刀具微量润滑技术在曲轴深斜油孔加工中的应用研究.pdf

制造技术 工艺装备现代制造工程 M o d e mM a n u f a c t u r in gE n g in e e r in g 2 0 t 6 年第4 期 刀具微量润滑技术在曲轴深斜油孔加工中的应用研究 陈君宝1 胡维军2 1 湖北汽车工业学院 十堰4 4 2 0 0 2 2 东风汽车有限公司设备制造厂 十堰4 4 2 0 2 2 摘要 传统的曲轴深斜油孔加工方式存在工序分散 加工成本高和冷却液耗费大等诸多弊端 现采用高速卧式加工中心 来保证工序集中 并应用先进的刀具微量润滑 M in im a lQ u a n t it yL u b r ic a t io n M Q L 加工技术 实现曲轴深斜油孔加工的 技术突破 达到提升质量 高效 环保和低成本等生产目标 符合绿色可持续发展之路 通过曲轴深斜油孔的实际加工 对M Q L 的构成及使用条件等进行深入研究 关键词 曲轴 深斜油孔 微量润滑加工 中图分类号 T K 4 1 6 1文献标志码 A 文章编号 1 6 7 1 3 1 3 3 2 0 1 6 0 4 0 1 4 0 0 3 D o I 1 0 1 6 7 3 1 i c n k i 1 6 7 1 3 1 3 3 2 0 1 6 0 4 0 2 7 A p p lie dr e s e a r c ht o o lM Q Lt e c h n o lo g yino b liq u ec r a n kd e e ph o lep r o c e s s in g C h e nJ u n b a o H uW e ij u n 2 1H u b a iU n iv e r s it yo fA u t o m o t iv eT e c h n o lo g y S h iy a n4 4 2 0 2 2 H u b e i C h in a 2E q u ip m e n tC o m p a n y D o n g F e n gM o t o rC o L t d S h iy a n4 4 2 0 2 2 H u b e i C h in a A b s t r a c t T h et r a d it io n a lc r a n k s h a f to b liq u eo ilh o lem a c h in in gd e p t ha g ed is p e r s e dp r o c e s s h iS hp r o c e s s in gc o s t t h ec o o lin gf lu id c o n s u m in galo to fd e f e c t s ist h eu s eo fh is h s p e e dh o r iz o n t a lm a c h in in gc e n t e rt oe n s u r et h ep r o c e s so fc o n c e n t r a t io na n da p p lic a t io n o ft o o lt r a c elu b r ic a t io na d v a n c e dp r o c e s s in gM in im a l Q u a n t it yL u b r ic a t io n M Q L t e c h n o lo g yC a nr e a liz et h ed e e pb r e a k t h r o u g hc r a n k s h a f to b liq u eo il h o lem a c h in in g im p r o v eq u a lit y h ig he f f ic ie n c y e n v ir o n m e n t a l p r o t e c t io na n dlo wc o s tp r o d u c t io n g o a ls m o r einlin ew it ht h eg r e e nr o a do fs u s t a in a b led e v e lo