研究冷鐓機(jī)理的綠色切削技術(shù)
冷鐓是在常溫下，利用金屬的塑性，采用冷態(tài)力學(xué)進(jìn)行施壓或冷拔，達(dá)到金屬固態(tài)變形的目的。冷鍛技術(shù)作為一種少切削精密塑性成形工藝，具有切削加工無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它在金屬零件的制造過(guò)程中起著十分重要的作用。冷鍛時(shí)金屬材料要產(chǎn)生變形和加工硬化，在進(jìn)行急劇塑性變形的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這在很大程度上影響了冷鐓模具的壽命，降低了產(chǎn)品的制造精度。同時(shí)在冷鍛過(guò)程中潤(rùn)滑油會(huì)不同程度地產(chǎn)生油煙、油霧。
冷鐓機(jī)持續(xù)在高溫、高速、高沖擊的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行有效的潤(rùn)滑冷卻，不但能帶走摩擦接觸面的雜質(zhì)和熱量，起到冷卻和清洗摩擦面的作用，而且可以減小摩擦面之間的摩擦和損耗，保證機(jī)器設(shè)備的安全運(yùn)行。針對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)車間油霧彌漫的惡劣生產(chǎn)狀況，急需研制出—套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)來(lái)提高整機(jī)的使用壽命，有效地降低油霧的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。
2國(guó)內(nèi)外綠色切削技術(shù)的研究
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在干切削、準(zhǔn)干式切削的某些領(lǐng)域都取得了成功。半干式切削法是用氣體加微量無(wú)害油劑代替切削液的降溫、潤(rùn)滑、排屑的切削方式。常見(jiàn)的有：MQL(微量潤(rùn)滑)切削、氮?dú)饬髑邢?、水蒸氣冷卻潤(rùn)滑、渦流管制冷切削、空氣絕熱膨脹制冷切削、超低溫冷卻切削和低溫冷風(fēng)切削。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前在德國(guó)制造業(yè)中已有大約80%的企業(yè)采用了干切削。
冷風(fēng)切削技術(shù)作為半干式切削加工技術(shù)中的一種，是MQL(微量潤(rùn)滑)切削技術(shù)的延伸。目前。冷風(fēng)切削技術(shù)(用低溫冷風(fēng)代替切削液的方案)的主要研究隊(duì)伍集中在亞洲，特別以日本為代表。冷風(fēng)切削技術(shù)是微量潤(rùn)滑(MQL)切削技術(shù)的發(fā)展，它只在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)即可實(shí)施。在發(fā)達(dá)國(guó)家，油氣潤(rùn)滑技術(shù)以其高效、節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)已成為最為先進(jìn)的潤(rùn)滑方法，并大量應(yīng)用于眾多的工業(yè)領(lǐng)域，而該技術(shù)目前在我國(guó)剛剛起步，正處于完善和發(fā)展階段。
3方案設(shè)計(jì)
下面一張照片是冷鐓機(jī)生產(chǎn)車間油霧彌漫的場(chǎng)景，如圖l所示。給生產(chǎn)環(huán)境造成極大的污染，直接影響操作人員的身體健康，給廠房留下了不同程度的事故隱患。在目前綠色制造的大環(huán)境下，冷鐓行業(yè)急需尋求一條可持續(xù)發(fā)展的綠色潤(rùn)滑冷卻之路。
目前，渦流管風(fēng)冷切削技術(shù)，將產(chǎn)生的低溫冷風(fēng)直接對(duì)切削區(qū)進(jìn)行冷卻和排屑，不僅可具有減小刀具磨損，提高刀具壽命，還可以降低加工成本，無(wú)化學(xué)污染。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該技術(shù)在近幾年進(jìn)行了一定的研究工作，使用渦流管的風(fēng)冷卻切削技術(shù)已經(jīng)成為綠色制造中的研究熱點(diǎn)內(nèi)容之一。
在上述理論的基礎(chǔ)上，初步設(shè)想冷鐓機(jī)的潤(rùn)滑冷卻方案原理圖，如圖2所示。
方案原理圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明：(1)采用一定溫度的冷風(fēng)直接對(duì)準(zhǔn)冷鐓模具部位進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。該系統(tǒng)的氣源由空氣壓縮機(jī)提供，通過(guò)冷卻渦流管得到所需溫度和壓力的冷空氣，通過(guò)噴嘴噴射到冷卻部位。渦流管另一端出來(lái)的熱空氣可以回收利用，節(jié)約能源。(2)潤(rùn)滑系統(tǒng)采用微量潤(rùn)滑技術(shù)。通入的壓縮空氣利用渦流管冷風(fēng)技術(shù)，將壓縮空氣的溫度降低到零下(20—30)℃，并混入微量潤(rùn)滑劑，對(duì)冷鐓模具部位實(shí)施冷卻、潤(rùn)滑和排屑。(3)對(duì)關(guān)鍵機(jī)件內(nèi)部發(fā)熱嚴(yán)重部位，內(nèi)置相應(yīng)銅管進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻。(4)經(jīng)過(guò)循環(huán)的潤(rùn)滑油氣采用冷水機(jī)進(jìn)行恒溫冷卻。
原理說(shuō)明：利用MQL冷卻潤(rùn)滑技術(shù)，將定量的潤(rùn)滑劑定壓、定時(shí)的噴人到高速連續(xù)流動(dòng)的定壓的壓縮空氣中，并在定長(zhǎng)的管道中形成紊流狀的兩相油氣混合流(兩相流中的油和壓縮空氣并不真正融合，也不霧化，而是在壓縮空氣的高速流動(dòng)作用下，潤(rùn)滑油沿管道內(nèi)壁不斷的螺旋狀前進(jìn))，直接送至需要潤(rùn)滑冷卻的部位。
結(jié)束語(yǔ)
傳統(tǒng)金屬切削技術(shù)的弊端13益顯露出來(lái)，于是綠色的切削技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著潤(rùn)滑行業(yè)的不斷發(fā)展，目前我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的潤(rùn)滑方式有稀油潤(rùn)滑、干油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑。以油氣潤(rùn)滑為代表的先進(jìn)潤(rùn)滑冷卻技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承和齒輪，但在我國(guó)，該技術(shù)還處于起步階段，其在設(shè)計(jì)、應(yīng)用及推廣等方面仍需大量工作。
先進(jìn)的潤(rùn)滑冷卻技術(shù)應(yīng)用于冷鐓行業(yè)很有市場(chǎng)前景，但實(shí)施效果是否能達(dá)到預(yù)期的目的，還需要通過(guò)進(jìn)一步的分析研究，尋找到一條經(jīng)濟(jì)、綠色的潤(rùn)滑冷卻之路，還需要很長(zhǎng)的一段時(shí)間。
關(guān)鍵詞：冷鐓加工 冷鐓機(jī)
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