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切削液系統的統籌維護
時間:2018-11-20

   在機械加工過程中,應用到水溶性切削液,俗稱冷卻液,其主要作用是對工件進行冷卻、潤滑、清洗和防腐。一般按組成分為乳化液、半合成液和合成液。長期以來,切削液應用過程產生的廢液成為影響節能減排、解決環境衛生問題的關鍵。在解決切削液的環境衛生問題方面存在三條路線:第一條路線是徹底摒棄切削液,采用干式切削技術,其中包括冷卻風切削、吹氧切割及液氮切割等;第二條路線是改造傳統切削液,將其負面影響降低到最小程度,使之成為環境友好的,并能被保護生態環境的法規所接受;第三條路線是采用干式切削技術,主要指微量切削技術。有鑒于此,我們對切削液的應用過程進行研究,提出了切削液的統籌維護方法,使切削液在使用過程中不集中排放廢液,向零排放更接近一步。


常規切削液維護方案


一、 切削液的濃度
   從切削液生產商出廠的產品,被稱為原液,進入到生產現場后,需要用水稀釋到一定的比例后才能使用,一般生產現場稱這種稀釋的液體為切削液。原液在應用切削液中所占的百分比稱為切削液的濃度,切削液的濃度范圍一般在5%~10%,在切削液質量穩定而加工要求不高的情況下,如某些粗加工過程中,有要求3%的,而在加工要求高,特別像拉削加工需要極壓性高、MAPAL刀具加工需要潤滑性高的情況下,切削液的濃度可能要求達12%~14%。切削液的濃度檢測方法一般是折光法、堿值測定法。

   切削液應在一定濃度下使用。若在不適當的濃度下使用,不僅不能發揮其應有的效果,而且會引起各種各樣的問題:使用濃度過高不僅引起成本提高,而且容易發泡、引發皮炎、降低冷卻性能,還可能因雜油的混入形成淤渣,造成切削液混濁和過濾器堵塞等;相反,如果使用濃度太低,首先容易產生的問題是防銹性能不足而引起銹蝕、潤滑性能不好而導致刀具磨損增加、加工質量變壞等,然后是促進微生物滋長、工作液早期腐敗。工作液濃度的變化往往是加工性能和理化性能下降的直接原因。所以,保持規定的濃度是水基切削液管理的重要環節。


二、 常規切削液維護流程
(1)新液配制。混配液:如果原液的自身的乳化性能好,只要把一定量的原液加入到稀釋用水中,充分攪拌均勻即可得到均勻的乳化液,需要注意的是,配制乳化液時,需要將原液加入到稀釋水中,如果反其道而行之,將稀釋水加入到原液之中,在有些特殊情況下(如在較低溫度下),可能生成膠狀物質,之后很難再溶解開來。
   在具體的工業應用中,一般是先將切削液原液通過混配器混配成一個較高濃度的混配液。在沒有混配器的條件下,可以在一個容器中加入一定量的水,再加入原液,需注意加入原液時務必、穩流且緩慢,邊加入邊用工具攪拌,使原液充分地與水混合。切記,不可將水加入原液中,只能是將原液加入水中。
   微乳液和全合成液的配制,由于其本身是水溶性的,液態的原液本身就含有一定量的水,較易溶解,稀釋過程較簡單,但也要遵循將原液加注到稀釋用水中的原則。
混配液加注:混配液制備好以后,根據系統要求濃度和容量計算出混配液的加注量,再將混配液加注到液箱中。加注前一定要保證液箱清洗干凈,有條件的情況下,可以用專用機床清洗劑或低濃度的切削液進行清洗。
   液體調整:加注的混配液濃度較高,不能達到容積要求,這時需要補水。補充的水可直接加入到液箱中的混配液中,以達到液箱容積要求為止。切削液在調整時,要進行系統液體的循環運行,使液體處于流動狀態,以使切削液混合均勻。這個循環過程的時間要根據系統的循環流量確定,一般不少于2h。
(2)日常加注。在切削液的使用過程中,濃度會逐漸下降,需要定期進行濃度檢測,檢測方法一般是折光法或滴定法,依據檢測的濃度結果與要求的濃度控制要求對比,計算出需要補加的原液的量,再折合成混配液的量,做出補加計劃進行加注。

(3)系統清理。當切削液使用到一定時間以后,液體中的雜質含量會增加,主要是加工過程中產生的細小顆粒、切削液本身的生成物、導軌油和液壓油等的泄漏及水中帶入成分的沉積等。這些雜質或懸浮在液體中,或沉積到箱底、箱壁或在機床的內表面。特別是懸浮在液體中的雜質,能影響到液體的化學指標,影響到切削液的潤滑性、清洗性和防銹性,沉積的雜質能引起細菌和真菌的孳生。大顆粒的雜質會影響到工件的表面粗糙度。現在的切削液系統,一般都帶有液體凈化裝置,如網式過濾、沉淀、離心分離、磁分離和網布過濾等。但其中的細小顆粒和懸浮雜質不能全部凈化去除,而在液體中積累。所以要定期進行系統的清理,以去除系統的雜質。


常用切削液系統清理步驟如圖1所示。

(4)換液。當切削液使用到規定壽命后,冷卻、潤滑、清洗和防腐性能下降,現場應用中可能發生如下情況:切削液的外觀變化,有變黃、變黑的,也有變混濁的,總的說液體失去其本來的光澤。切削液各種控制指標波動大:濃度變動大,pH值下降,細菌和真菌高發,防銹性下降,若進行攻絲轉矩或四球試驗,試驗結果可能發生突變。加注需求量明顯增加,加注量增大而相應指標不同步變化。加工質量變化,特別是工件表面粗糙度和刀具壽命發生變化。