p m e n t T h r o u g ht h ea c t u a lp r o c e s s in go fc r a n k s h a f to b liq u eo il h o leo f d e e p M Q Lc o m p o s it io na n do p e r a t in gc o n d it io n sa y es t u d ie d K e yw o r d s c r a n k d e e po b liq u eh o le M Q Lm a c h in in g 0 引言 曲轴深斜油孑L 加工是曲轴加工中的难点之一 除 了具有深孔加工的特点外 还因为孔与孔之间是空间 多角度分布 且各断面尺寸 形状和刚度均不同 给定 位 夹紧 钻孔及冷却等工艺带来很大难度 国内汽车制造厂家加工曲轴深斜油孔大多采用 如下两种传统加工方法 1 通 专 机 麻花钻刀具 分级进给加工 水冷却刀具 2 专机 枪钻 以导套导 向 高压水 油 润滑冷却刀具 以上加工工艺 工序分散 并行设备较多 占地面 积大 效率低下 投资成本较高 且污水 油 回收较困 难 针对上述问题 可利用卧式高速加工中心机床 采用工序集中的方案 并应用微量润滑技术 即将 湖北省自然科学基金项目 2 0 1 4 C F B 6 2 9 1 4 0 微量的切削油与具有一定压力的压缩空气混合并雾 化 喷射至切削区 对刀具与切屑和刀具与工件的接 触界面进行有效润滑 以减少摩擦和防止切屑粘到刀 具上 同时也冷却了加工区并利于排屑 从而显著地 改善切削加工条件 东风汽车有限公司设备制造厂应用刀具微量润 滑 M in im a lQ u a n t it yL u b r ic a t io n M Q L 加工技术 在自 主研发的卧式高速P M 5 0 0 卧式加工中心上进行曲轴 深斜油孔加工 获得用户高度评价 1 刀具微量润滑技术之曲轴 1 1 曲轴参数 图1 所示为曲轴深斜油孔外观图 曲轴材料为 S 3 0 C M S l 硬度为7 8 8 7 H R D 陈君宝 等 刀具微量润滑技术在曲轴深斜油孔加工中的应用研究 2 0 1 6 年第4 期 簖褥套一骼纂 工件 b U3 内容 曲轴 糍曼 霆毒茹i淼磬嬲 1 3 新工艺方案 新工艺方案的设备选用高速卧式加工中心 工序集 中并应用先进的刀具微量润滑技术 配置专用的刀具 对长径比较大的深油孔 在加工时为连续大进给切削 提高加工效率 减少切削液的使用 实现清洁生产 2 项目主要研究内容与应用 M Q L 技术是在压缩空气中混入微米级 油雾半径 2 0 t x m 的无公害油雾 在卧式加工中心上通过主轴 内部及刀具内孑L 喷射至切削区 代替大量切削液 实 施对切削点冷却润滑 雾粒高速供给 增加了润滑剂 的渗透性 有利减少刀具与工件摩擦 提高了刀具寿 命与加工表面质量 同时避免传统水冷产生淬火效 应 适当的高速加工使得切削层的破裂点提前出现 若及时采取措施 使铁屑破裂点高温远离刀尖 从而 保护刀具 由于润滑油的用量仅为传统切削液用量 的万分之一 从而大大降低了冷却液成本 减少了场 地使用和能源需求口 并使切削区域外的刀具 工件 和切屑保持干燥 避免了处理废液的难题 更符合绿 a 零件装配图 色可持续发展之路 2 1 油雾运输通道 微粒油雾与压缩空气混合后 通过一定的通道到 达切削区 要求通道要通畅 尽量减少盲区 涡流 同 时防止油雾凝固 在卧式高速加工中心上主轴通道 为内置单一通道 因此要求M Q L 技术有单独的微量生 成装置 使油气混合物粉碎成微粒状 再由压缩空气 送入主轴通道 图2 所示为油雾运输通道示意图 油气 混合物通过M Q L 专用管 球阀 软管进入主轴内安装 的拉杆内孔 最后到达主轴安装刀柄的前锥面内 J 柄前锥管 E 轴内拉杆内孔 图2 油雾运输通道不蒽图 2 2 气源 作为运输微粒油雾的载体 压缩空气必须要有一 定压力 压力范围为o 5 0 8 M P a 压力值与通道长短 有关 并根据切削情况进行调整 同时压缩空气本身 清洁度要高 过多的水分与杂质会影响微粒油雾的雾 化效果 减小刀具出口油雾的比例 导致刀具加工时 润滑不充分 