切削液过滤系统选择参考

 

    国内外多年来的实践证明，切削液及其处理品质对零件加工质量、刀具寿命、运行成本和环境**有很大影响。发动机生产线机床布置密、加工要求高，正确选择切削液处理方式更是用好切削液、让其充分发挥加工保障作用的关键。
        
        根据与国内外众多汽车发动机制造厂合作的经验，汽车发动机五大件的生产线对切削液处理系统的选择一般要考虑下列要素：
        
        ◆加工设备性质、数量；机床的工艺布置和可供选择的切削液处理系统的位置和面积；
        
        ◆被加工零件的材料（铸件、钢件、铝合金件等）、每小时产屑量？
        
        ◆从毛坯开始加工，还是从半成品精加工？
        
        ◆切削液的选择：油基？水基？合成？浓度？
        
        ◆切削液过滤精度和温度控制要求？
        
        ◆各台机床的供液量与供液压力？
        
        ◆生产线机床的排屑出液方式？
        
        根据上述要素进行综合分析考虑，才能对切削液处理系统做出正确选择，使昂贵的精密加工设备能够充分发挥其效能。在真正选择处理系统时还要考虑以下具体的问题：首先，处理系统采取单机配套还是集中处理？如果选集中，是区域小集中还是大集中？其次，采用什么样的过滤方式以及供液要求怎样与采取怎样的回液方式？*后，切削液品质管理——温度监视与控制，浓度监测与调节，自动配液补液，油水分离与除油**，净化再生与循环使用等提高运行质量、降低运行成本、改善环境保护的措施？失效切削液的处理？
        
        
        一. 单机配套还是集中处理？
        
        单机与集中的选择主要取决于机床对切削液处理设备的配套要求和工厂总体设计意图。比如流水线形式的多工位加工生产线只能采用线下汇集切屑和切削液的方式输出集中处理；而加工中心将原来许多工位的工序在一台机床中完成了，切屑和切削液就既可单独配套又可集中处理。
        
        这种选择还与机床的类型和排屑结构有关，特别是机床的排屑、排液形式，直接关乎回液方式。如果在订购机床设备时考虑这些问题，会有利于切削液系统的选择。回液方式还会影响车间环境质量，对这些污染源的控制也与切削液系统的选择有关。
        
        发动机生产线机床数量多，单机配套会需要较多辅助空间，不利于密集的工艺布置。发动机产品发展快、品种变化大，有不断更新的需要，因此柔性生产线有较大的优势。国内外追求高质量、高效率的发动机生产线还是越来越多地采用切削液集中处理，或按线做区域小集中过滤。其优点是：
        
        ◆有利于机床与物流的合理布置而且缩小设备的占地面积；
        
        ◆有利于改善生产环境、实现车间环保；
        
        ◆有利于切削液品质控制，从而稳定加工质量、延长刀具和机床的寿命；
        
        ◆有利于切削液净化再生、循环使用，减少废液排放、降低运行成本；
        
        ◆有利于切屑的环保处理和资源回收利用。
        
        由于发动机五大件是按产品组线加工的，因此按生产线做区域小集中可以使供回液系统轻量化，有利于管道架空布置，也增大了灵活性。
        
        
        二.集中处理系统过滤方式选择
        
        切削液过滤方式的选择主要取决于对切削液过滤精度的要求，因为不同的过滤方式可以达到不同的过滤精度；其次是不同的切屑性质对过滤机的要求；第三要考虑生产线排屑出液方式对过滤系统的影响。当然，投资和运行成本以及环保也是重要的考虑因素。
        
        由于厂房、设备、零件材料、加工工艺、切屑形态及切削液性质等多方面的差异，切削液集中处理可以有各种不同的系统方案选择。
        
        1．切削液过滤精度对过滤方式的选择
        
        不同的过滤方式可以达到不同的过滤精度，多级组合的过滤方式常常用来满足不同的加工工况。目前常用的大流量集中过滤方式及可以达到的过滤精度和适用加工工艺可归纳如下：
        
        1）纸带过滤（重力式、负压式或正压式）
        
        用过即弃的滤纸是各种滤材中过滤精度可以做到*高的，但用于负压式大流量过滤时，经济合理的过滤精度在20～60u左右，特别适合于磨屑过滤。由于链与刮板推移滤纸时滤纸容易被锐边切屑割破，所以一般都采加切屑预分离先从切削液中分离掉大部分切屑，让滤纸做精过滤。有切屑预分离的纸带过滤几乎可用于切削、磨削等多种加工工艺的粗加工到一般精加工，适用的切屑材质可以是钢、铸铁、可锻铸铁、铝合金和粉末冶金等各种材料。但滤纸会吸入并带走切削液，因此多用于水基乳化液，较少用于切削油。另外，一次性使用的滤材有废弃物处理问题。
        
