微量润滑技术mcl的优化研究

微量润滑技术mcl的优化研究

1微量润滑mql的概念在装配行业、汽车制造行业、航天航空行业的机械制造工艺中，需要使用大量的金属切削液，主要用于润滑设备、防滑、冷却、清洁等。但是,在切削液的使用过程中造成了极为严重的社会负面影响,污染和破坏了生态环境,并对操作人员的健康造成了一定的危害。进入新时期以后,随着我国社会经济的持续发展,绿色、生态已经成为各个行业的发展目标,对于机械加工,在今后的发展中,也应该朝着这一方向进行,因此,在实际中,必须加强对绿色机械加工技术的研究和普及,实现机械加工的零排放、零污染,保证资源的可持续利用,为机械加工的持续发展打下良好基础。微量润滑是指最少量润滑技术(MinimalQuantityLubrication),简称MQL,是指在金属切削中,切削工作在不缩短刀具使用寿命,不降低已加工表面质量的最佳状态下,使用最少的切削液的使用量达到要求。它的工作原理是空气被压缩后和润滑液在混合装置中结合,切削液和空气的混合物经过一个多孔喷口,在高压气体的作用下,切削液被雾化成毫微米级的切削液气雾,然后持续注射到刀具加工面,对刀具刀片进行冷却和润滑,起到冷却和润滑作用。它的切削液消耗量可达60ml/h以下,而正常射流润滑的切削液消耗量可达7L/min。该方法使用润滑油数量极少,并且能达到很好的冷却和润滑效果,而且降低了传统切削液危害人体健康程度,并保护了环境。第一代微量润滑MQL技术,是指将压缩空气与极微量的润滑油混合汽化后,形成微米级的液滴,喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。本文研究最新一代微量润滑(MQL)优化工艺,在第一代的基础上增加润滑防锈水,加上第一代的压缩空气和润滑植物油脂,三相混合以一定速度喷射到切削加工区,从而起到润滑防锈冷却和排屑作用,最终产生最优化的加工效果。2本研究本研究在第一代空气与植物油两项混合工艺的基础上,增加了起润滑防锈作用的水相体系,使其具有润滑、防锈、冷却和清洗功能。2.1润滑非红色十二烷基苯磺酸二乙醇胺中间体a在250ml反应器中,先加入一定量十二烷基苯磺酸,逐渐升温至100℃,然后分批加入适量的二乙醇胺(十二烷基苯磺酸:二乙醇胺=1:2重量比),总量200g。开动搅拌,随后逐渐升温至160℃,停止搅拌后,反应4h。产品室温下自然冷却,呈淡棕红色十二烷基苯磺酸二乙醇胺中间体A。(1)中间体A防锈性能研究:参照GB/T6144-2010l国家标准,点片24h5点无锈,如图1所示。(2)中间体A腐蚀性能检测参照GB/T6144-2010l国家标准,腐蚀试验4h一级灰口铸铁,紫铜、LY12铝均为A级,如图2所示。(3)中间体A润滑性能研究:参照GB/T3142-1982(2004)国家标准,用四球机试验法测得最大无卡咬负荷PB值为598N。(4)中间体A清洗性能研究:经检测该中间体表面张力30mN/m,具有良好的清洗性、渗透性。2.2中间体b腐蚀性能研究在250ml反应器中,先加入一定量壬二酸和适量的三乙醇胺(壬二酸:三乙醇胺=1:2重量比),总量200g。开动搅拌,随后逐渐升温至160℃,在此温度下反应6h,得壬二酸三乙醇胺中间体B,产品室温下自然冷却。(1)中间体B防锈性能研究:参照GB/T6144-2010l国家标准,点片24h5点无锈,如图3所示。(2)中间体B腐蚀性能检测,参照GB/T6144-2010l国家标准,腐蚀试验4h一级灰口铸铁,紫铜、LY12铝均为A级,如图4所示。(3)中间体B润滑性能研究:参照GB/T3142-1982(2004)国家标准,用四球机试验法测得最大无卡咬负荷PB值为495N。(4)中间体B清洗性能研究,经检测该中间体表面张力30mN/m,具有良好的清洗性,渗透性。2.3润滑防腐助剂的筛选(1)润滑防锈助剂筛选。