直接影响刀具寿命与加工质量 因此具体 措施采用工业用压缩气体通过过滤器 油水分离器以及 增压泵 过滤精度为5 t x m 再进入M Q L 生成装置 2 3 刀具与辅具 刀具与辅具的具体要求为 1 刀具与辅具内置通 道的结合部须做特殊处理 保证刀辅具端面紧密接 触 2 刀具应具有优异的耐高温性能 采用大螺旋光 滑排屑槽 一膜帆专用密封零件 螺丝 图3 刀辅具结构 b 零件外观图 1 4 1 2 0 1 6 年第4 期现代制造工程 M o d e mM a n u f a c t u r in gE n g in e e r in g 图3 所示为刀辅具结构 从图3 a 可知 刀具尾部 为外锥面 安装时与专用内锥面密封环配套使用 减 少通道盲区 增强油雾混合体通过性 由图3 b 所示 专用密封零件用螺纹与刀柄连接 并且螺纹连接塑料 密封导流管 内有截面小孑L 保证油汽混合物通过 并 到达与密封零件配合的刀具的锥面上的内冷孔 特 别说明 深油孔加工刀具为带内冷的涂层硬质合金麻 花深孔钻头 如图4 所示 其内有2 条内冷孔 图4 深油孔专用加工刀具 2 4 油品选择与用量 M Q L 技术是否成功 润滑油的选择也相当重要 这是由于切削区高温高压 很难形成流体润滑 因此 要求润滑膜形成快 表面附着系数高 黏度为3 2 6 8 且能抑制刀具与铁屑 刀具与工件之间的粘结 同时 耐压耐热 防止加工时废油雾产生 另外作为环保技 术体现 润滑油还尽量选用无公害 可再生产品 推 荐使用润滑油为日本尤希路C M 3 0 T 其粘度为4 5 润滑油作为消耗品 其无法回收 设定 控制好 其输出量 对用户控制成本是有至关重要的 按油雾 生成装置每分钟最大喷射6 0 次 6 0 滴 计算 每滴油 只有1 5 形成微小雾粒与压缩空气混合 其余回归油 箱 其量约0 0 0 6 m L 即每分钟最大消耗0 4 m L 实际加工中 达到稳定优化状态后 每分钟喷射次数 一般为3 0 次左右 按一天2 班制1 0 0 开机 1 升油 约可用5 天 3 结语 经过实际使用验证 M Q L 技术实现了环保加工 同时提高了加工品质 尤其提高了刀具使用寿命 表2 所示为新旧刀具寿命对比 表3 所示为采用枪钻工艺 配置与切削参数 如表2 表3 所示 经过实际切削刀 具寿命对比 大大降低了刀具使用成本 表2 新旧刀具寿命对比 卫曼盔型 塑王塑鱼 堑卫 壁 旦卫 f 鲑 丑麈 达 12 T 0 1 4 6 2 2 深1 0 m m 斜油孔口 10 0 0 14 0 06 0 0 3 0 2 4 6 2 0 深1 7 5 m m 斜油孔约3 5 0 1 5 0 1 0 3 4 5 1 0 深8 m m 主轴颈 连杆颈 油孑L 孔口 l0 0 0 14 0 0 5 0 0 8 0 0 T I M 4 5 0 0 深3 5 m m 主轴颈 连杆颈 油孔2 0 0 3 5 05 0 1 2 0 T 0 6 妒 1 0 深8 m m 连杆颈油孔孔口 12 0 0 16 0 0 8 0 0 10 0 0 T 0 7 妒 1 0 深3 5 m m 连杆颈油孔约4 5 03 0 0 表3 采用M Q L 技术的配置与切削参数 注 r 为切削速度 m m in 为每转进给 m m r 吩为每分钟进给 m m m in M Q L 及配套技术的应用 保证了单台设备能完成 所有油孔加工 厂家投资少 无高压过滤水系统 刀具 寿命较长且效率提高 可用较高参数的连续切削 单 轴 孔 加工效率提高约7 倍 加工质量提升 孔的尺 寸精度好 表面质量提高 改善零件性能 环保 采用 无公害润滑油品且用量低 油雾少 无污水 铁屑干 燥 易运输 此生产模式是社会发展追求的必然模 式 有广泛的推广应用价值 后续的技术发展是 现高速P M 5 0 0 卧式加工中心 上的电主轴轴承的润滑可以采用脂润滑和油雾润滑 但效果不太理想 能不能与M Q L 技术共用一部分装 置 实现定时 定量油气润滑 根据电主轴受润滑点 的需油量和事先设定的工作程序 最后通过油气分配 1 4 2 器的分配 最后以一股极其精细的连续油滴流喷射到 电主轴内各润滑点 J 参考文献 1 李伟兴 低温微量润滑技术在内冷刀具应用研究 J 装