        2）循环带过滤（重力式、负压式或正压式）
        
        循环带的缝隙可以做到几个微米到几百个微米，但是在集中大流量过滤机中循环带靠振打与净液反冲清理，细密的循环带会增加反冲洗难度，因此经济的过滤精度在100～230u左右。循环带过滤比较适合切削加工，适宜的切屑材质是钢、铝合金等没有细微粉末的材料。
        
        3）金属网筒过滤
        
        单丝的金属丝网表面过滤精度一般在5u以上，但是考虑到集中过滤大流量下的使用寿命，经济的过滤精度一般在80～120u。金属网筒过滤与沉淀式刮板排污结合成一个整体，由沉淀刮板排污预分离大颗粒切屑，一步处理钻、铣、锪、铰、磨等各种加工过程排出的切屑和脏液。金属网筒靠净液反冲再生，无滤材消耗，而且适用于各种材料的切屑。单金属丝网过滤的缺点是容易破，特别是大型网筒过滤，脏堵易破，而且换网困难。

 

 

   多层烧结网可以有单金属丝网一样的表面过滤精度，而表层过滤结构有很好的逆流清洗性能，因此反冲刷新效果好，抗压强度也大，比单金属丝网寿命长得多，可以承受较高的过滤压力，尤其适用于各种切屑的过滤。
        
        4）楔形丝筒过滤
        
        不锈钢楔形丝做成的小型过滤筒的缝隙宽度*小可以做到30u，大型契丝筒的过滤缝隙国外可以做到100u，国内目前只能做到300u。与金属网筒过滤一样，楔形丝筒也可以适用于粗加工到一般精加工的各类加工工艺，尤其适宜纤维性杂质过滤。楔形丝网筒过滤一般也与刮板排污结合成一个整体，可以不要预分离，一步处理切削、磨削等各种加工过程排出的切屑和脏液。由于楔丝筒比金属网筒刚性好、强度高，可采用刮板清理，寿命几乎无限长，精度可靠。
        
        5）反冲自洁式滤芯过滤
        
        此类由多个滤芯组合而成的过滤机采用不锈钢丝编织滤芯或楔形丝滤芯做过滤单元，用净液和压缩空气自动反冲。不锈钢丝不同的编织形式可以得到缝隙从5～70u的滤芯，一般用于后道精滤或**过滤，确保供给机床的切削液中杂质颗粒的尺寸不大于工艺规定的要求。为了减轻负荷，一般对输入脏液的杂质含量有限制，对杂质多的工况要有预过滤。
        
        6）预涂过滤
        
        预涂过滤有滤管式、滤盘式、滤板式、纸带式、循环带式等多种，自动预涂、过滤、反冲、脱液压渣，过滤精度可提高到5u以上，特别适用于磨削油的高精度过滤。预涂过滤也可用于乳化液的过滤，但磨屑与乳化液会结硬块的不能用。预涂过滤可以用多个滤筒并联全自动运行，过滤供液量可以达到每分钟几千升。
        
        2.不同的切屑性质对过滤方式的选择
        
        为了减轻精过滤负荷，大流量集中过滤一般应当设置切屑预分离。钢、铸铁等重金属切屑会沉淀，可以选择沉淀式刮板预分离加后级精过滤比较合适。铝合金类轻金属的切屑会漂在切削液上不沉淀，不能用沉淀式刮板分离，可选择楔形丝通过式刮排分离。
        
        切屑的形状也影响过滤方式的选择，短切屑或颗粒状杂质可以选择金属网、楔形丝等无滤材消耗的过滤方式。长切屑或卷曲缠绕的切屑，需要先行分离或碎屑后送入集中过滤系统，可按短切屑或颗粒状杂质选择过滤方式。而磨屑类粉状杂质尤其是精细磨屑，应当选择用即弃的滤纸过滤。
        
        铸铁、球墨铸铁等含有许多游离碳的粉状切屑或磨屑往往与油粘在一起，很容易“糊”着滤网或滤纸，使滤网自清理效率下降，使滤纸使用寿命缩短。应当选择带分离装置的过滤方式，在油粉混合物进入过滤系统的初期先行分离，以减轻对滤网或滤纸的**影响。
        
