微量潤(rùn)滑技術(shù)在礦山設(shè)備加工中的應(yīng)用

徐俠劍，郭 杰，趙 軍

洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

礦山設(shè)備的主要零件，如磨機(jī)的端蓋和大齒輪、高壓輥磨機(jī)輥套等，以尺寸大、質(zhì)量重為主要制造特點(diǎn)，礦山設(shè)備制造廠家的加工機(jī)床多以低速、重載、干切機(jī)床為主。如何提升干切機(jī)床的加工效率成為礦山設(shè)備制造廠家工藝技術(shù)提升的重要研究?jī)?nèi)容，筆者所在單位通過(guò)在干切機(jī)床上應(yīng)用微量潤(rùn)滑技術(shù)[1-2]，實(shí)現(xiàn)了干切機(jī)床加工效率的大幅提升。

1 微量潤(rùn)滑技術(shù)

微量潤(rùn)滑技術(shù)是一種半干式切削加工技術(shù)，通常指將壓縮空氣與微量的潤(rùn)滑油混合汽化后形成含有微米級(jí)的液滴油霧，通過(guò)噴嘴高速噴射到切削區(qū)域，從而對(duì)切削區(qū)域進(jìn)行有效的冷卻和潤(rùn)滑的加工技術(shù)。

微量潤(rùn)滑技術(shù)融合了干式切削與傳統(tǒng)濕式切削兩者的優(yōu)點(diǎn)。一方面，將切削液的用量降低到微量的程度，降低了切削液的使用成本，使用自然降解性高的合成酯類作為潤(rùn)滑劑，降低了切削液對(duì)環(huán)境和人體的危害；另一方面，微量冷卻潤(rùn)滑介質(zhì)改善了切削過(guò)程的冷卻潤(rùn)滑條件，刀具、工件和切屑之間的磨損減小，有助于降低切削力、切削溫度和刀具的磨損，改善了表面粗糙度，增強(qiáng)了尺寸穩(wěn)定性，提高了加工質(zhì)量。

2 微量潤(rùn)滑技術(shù)應(yīng)用

傳統(tǒng)干式切削在超硬材料、不銹鋼等難加工材料以及批量孔加工上相較于濕式切削在加工效率和刀具損耗上具有明顯的劣勢(shì)。將干式切削機(jī)床改造成濕式切削機(jī)床需要增加冷卻系統(tǒng)、切削液回收系統(tǒng)，改造費(fèi)用非常高。

筆者所在單位通過(guò)購(gòu)置可移動(dòng)式微量潤(rùn)滑裝置作為機(jī)床的輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了干切機(jī)床加工過(guò)程中的冷卻和潤(rùn)滑，避免了切削液外流損壞干式切削機(jī)床的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 微量潤(rùn)滑技術(shù)在車削中的應(yīng)用

2.1.1 微量潤(rùn)滑技術(shù)在超硬材料輥套精車上的應(yīng)用

高壓輥磨機(jī)[3]輥套硬度為 HRC45，屬于高硬度材料。精加工時(shí)采用硬質(zhì)合金涂層刀片在大型數(shù)控立車上進(jìn)行干切加工，刀具損耗較大。

微量潤(rùn)滑裝置霧化管路接入內(nèi)徑為 8 mm 的銅管上，將銅管的出霧口對(duì)準(zhǔn)刀尖位置，對(duì)刀尖進(jìn)行持續(xù)的冷卻和潤(rùn)滑，如圖1、2 所示。經(jīng)過(guò)對(duì)比，應(yīng)用微量潤(rùn)滑技術(shù)后，在相同的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量條件下，刀具切削深度提高了 2.8 倍，通過(guò)鐵屑的顏色判斷，刀片的表面溫度相較于干切方式明顯降低，刀具使用壽命相較于干切方式可提高 1.9 倍，如表1 所列。

表1 微量潤(rùn)滑裝置在輥套精加工中應(yīng)用的前后情況對(duì)比

圖1 微量潤(rùn)滑精車輥套

圖2 微量潤(rùn)滑裝置對(duì)刀尖進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑

2.1.2 微量潤(rùn)滑技術(shù)在不銹鋼筒體精車上的應(yīng)用

筆者所在單位生產(chǎn)的新型滑履球磨機(jī)的筒體滑環(huán)外圓為φ6 320 mm×690 mm，外圓直線度精度為0.02 mm，材質(zhì)為雙相不銹鋼，屬于難加工材料。立車精車過(guò)程中切削力大、切削溫度高、刀具易磨損，切屑容易粘刀并生成積屑瘤、切屑不易卷曲和折斷。在未使用微量潤(rùn)滑裝置進(jìn)行車削時(shí)，刀片的刀刃磨損較快且容易崩刃，刀片的耗損大，不能保證滑環(huán)外圓一刀切削完成，如表2 所列，工件表面粗糙度僅為Ra12.5，加工過(guò)程中接刀使零件無(wú)法達(dá)到外圓直線度0.02 mm 的要求。

表2 干切加工筒體外圓參數(shù)及壽命情況匯總

微量潤(rùn)滑裝置接入機(jī)床，讓噴頭對(duì)準(zhǔn)車削的刀片，微量潤(rùn)滑液直接噴射到刀片表面進(jìn)行降溫和潤(rùn)滑。干切時(shí)使用刀片加工滑環(huán)外圓，在同樣的切削參數(shù)下，能夠正常加工至 690 mm 全長(zhǎng)，如表3 所列，加工后表面粗糙度可達(dá)到Ra6.3，如圖3 所示。

