人們的肉眼看不見小于40μm的微粒，所以切削液中的雜質，當其尺寸小于20μm，尤其是2～10μm的微粒常被人們所忽視，然而這些不可見的雜質對金屬切削加工有著不可低估的影響，因為在切削加工時，它們將進入到刀具前刀面與切屑以及刀具后刀面與工件接觸區的界面上，由此而產生強烈摩擦，使切削溫度增加，并使刀具耐用度大大降低，同時使加工表面質量變差。因此，目前的研究認為，無論是精密加工，還是在鉆削、擴孔、鉸孔和鏜孔等普通加工中，為了提高刀具耐用度和可靠性，改善零件加工質量，均應使用凈化的切削液。此外，清潔的切削液還可防止微生物的生長。
切削液的凈化處理就是將它在工作中帶入的碎屑、砂輪粉末等雜質及時去除。常用的凈化方法有﹕過濾法和分離法。過濾法是使用多孔材料，如銅絲網、布質網、泡沫塑料等制成過濾器，以除去在工作時切削液產生的雜質；分離法是應用重力沉淀、慣性分離、磁性分離等裝置，除去在工作時切削液產生的雜質。實際生產中常將幾種方法綜合使用。
二、切削液凈化處理裝置
圖4所示是切削液的一種多級過濾凈化裝置，它不僅制造簡單，結構緊湊，并且過濾效果好，能保證切削液有較高的清潔度。
該裝置由液壓泵6、旋渦分離器2和5（粗濾5，精濾2）、磁性分離器10、高壓密封箱4、過濾箱11、貯液箱7、溢流閥3、以及控制閥1和8等組成。工作時，液壓泵6將切削液從貯液箱7內抽出并壓入到級旋渦分離器5內，使切削液中10～25μm的雜質被分離出來，然后充滿整個密封箱4并使箱內產生高壓。當壓力達到一定值后，切削液被壓入到第二級旋渦分離器2內，進行精濾凈化處理，并將5～10μm的細小微粒分離出來。經過上述凈化處理后的切削液便可引向機床工作區使用。而使用過的含雜質較多的切削液，以及從旋渦分離器2和5中產生的沉淀物則通過回收器12的錐體流入到過濾箱11內。經過磁性分離處理，將其中含有切屑的雜質進行初步處理，然后再流回到貯液箱7內繼續使用。使用中，如需暫時切斷切削液的供給（例如要更換加工零件），只要關閉控制閥，切削液就會通過溢流閥3而流回到貯液箱7內，使整個過濾凈化系統不中斷工作。
圖5所示是俄羅斯研制出的一種利用轉子－定子系統作為基礎的切削液凈化處理裝置（俄羅斯發明號NO1503895），其原理是根據流動的切削液在通過變截面的孔時具有較大壓力降和速度梯度聲空現象，它能獲得高度彌散細小的切削液，切削液中的微粒可破碎成0.8～1.2μm。據稱，這是目前凈化切削液的一種裝置。
該裝置由本體1、定子4和轉子5等組成。工作時，從貯液箱里經液壓泵抽上來的切削液被輸送到裝置中或依靠重力經裝置中進口管7進入到不斷回轉著的轉子5的內腔，形成了較大的柱滴，在液流壓力和轉子盤所產生的離心力作用下，它們將迅速沿徑向帶走并旋渦分離出粒徑為30～40μm的微粒雜質，然而液流穿過轉子上的小孔6急速流向定子的信道孔3內，同時部分液流則進入到定子和轉子組成的徑向間隙8內，而將5～20μm細小微粒分離出來。由于轉子的轉速很高（達3000r/min），所以從定子信道孔中噴出的液流形成一股強烈的螺旋形渦流，并集中在本體和定子所組成的渦流工作室2內。此外，因為高速回轉著的轉子還能周期性地堵塞住定子4的進液信道孔3，從而達到脈動供給切削液的要求，起激振破碎的作用，促使切削液中微粒進一步分裂，故最終從渦流工作室2的出口端流出的切削液將是高度彌散細小的潔凈切削液。經上述多次旋渦處理過的切削液可引向機床工作區使用。
切削液中油料的回收處理
使用過的廢切削液中含有大量礦物油料，例如配制一噸乳化油需用機械油600～800kg。為了節約能源，必須回收處理。由于油一般都是懸浮在切削液的液面上，故可采用圖6所示裝置進行回收。它是利用浸在液體中旋轉著的甩油盤2來實現的。浮油黏附在盤上，利用刮板把油刮下來并沿著斜槽6流聚到油罐5中，然后用活塞泵3再將油從罐5中抽出并輸送到容器4中，甩油盤的旋轉是通過傳動機構1來實現的。
圖7所示為從使用過的廢乳化液中回收油料的一種裝置。它是由貯液箱1、貯油罐2、電子浮選裝置3、管狀超濾器（超級濾網）4、液壓泵6、以及循環容器5和7等組成。工作時，將使用過的乳化液通入到貯液箱1內，在箱內應加入少量的破乳劑，以去除乳化液中的表面活性物質（乳化劑），破壞乳化液的穩定性，促使油水分離。部分懸浮在貯液箱表面上的油層導入到貯油罐2內，經處理后的大部分乳化液進入循環容器7內，部分乳化液則由液壓泵6輸送到超濾裝置4內，經過半滲透的薄膜進行超濾。其中水和被溶解的低分子物質可通過薄膜上面的空隙而流入到循環容器5內，以供再循環使用或排到工廠凈化池中去，而油等高分子物質則送入到電子浮選裝置3內。其中油料將成懸浮凝結狀被分離出來，并將它引入到貯油罐2內備用。而電子浮選裝置中另一部分液體則仍流回循環容器7繼續循環處理。采用這種裝置經過6～8小時工作循環即可把使用過的乳化液中油料回收。這些油料可作為工廠輔助產品，例如可提供給建材部門作為多孔燒結粘土的原料，也可代替重油或在燃料燃燒時作為添加的輔助原料