本研究选用苯甲酸钠、钼酸钠、苯并三氮唑、石油磺酸钠作为防锈剂,参照GB/T6144-2010国家标准(单片、叠片防锈性试验),防锈试验结果测得钼酸钠、苯并三氮唑、石油磺酸钠均出现1到5点锈蚀现象,只有苯甲酸钠5点无锈,润滑试验结果参照GB/T3142-1982(2004)国家标准,用四球机试验法测得最大无卡咬负荷PB值为476N,故最终筛选出本研究所用的润滑防锈助剂为苯甲酸钠。(2)分散助剂筛选。本研究选用司本-80、吐温-20、吐温-80,在25℃下,各配制成2g/L的溶液,使用表面张力仪对上述溶液分别进行测试,测得司本-80为30mN/m,吐温-80为20mN/m,吐温-20为25mN/m。上述材料清洗效果相当,但吐温80,吐温-20泡沫较多,最终筛选出清洗好并且泡沫较低的司本-80作为本项目的分散助剂。2.4筛选正交试验方案本项目以中间体A、中间体B、润滑防锈助剂、分散助剂4个因子进行筛选试验。按4因素三水平正交试验方案,如表1所示。根据防锈性能、润滑性能、清洗性能等实验结果,测得实验表中最优化配方为2-3-1-2组,取各组份如表2所示。2.5润滑防护服水产品的质量指标因防锈水目前暂时没有国家标准和行业标准规定,所以采用金属切削液国家标准GB/T6144-2010对润滑防锈水产品进行检测,结果如表3所示。结果表明:润滑防锈水产品具有优良的润滑性、防锈性、分散性。完全符合GB/T6144-2010及GB/T3142的标准。3油膜附执法切削系统微量润滑冷却系统采用广西星桂石墨烯科技有限公司的油气水三相复合微量润滑冷却系统,它与传统的两相流体润滑技术相比具有无可比拟的优越性:可自然降解油剂的油分子具有亲水基(负离子)和疏水基(阳离子),油分子会吸附到水的界面上,在油分子的扩张性影响下形成一层薄油膜,从而形成油膜附水滴。微量植物油和微量水经压缩空气和特殊喷嘴,雾化并形成表面吸附一层薄油膜(0.1μm左右)的微小水滴(100～200μm)。在压缩空气的作用下,油膜附水滴加工液以一定速度喷射到切削加工区,使最初到达工件表面的油膜,起到充分的润滑和减磨作用,从而可产生良好的润滑效果。又由于油膜附水滴进入切削区后,吸收切削热后形成气化中心,带走大量的热量,细小水珠产生相变,变成蒸汽,提高了散热能力。而“水”的来源,可选用防锈水或者直接在水中增添具有优良防锈性能的助剂,从而在加工过程中起到良好的防锈效果。该系统结构简单,采用独立容器且体积较小,可放置于加工设备周围,安装方便。工作原理:水,压缩空气由气管接头进入,经由电磁阀开关,一路进入冷却水缸,水受到压力后(水箱气压为0.3MPa)由插到水缸底部的出水管,经过电磁阀的控制后经过水量调节阀,进入油水气组合模块(水缸水量大约可以使用8～10h);气体经过电磁阀后,经气压控制按钮调整(气压为0.6～0.8MPa)后,进入油水气组合模块;切削专用油,在微型精密油泵组合阀的工作下,经油管接头从油杯中抽出,进入油水气组合模块(每小时消耗量为0～20ml/h);以上3路水、气体、油经过有效的精准控制后进入油水气同轴管输送到雾化喷嘴后到达工件表面。喷管可通过磁铁吸附在刀头上方(或直接通过螺丝固定),喷嘴可以通过弯曲管道任意调节喷射距离和喷射角度,来满足不同加工作业的需要。4聚酰胺油、天然油、玉米油、小豆油、玉米油润滑油脂一般采用天然植物油:蓖麻油、棕榈油、花生油、大豆油、玉米油等都均可。本研究微量润滑MQL加工润滑防锈优化工艺采用蓖麻油进行研究及应用。5润滑麻黄工艺条件确定本研究成果应用于广西某模具制造企业的机加工过程。(1)加工设备:江苏南通机床V600型加工中心;(2)加工材质:7075铝,45钢,A4钛合金;(3)加工工艺:铣床加工、车床加工,如表4所示。综上所述,本研究的三相混合主润滑材料优先工艺条件:(1)植物油脂:蓖麻油;(2)气相:普通大气(空气);(3)润滑防锈水。植物油脂和润滑防锈水经压缩空气和特殊喷嘴,雾化并形成表面吸附一层薄油膜(0.1μm左右)的微小水滴(100～200μm)。在压缩空气