        概刮起来：
        
        1）“单级真空抽吸式集中过滤”适合于无锐边切屑的磨削冷却液精过滤，如曲轴凸轮轴加工；
        
        2）“沉淀刮板排屑预分离 +金属丝网或楔形丝筒过滤”适合于有锐边重金属切屑的切削液一般精度过滤，如铸铁的缸体缸盖加工；
        
        3）“沉淀刮板排屑预分离 +真空抽吸式纸带精过滤”适合于含锐边重金属切屑的切削液精过滤；
        
        4）“楔形丝刮排预分离 +网筒过滤”适合于铝合金等轻金属切屑的切削液一般精度过滤，如铝合金缸体缸盖加工；
        
        5）“楔形丝刮排预分离 +纸带过滤”适合于铝合金等轻金属切屑的切削液高精度过滤；
        
        6）“预涂过滤”*适合于磨削油或不会结块的含磨屑乳化液的精密过滤。
        
        不管采用哪一种过滤方式，在供液输出前加一道**过滤可以确保系统的**性。**过滤常常采用自清理的金属网滤芯过滤机或楔形丝滤芯过滤机。
        
        3.不同的机床排屑出液方式对过滤机布置方式选择的影响
        
        生产线机床会有不同的排屑出液方式，也会影响过滤方式的选择。
        
        生产线下直接排屑出液的，或排入地面的排屑回液长槽输入地罐再泵入地面上的过滤系统，或排入地沟直接流入地坑中的过滤机。过滤机有地上地下两种布置方式。
        
        由加工中心组成的生产线一般配有单机回液箱和回液泵，可以将切削液与切屑一起泵入回液管送入过滤系统。也可用刮排回液长槽集中收集各台加工中心排出的切削液和切屑，一起泵入过滤系统。过滤机可以放在地上。
        
        有长屑排出的机床可以配碎屑机碎屑后与切削液一起输送，也可用内置刮板排屑机将切屑与切削液分离后分别输出。过滤机也可以放在地上。
        
        因此，生产线的回液方式要与过滤方式及过滤机的布置方式一起考虑。过滤机可全部放在地面上或全部放在地坑中，也可以部分放在地坑中，部分放在地面上。

        一．供液要求与回液方式选择
        切削液的供液压力是保证机床正常工作的重要因素，一般都采用恒压变流量的供液控制方式。如果需要，可以在供液总管上配置切削液流量和压力在线监测装置，监视切削液的供液动态。
        集中过滤的供液和回液大体有两种方案：一是全部架空走管，即供液管与回液管全部架空布置；二是架空供液、地沟回液。
        1）架空供回液方式：
        供液管由总管、干管和支管输出组成，架空固定在立柱上，集中过滤系统的过滤供液泵将干净的切削液按要求的压力送入供液管，由支管通过阀和接管将切削液送入机床。机床可加装电磁阀控制供液或切断供液。
        从机床流出的脏切削液通过出液槽流入配套的回液箱，由回液泵将切削液连同切屑一起抽送并向上打入架空回液管，送回过滤机。或者多台机床配一个排屑回液长槽和一个回液地罐，由干式回液泵抽吸脏液和切屑，一起打入回液管，送入过滤系统。
        回液管端头接入供液管送入的切削液，用来输送污液并冲刷回液管，防止污泥沉淀。
     2）地沟回液方式：
        从机床流出的脏切削液流入地沟，在地沟冲洗液的帮助下，切削液连同切屑一起送回过滤机。或送入地坑回液箱，经沉淀分离粗切屑后再由回液泵送入过滤机过滤。
        回液地沟由钢板制作，设置嵌套式喷嘴接力冲刷地沟，地沟的适当部位引入供液管送来的大流量净液高速冲刷回液地沟，防止切屑污泥沉淀，并**回液地沟内的杂质和污油，****的滋生地。
        3）地沟管道供回液方式：
        生产线机床排出的脏液通过每台机床的回液槽流入干地沟中的回液管，再流入地罐送入过滤机或直接流入地坑中的过滤机过滤。
        干净的切削液也可送入干地沟中的供液总管，由供液干管和供液支管送往各机床和各冲屑点。每个干管都装有流量调节伐，以正确分配供液量。每个供液支管与机床连接处装有球伐或电磁伐，供机床控制切削液开关。
        4）架空式刮板排屑回液槽
        对于切屑量特别大的加工，也可用架空刮排回液槽做集中回液的，刮排回液槽可以将绝大部分切屑从切削液中先分离出来，送入切屑处理单元，切削液送入过滤机过滤，这样可以大大减轻后道过滤的负担。
        比较不同的回液方式可以看出：
        地沟回液没有泵以及使用泵回液带来的各种问题，而且地沟可兼作贮液箱用于过滤机检修维护时贮存全部切削液。但是地沟回液也有许多无法避免的缺点：切削液用量大增、过滤机相应增大；开放式回液的切削液容易污染变质，使得切削液日常维护费用增大；地沟要人工打开盖板清理，车间里会弥漫切削液的气味，环境质量难以改观；车间平面布置因此被固定不能改变，以后的调整非常困难。
        因此，北美和欧洲越来越倾向于全架空供回液方式，并将它命名为“PUMPOVER”系统。架空供回液的显著优点是：
        切削液用量少，过滤机相应减小；切削液在管道中传输不容易被外界污染，切削液维护成本低；“PUMPOVER”的回液速度在2.5m/s左右，切屑不会在管道中沉淀；封闭式输送可保证车间里空气不受污染；平面布置很容易改变，有利于今后的产品调整。
        “PUMPOVER”也有缺点，那就是回液泵故障会带来严重后果。应当选用高可靠性的切屑回液泵。
        当然，这两种方式的选择还与机床的类型和排屑结构有关，要综合考虑并对机床供应商提出相应要求。特别是机床的排屑排液形式，直接关乎回液系统的设计和车间空气质量，如果在订机床时就提出要求，那么不仅回液系统的造价可以降低，车间环境质量会因污染源被控制而大大改善。
        
