深孔铣削滚压用切削油的研制及应用

深孔铣削滚压用切削油的研制及应用

0粗铣道工序加工液压机通常由主缸、主缸、活流和端盖组成。其中的主要部件缸筒,通常采用无缝钢管在深孔镗床上镗孔后进行珩磨或滚压加工而成,即需经过粗镗、精镗和珩磨3道工序才能完成,生产周期长、且经过几次装夹转换,加工误差比较大。20世纪90年代末加工圆柱形管子内径的专业设备———镗孔滚光机(Skiving&RollerBurnishingMachine,SRB)进入我国,SRB实现了粗镗、精镗和滚压一次完成,对提高缸筒的同轴度、耐磨性有很大作用,也提升了油缸的产品质量层次。SRB机床外形如图1所示。SRB加工精度高,对配套加工所需的切削油也提出了很高的要求。本文对镗削-滚压用切削油的研制及在油缸加工中的应用情况进行介绍。1铣削-滚压组合加工切削油镗削-滚压组合工艺中一般滚压器的前部安装2把刀体用来镗孔,一把为粗镗刀,另一把为精镗刀。滚压器中部的滚压部分由滚道、滚柱、保持架和挡销等组成,滚压器的后部为支承部分,用螺纹与镗杆联接。采用滚压加工时,由于表面层留有表面残余压应力,所以有助于表面微小裂纹的封闭,阻碍侵蚀作用的扩展,不仅提高表面抗腐蚀能力,并能延缓疲劳裂纹的产生或扩大,因而可提高缸筒的疲劳强度。另外,通过滚压成型,滚压表面形成一层冷作硬化层,能提高缸筒表面的耐磨性,降低油缸杆、活塞运动时对密封圈或密封件的摩擦损伤,提高了油缸的整体使用寿命。镗孔滚压工艺对切削油主要有以下几方面的要求:1)冷却性。深孔镗削加工时的散热条件不好,使切削油的冷却效果不易发挥需要选用黏度适中的渗透性和流动性好的基础油;2)合适的润滑性,包括较好的减摩性和优良的极压抗磨性。由于镗削-滚压组合加工工艺的生产效率高,加工速度是珩磨的近20倍,为确保油缸使用时的表面平度高,对气缸活塞的磨损小,需要切削油有非常恰当的润滑性;3)一定的防锈性,即确保所加工油缸在储存期间及装配后的防锈能力。此外,还要求切削油有较好的抗氧化能力,在使用过程中对人体无不良影响,无刺激性气味,对环境无污染。2油压机产品的开发2.1基础油的制备深孔镗削加工时将产生大量的热,过高的温度不仅会降低刀具强度和硬度而使刀具寿命缩短、磨损快,同时受热变形还要影响工件的尺寸精度。选用黏度适中的、渗透性和流动性好的基础油配制的切削油可以及时将这些热量带走,同时利用较好的液流机械冲洗作用冲走切削加工时产生的大量金属碎屑,防止这些金属碎屑颗粒粘结,影响工件的表面质量。本文根据镗削滚压工艺的要求,结合基础油来源充足、经济性合理的选用原则,选择了优质矿物油HVI75和HVI150作为研制产品的基础油,产品的40℃运动黏度范围定为18～24mm2/s。2.2添加剂的筛选产品研制过程中分别对油性添加剂、极压抗磨剂、防锈剂和抗氧剂进行了考察。2.2.1油膜原料的筛选油性添加剂或称减摩剂,是一种带有极性基团的有机化合物,这些化合物在金属切削过程中通过极性基吸附在相互接触的金属表面,形成足够强度的物理吸附油膜,防止或减少金属之间在一定工作负荷下的摩擦,达到提高产品精度和降低粗糙度的作用。产品研制过程中筛选了较多的油性添加剂,主要有动、植物油和合成酯等,包括多种植物油、脂肪酸酯和多元醇酯等。筛选方法主要是考察样品的摩擦因数,在相同条件下选择摩擦因数较小的样品,其减摩性较好。经过试验考察,最终选用了减摩性优良、经济性好的长链脂肪酸酯型油性添加剂产品。2.2.2提高切削油的润滑性极压抗磨性是深孔镗削加工油的主要使用性能之一。由于油性剂的油膜一般在200℃左右将被破坏而失去润滑作用因此在用于深孔镗削加工时必须要加入极压抗磨剂。