应用于汽车制造中的非传统加工液

【编者按】随着制造技术的进步,人们已经逐渐认识到加工液在生产中的重要性,实现高效加工(HPC)而不仅仅是追求高速切削(HSC)成为人们关注的重点。为了适应这种变化,加工液在汽车制造中也在发生着变革。


随着市场竞争日益激烈,成本压力不断加大,制造企业为了保持竞争优势,在新技术的使用以及新产品的推出等方面不断做出努力。对于油品企业而言,在研发新产品方面还要特别关注其产品对环境等方面带来的影响。目前,所有的工业化国家都对水资源保护制订了与保护水体、土地、职业健康和防止空气污染相关的法律。在德国,还对水体存在潜在污染可能的物质进行了分类(WPCs)。此外,土壤保护、职业健康和安全、是否含有毒性以及润滑剂产品的排放限制等,都是油品企业需要重点关注的问题。

举例来说,凡是会产生挥发的润滑剂都会对环境产生污染。我们通常会对发动机油特别是柴油发动机产生的颗粒物浓度设定排放限值,并且要求达到相应技术指标。对可生物降解润滑剂而言,他们的蒸发损失通常较相同粘度级别的其他传统润滑剂少。当使用金属加工液时,产生油雾和蒸发。虽然不同区域,排放限值可能不同,但其测试方法却很相似。降低(使用中的金属加工液)油雾主要是从添加剂方面来考虑,而减少蒸发需要选择适当的基础油来完成。试验结果表明,选用适当的基础油可以大大降低排放。

福斯对非传统加工液的探索和理念

福斯提出的“非传统加工液”主要包括三种理念,对应三个系列产品,即:最小量润滑(MQL),也有人称“微量润滑”加工油;Planto-Family 家族化产品;ECOCUT HFN 系列多功能油。

众所周知,微量润滑是一种可持续发展,并可显著降低冷却与润滑相关费用的关键技术,好的微量润滑能够显著提高系统的加工性能。根据定义,当润滑剂的供应量不超过50 ml/h时,人们才谈及微量润滑。微量润滑借助于比例定量配合装置,将少量的润滑剂射流施加到机械加工点上。通常,在加工过程中我们认为润滑剂(切削液)能够起到润滑、冷却、清洗和防锈的作用。

微量润滑加工液的主要性能

市场上目前使用的微量润滑加工油包括:普通矿物油、酯类油和脂肪醇。研究表明,由于微量润滑是纯粹的全损耗润滑,切削液通常以蒸汽或雾滴的形态分散在润滑点上。所以对于微量润滑油而言,以下诸方面的性能尤为重要:生物降解性、氧化安定性、润湿能力、切削性能及雾化特性。目前,福斯公司已开发出了全系列的微量润滑油产品,并在业界得到广泛使用,从组成上分,主要包括酯类油和脂肪醇两大类。表1、表2给出了福斯全系列MQL产品对不同材料和加工工艺的适应性,表3为福斯MQL产品与适应的润滑系统。

微量润滑的应用研究

1.使用不同加工液进行钻削

作为欧洲研究项目的一部分,福斯试验了以下几种加工材料:CK45、100Cr6、AlSi9Cu3和CuSn8P。通过试验得到了一些有意思的结果,使用的切削液包括:传统切削液、微量润滑和干切削。考察8.5 mm孔径的精度,试验结果如表4所示。

2.使用微量润滑钻削

对使用微量润滑方式进行加工的切削液而言,低粘度的合成酯加工后的工件表面粗糙度要好于采用高粘度的合成酯。并且,福斯经过试验发现由于天然酯具有更好的清净和分散能力,在珩磨铸铁、钢和铝合金时可以得到更好的加工效果,并且显著延长刀具寿命。使用微量润滑进行钻削试验的条件如表5所示。

图为两种酯类油的使用性能比较,其中每种试验样品中均含有相同的添加剂。诚然,通过选用合适的添加剂组合可以提高上述两种基础油的加工性能。但是,通过图5可以明显地看到,当向两种基础油中加入同等剂量的添加剂组合时,其加工性能仍然相差悬殊。

不同添加剂组合对两种不同酯类油基础油的影响

(福斯在最佳配方基础上开发了PLANTO MIKRO 830产品)

3.微量润滑产品在汽车制造企业的应用

福斯的微量润滑产品已经在国内汽车制造企业得到广泛应用。仅以ECOCUT MIKRO PLUS 20产品为例,在上海通用汽车动力总成厂,该产品用于TBT设备加工铸铁曲轴上的斜孔。而在大众一汽发动机厂,该产品用于Bielomatik MQL系统加工1.8 T、2.0 T发动机的曲轴油道孔,材料包括铸铁和钢件。

结语

非传统加工液(包括某些特种酯)在高速切削(HSG)甚至高效加工(HPC)中的应用越来越引起人们的重视。这些产品的技术优势包括:优越的清净分散能力、低泡,优异的空气释放能力,较高的闪点和好的皮肤相容性。两年前,国内有些学者曾断言切削液在使用的生命周期内不可能快速生物降解。这种比较偏颇的论断甚至使得没有第三方研究机构愿意确认某种使用过的切削液可以快速生物降解。

然而,经过使用发现,福斯生产的可生物快速降解的切削液产品经过两年的使用后,与新液的毒性数据相比,仅有非常少的变化。与此同时也证明:经过使用两年的切削液仍满足完全生物降解和水污染等级WPC 0要求。尤其要说明的是,在这两年中从未采用附加的过滤和其他处理措施。

新的非传统加工液的出现是机床和切削技术发展的必然。与传统的溶剂精制和加氢裂化基础油生产得到的切削液比,这些产品有更好的加工性能;它们完成一次加工循环的时间更短,生产效率更高。目前尚且需要改进的地方是如何进一步提高油品回收率,以回应关于使用非传统加工液将导致成本提高的责难。


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