        四.切削液的品质管理选择
        1）切削液温度控制
        切削液的温度变化会引起钢件变化。为了保证大批量加工的发动机零件尺寸公差离散性小，应当将切削液的温度控制在工艺要求的范围内。
        在有工艺冷水的情况下，加板式换热器就可以调节切削液的温度。如没有工艺冷水，可选用控温冷水机提供冷水源，通过板式换热器冷调节切削液的温度，使冷却液控制在工艺要求的温度上。
       2）切削液浓度监视与控制
        切削液浓度也是影响加工质量的重要因素，需要实时监控。特别是切削液消耗补液时，需要控制补水量和浓度。因此，集中过滤系统应当配置比例配液和自动补水装置。
        用计量泵的比例混合配液装置可以实现**的原液计量和净水混合。计量泵的柱塞结构可以**抽吸并计量注入的浓缩冷却液原液，与准确计量的纯净水按设定的比例正确混合，制备上等的切削冷却液。
        切削液总量低于循环量下限时，由液位传感器发出的补水信号启动由电磁加水阀和比例混合装置组成的加液补水系统自动补水，可保持要求的切削液浓度。
        3）油水分离
        机床润滑油或漏油与冷却液一起被泵抽吸高速输送会发生机械性乳化，产生许多悬浮在切削液中的细微油滴，成为滋生**的养料。**分解、破坏冷却液，使之腐败发臭，并使切削液有效性能降低，影响加工质量和刀具寿命，腐蚀模具与机床。为了避免切削液腐败变质，过滤系统需要及时将这些浮油从切削液中分离出来。
        浮堰式浮油收集器可以随液面波动将抽吸器的吸口自动维持在切削液液面下2~3mm，连续抽取切削液表面浮油。抽出的油水混合物送到油水分离器中，将悬浮的油滴从切削液中分离出来使其浮到表面，*终分离油和水并取出污油。
        有效的油水分离技术能减少**，延长切削液使用寿命。
        4）净化再生、循环使用
        实际生产中，水基切削冷却液使用一段时间便会污染变质，*终变成废液排掉，要另外更换新配制的冷却液，不仅冷却液消耗量大，而且费工费时、污染环境。切削液净化再生可以长期保持切削液功效并循环使用、减少或避免失效排放。
        冷却液净化再生的基本内容是在使用中不断地深度分离切削液中的固体废物和污油，并且富氧循环，使得**无法繁殖生存，再经过原液补充调配，使切削液在运行中始终保持应有的性能，可以反复使用，*大限度地减少或避免失效排放。
        实现净化再生可以大大减少切削液消耗量、降低生产成本。如果做到无废液排放，更有利于环境保护，意义重大。今天的技术已经完全可以实现这样的目标。
        切削液具有冷却、润滑、冲洗、防锈四大功能。对缸体、曲轴等要求高效切削加工的生产线来说，切削液集中处理是十分重要的辅助保障系统，需要在做规划时仔细研究，正确选择合适的过滤系统。这样才能保证加工质量、提高生产效率，同时大幅度降低切削液使用成本，并实现环境保护。