高效极压抗磨剂可在刀具与被加工表面上形成剪切强度低的反应膜,减少加工过程中的功率消耗、减少切削阻力,有效提高切削油的润滑性能,使加工后的油缸获得粗糙度值很小的内壁。在筛选极压抗磨剂时,主要从样品的气味、稳定性、最大无卡咬负荷(PB)、磨斑直径和经济性等方面进行考察。试验采用GB/T12583《润滑剂极压性能测定法(四球机法)》进行PB和磨斑直径的试验,PB值高,代表油品的抗负荷能力较强。筛选试验数据见表1。根据表1所示试验结果,选择磷化物P1作为镗削-滚压用切削油的极压抗磨剂。在适中应力条件下,有机磷化合物作为抗磨添加剂操作效果好。这类添加剂主要是中性和酸性磷酸酯衍生物及其金属盐。2.2.3油、金属界面上的缓蚀剂为确保加工后的油缸杆有一定的工序间防锈能力,同时保证油品具有长期稳定的防锈性,须选择防锈性能好的防锈添加剂。油溶性防锈缓蚀剂大多是表面活性剂结构,缓蚀剂的极性分子定向地吸附在油、金属界面和空气界面上。由于定向吸附的结果,缓蚀剂在油、金属界面上的浓度远远大于它在油中的浓度,可以防止或明显减缓金属锈蚀的进程。试验期间分别考察了油溶性磺酸盐防锈剂和羧酸类防锈剂。磺酸盐类防锈剂对各种金属具有良好的防锈性;羧酸类防锈剂具有防锈和辅助成膜的双重作用。实验室主要试验项目为湿热试验,在49±1℃的湿热箱内对涂敷有防锈剂的10钢的4块钢片进行防锈能力考察,记录不发生锈蚀的最大天数值,防锈剂筛选试验数据如表2所示。本产品研制过程中最终选用了油溶性好、颜色浅、加入量小且抗湿热的羧酸类防锈添加剂。2.2.4影响产品润滑品质的因素油品老化的较典型特征是变色。在后期,油品黏度开始显著上升,生成酸氧化产物,其可引发腐蚀金属和影响油品润滑质量等问题。使用抗氧剂可大大延缓此老化过程。抗氧剂分为酚类、胺类、有机磷和硫类等。抗氧剂主要通过自由基清除剂优先与自由基氧化产物反应,生成共振稳定的自由基,以停止自动氧化过程的扩展。镗削-滚压用切削油采用对酚类和胺类抗氧剂的复配,来有效延长切削油的寿命。2.2.5组合表明综上所述,最后确定研制的镗削-滚压用切削油的配方,基础油采用优质矿物油HVI75和HVI150调和,添加剂的加入量如表3所示。3主要技术指标将研制的镗削-滚压用切削油与市场上应用的同类切削油产品进行性能对比,结果见表4。由表4所示可以看出,研制的镗削-滚压用切削油具有较好的润滑性,同时产品的酸值低,铜片腐蚀结果为1b级,即防锈防腐蚀性能良好。本文研制的镗削-滚压用切削油主要技术指标见表5。GB/T265为石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法国家标准;GB/T3535为石油倾点测定法国家标准为石油产品闪点和燃点测定法开口杯法)国家标准;GB/T12583为润滑剂极压性能测定法(四球机法)国家标准。4初加工工艺及设备实例一:将研制的镗削-滚压用切削油在三一重工集团下属液压件生产企业的韩国进口SRB上使用,主要加工液压缸钢管内壁,加工材质的布氏硬度为320HB,转速约为500r/min。自2008年10月使用以来,油品持续稳定,其润滑性能、冷却性能好,加工工件表面粗糙度低,用户对产品比较满意。实例二:在无锡某大型机械公司使用,设备为TZH-220-6000数控镗削滚压机,现场设备如图2所示。该公司主要生产高速数控镗孔滚压机、高精冷拔管、珩磨管和特大液压缸等产品,工件材质为20钢、40钢。自2009年5月使用笔者研制的镗削-滚压用切削油后,与原用油相比,现场