表3 微量潤(rùn)滑加工筒體外圓參數(shù)及壽命情況匯總

圖3 微量潤(rùn)滑筒體外圓表面情況

2.1.3 微量潤(rùn)滑技術(shù)在加工球磨鑄鐵液壓缸襯套上的應(yīng)用

圓錐破碎機(jī)[4]的液壓缸襯套材質(zhì)為 QT700-2，外形尺寸為φ760 mm×525 mm，內(nèi)孔粗糙度要求Ra0.4。由于工件尺寸偏大，不符合磨床加工要求，只能在立車上以拋光的方法提高內(nèi)孔粗糙度，但拋光后粗糙度僅能達(dá)到Ra0.6，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)分析，拋光時(shí)，QT700-2 的石墨顆粒會(huì)吸附在工件和砂帶表面，在砂帶與工件間形成石墨潤(rùn)滑層，該潤(rùn)滑層會(huì)減弱砂帶上的磨料與工件之間的磨削效果，導(dǎo)致拋光表面的粗糙度不能繼續(xù)提升。

工件拋光時(shí)，若接入微量潤(rùn)滑裝置，利用霧化技術(shù)將工件磨削產(chǎn)生的石墨顆粒粉塵與霧化液進(jìn)行融合，形成融合顆粒，通過(guò)高壓空氣將融合顆粒從工件表面及砂帶表面吹掉，并隨霧化液流走，減少砂帶表面磨削區(qū)的石墨附著物，確保砂帶輪的磨削效果，如圖4 所示。應(yīng)用該方法后，液壓缸襯套內(nèi)孔拋光后的表面粗糙度能達(dá)到Ra0.3 以內(nèi)。

圖4 霧化+砂帶磨拋光液壓缸襯套內(nèi)孔

2.1.4 微量潤(rùn)滑技術(shù)在精車加工中的應(yīng)用

筆者所在單位已經(jīng)將微量潤(rùn)滑技術(shù)推廣應(yīng)用于精車過(guò)程。在高壓輥磨機(jī)的輥軸、回轉(zhuǎn)窯的托輪軸以及臥車精車過(guò)程中都已經(jīng)應(yīng)用微量潤(rùn)滑裝置，經(jīng)過(guò)跟蹤對(duì)比，精車過(guò)程應(yīng)用微量潤(rùn)滑裝置后，刀具的使用壽命均提升了 1 倍以上，大大減少了刀具損耗，節(jié)省了刀具成本。

2.2 微量潤(rùn)滑技術(shù)在鉆削中的應(yīng)用

2.2.1 微量潤(rùn)滑技術(shù)在加工端蓋襯板孔中的應(yīng)用

礦用磨機(jī)[5]的端蓋上有批量的襯板孔，以φ9.75 m 半自磨機(jī)的端蓋為例，端蓋上有 232-φ52 mm 襯板孔，孔深在 120～ 225 mm 之間。干切機(jī)床通用的加工方式為麻花鉆頭鉆、擴(kuò)孔加工，加工 120 mm 的深孔需要 8.16 min。

通過(guò)在干切機(jī)床上增加外冷轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄并配合機(jī)夾內(nèi)冷鏟鉆，實(shí)現(xiàn)鉆床的內(nèi)冷微量潤(rùn)滑加工，如圖5所示。刀具在加工過(guò)程中的內(nèi)冷微量潤(rùn)滑，能夠有效地降低刀片表面溫度，提升潤(rùn)滑效果，優(yōu)化后的方案僅需一次鉆孔就能達(dá)到尺寸及粗糙度要求，加工 120 mm 的孔深僅需 4.44 min。加工時(shí)間縮短了 45.6%，如表4 所列。

表4 干切加工與微量潤(rùn)滑襯板孔切削參數(shù)對(duì)比

圖5 霧化+鏟鉆加工端蓋襯板孔

2.2.2 微量潤(rùn)滑技術(shù)在鉆削加工中的應(yīng)用

在微量潤(rùn)滑裝置與外冷轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄組合使用后，又將該方法進(jìn)行了大范圍的推廣應(yīng)用。利用霧化+外冷轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄+鏟鉆，實(shí)現(xiàn)了干切鏜床高效加工磨機(jī)筒體襯板孔；利用霧化+外冷轉(zhuǎn)內(nèi)冷刀柄+U 鉆，實(shí)現(xiàn)了龍門銑及車銑復(fù)合中心高效加工磨機(jī)筒體端面連接孔、磨機(jī)大齒輪連接孔 (見圖6) 和磨機(jī)端蓋大端連接孔。提升了礦山設(shè)備大型零件的加工效率。

圖6 霧化+U 鉆加工大齒輪法蘭連接孔

3 結(jié)語(yǔ)

微量潤(rùn)滑技術(shù)在礦山設(shè)備加工中的推廣應(yīng)用，解決干切機(jī)床加工過(guò)程中冷卻能力不足問(wèn)題，為礦山設(shè)備制造企業(yè)在不進(jìn)行機(jī)床更新迭代的情況下，提供了一種有效提高加工效率和刀具使用壽命的方法，提升了干切機(jī)床的刀具適用性，實(shí)現(xiàn)了大型車床、鏜床的微量潤(rùn)滑技術(shù)全覆蓋，對(duì)同類加工設(shè)備具有一定的借鑒意義。