這時要及時換液,以防切削液突然惡化,影響正常的加工過程。常用切削液換液步驟如圖2所示。


三、 切削液的消耗
(1)加工中的切屑帶出。在加工過程中,切屑的排出依賴于刮屑鏈、濾紙和濾布等,在這個過程中,切削液會被帶出到切屑箱。這部分液體從切屑中瀝出后一般是按廢液處理。對于集中冷卻的大系統,也有設計專用的回用裝置,通過凈化處理后返回到系統中應用。
(2)加工中的蒸發。加工過程中的切削液,由于加工熱量、液體流動和加壓泵等原因,溫度升高,使切削液蒸發加快,特別是利用了煙霧收集器后,汽化的切削液會被當作加工煙霧排出。
(3)加工中的有效成分消耗。刀具與工件作用時,作用部位產生局部高溫,切削液中的相關成分,如有些極壓添加劑等被消耗,產生切削液濃度的下降。
(4)到使用壽命后的換液。切削液壽命到期前要進行切削液的更換,是集中消耗。原用液體全部作為廢液處理,系統排空后完全配加新的切削液。
(5)切削液原液的消耗量。以一條年產量為20萬臺的發動機缸蓋生產線的統計為例,每年更換一次冷卻液的原液消耗為4?200kg,每年加注的混配液中的原液量為34?440kg。可以看出,主要的切削液原液消耗是日常加工過程消耗,而不是換液消耗。換液過程消耗量只占總消耗量的11%。


四、 切削液性能變化
(1)切削液使用壽命確定。項目期,依據切削液供應商的經驗推薦確定。正常生產階段,依據液體狀態變化趨勢、生產產量和生產停機時間確定。優化階段,依據歷史經驗、日常檢測分析和加工工件變化狀態等,合理優化切削液的更換周期。
(2)切削液的性能變化可分為幾個階段。一般按切削液使用時間順序,將切削液的性能變化分為四個階段:新液階段、正常維護階段、清理后維護階段和換液前維護階段。清理時機,一般在使用壽命一半的時間;換液前維護階段,有時需要適當增加切削液的濃度,如整體提高控制濃度1%或按上限控制等;在加工條件較差的情況下,如高溫、高濕等環境中,在換液前維護階段還要增加防銹劑、殺菌劑和pH調整劑等添加劑。


切削液統籌維護方案
1. 基本原理
當一個系統的切削液使用到一定的時間(如使用壽命的一半)后,將其做為補加液分加到其他系統,而本系統配制新液。這樣既保證了各系統的添加混配液良好,也使各系統都在一定的時間之內換液。前提條件:一是冷卻液抗菌性和穩定性良好,二是切削液的消耗主要是日常添加混配液,換液消耗原液量占總消耗量的比例小于20%,結果是液體隨著使用過程消耗掉,而不產生集中排放的廢液。
2. 技術研究的特點
在保證常規切削液性能和有效的過濾技術的基礎之上,進行切削液應用過程的研究。在切削液的應用過程中,切削液主要是被加工過程消耗掉,而沒有被集中排放掉。
3. 實施過程
(1)劃分切削液系統統籌維護單元。統籌維護單元劃分原則:切削液型號相同、切削液系統容積相近、加工工件材質相同、設備的位置相對集中。
(2)實施步驟。以每個統籌維護單元為維護單位。對于每一個切削液系統,使用到一定時間后,進行切削液的更換。原用液不排至污水站,而是進行凈化處理,之后,作為混配液加注到同一維護單元的其它系統中,而本切削液系統配制新的切削液。
清洗系統用液,可以配制一個低濃度的切削液,如1%~2%切削液。清洗后也經過凈化處理,與原用切削液都作為混配液補加到同一維護單元的其他它系統中。清洗過程使用低濃度切削液是為了增加清洗效果且增加防銹性、降低泡沫的產生。清洗過程不加入機床清洗劑。
冷卻液和清洗后的液體的凈化處理,一般可采用如下方法:①沉降法。在容器中放置一定時間,撇除上部漂浮雜質,去除底部顆粒雜質。②離心法:去除密度大的顆粒和密度小的油類。③過濾法。用濾紙或濾袋過濾其大顆粒的雜質。
4. 實施案例
某汽車發動機廠的一條缸蓋加工生產線,共有加工中心28臺,采用單機切削液供液系統。常規方案如圖3所示:


統籌維護方案如圖4所示:



方案實施過程對比(見表1):



五、 效果
(1)項目效果評價方式,如表2所示。


(2)實施效果總結。① 切削液技術指標評價:濃度每天檢測,指標變化平穩;pH每天檢測,指標變化平穩;抗菌性每月檢測,沒有細菌和真菌的發生;防銹性每月檢測,指標平穩,在控制范圍之內;硬度每周檢測,指標有增加趨勢,原因是添加的自來水硬度較高,但不影響切削液性能。若使用RO水,硬度指標會更加平穩。②切削液成本費用評價。按換液費用所占比例計算,切削液的費用節約約為10%。③廢液減排評價。按切削液的換液過程統計,每次換液清理時,會有較臟廢液的排放,如液體表面含有浮油的液、液箱底部沉積物中的液以及進行切削液再生處理時排出的廢油液,這部分廢液約占被處理液的10%~20%,即換液過程排放的廢液減少80%。


結語

將各切削液系統劃分維護單元,按各維護單元進行切削液的統籌維護,切削液質量保持良好,生產加工正常。整個切削液的維護過程切削液消耗量下降,同時極大地減少了到期切削液的集中排放。

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