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微量润滑(MQL)–为工业 4.0 做好准备

MQL 气溶胶的油量、体积流量和压力可以直接在数字过程链中考虑。与传统的金属加工液相比,这具有明显的优势。

图 1:良好的喷涂性能

金属加工液的有效输送

Metalworking fluids, minimum quantity lubrication and cryogenic components are complex issues. Regardless of the method, the basic objectives of the cutting industry are high process reliability and high productivity. In addition to the economic ideas, ecological aspects are playing an increasingly important role. When things work out well, they can, in turn, also offer potential savings in energy and other resources.

All metalworking fluid-related lubrication methods, including MQL, have a common characteristic: continuous targeted feeding of the metalworking fluid into the cutting zone. The metalworking fluid must be delivered accurately onto the rake and flank face of the cutting tool. This can best be achieved by means of an internal metalworking fluid supply.

微量润滑(MQL)的工艺和优势

MQL 过程产生由油气混合物组成的气溶胶。这种混合物形成保护膜,减少摩擦,直接防止刀具磨损。切削刀具的冷却是通过压缩空气、湿表面和蒸发焓的强制对流来实现/控制的。

高速切削(HSC)或高进给切削(HFC)等工艺是使用 MQL 成功切削的基本先决条件。在这种情况下,MQL 优化的切削过程需要更小、恒定的包角,以减少输入到刀具中的总热量。

近年来,MQL 设备、输送系统和切割工具本身都取得了重大进展。与湿式加工相比,MQL 是一种更灵活的应用,因为进给的流体量更小。然而,由于流体的这种减少,必须密切注意使用 MQL 气溶胶连续和有针对性地进给切削刀具。低能耗、零件和芯片的清洁度以及良好的材料兼容性是该方法的进一步优势。

 

MQL 和工业 4.0

与传统金属加工液相比,MQL 和现代 MQL 系统在数字工艺链中的集成可以更容易、更快速地实现。各种参数(如浓度、pH 值等)的定期测量变得完全没有必要。由于 MQL 通常意味着油,因此检测杂质、颗粒大小等几乎不会造成任何问题。在 MQL 加工过程中,现代 MQL 系统会记录进油量和压缩空气量(体积流量和压力)。这些数据可以直接链接到数字流程链中的产品和流程数据。因此,在所需的时间,从刀具到机床的所有基本过程变量、进给、速度以及润滑剂供应都可以得到监控。
可以根据 Ivan Iovkov 博士(参见 Iovkov,2016 年)调整和估计压缩空气消耗、相关功耗和损失等考虑因素。喷嘴排放期间的气溶胶质量和油分测量是更复杂的任务,但是,可以通过机器操作员对相应工具进行独特的主观调整来解决。

以下不锈钢(Inox)高进给切削示例非常好地展示了 MQL 策略的潜力。

在 Blaser Swisslube 技术中心成功尝试 MQL

直到最近,1.4307 的铣削过程主要是干式加工。该项目的目的是使用 MQL 优化流程并实现附加值。第一步是比较各种 Fraisa 铣削工具和 Blaser Swisslube 制造的 MQL 产品。随后,使用最佳刀具尺寸和最佳 MQL 油对不同工艺进行了评估。整个过程的整体视图对于优化 MQL 加工至关重要。这包括 MQL 设备本身、气雾剂以及准备和交付。必须从一开始就为 MQL 交付设计工具。只有在工具排放喷嘴处产生具有良好喷雾行为的恒定且一致的气溶胶(图 1)时,才能成功实施改进。

结果:更长的刀具寿命和更高的生产率

在测试期间,MQL 产品 Vascomill MMS FA2 表现出令人印象深刻的性能,有助于将刀具寿命延长 243%,同时提高进给率和切削速度。后者从 130 m/min 增加到 390 m/min。这确保了总生产率提高了 70% 以上。此外,最佳 MQL 策略防止了切削刃上的积屑瘤(图 2)。

图 2:MQL 防止积聚边缘

刀具寿命延长 12 倍

铝合金、传统钢和不锈钢等材料为 MQL 加工提供了非常高的潜力,因为热量很容易通过切屑散发。在涡轮增压器生产领域,与传统金属加工液和干式加工相比,刀具寿命提高了 12 倍。这是因为脆硬的可转位刀片在冷却液加工过程中会对温度变化做出反应。此外,传统的冷却液加工还需要可延展的刀片和涂层。这就是 MQL 加工的优势。(图 3)

图 3:12 或 24 个工件时的 MQL(最小量润滑)加工与用于车削 1.4837 低镍的湿式加工(金属加工液)

使用 MQL 进行钛加工

难以加工的材料,如钛和铬镍铁合金,是 MQL 应用的主要挑战。在螺纹滚压和钛切削领域可实现出色的刀具寿命和切削速度。然而,在铣削和钻孔中,相应的刀具和加工策略尚未完全确定。在这方面,一些问题仍未得到解答。有必要进一步研究和深入了解加工过程及其进一步发展。

参考:

伊万·约夫科夫(2016):Technologische Analyze des Tieflochbohrens mit Minimalmengenschmierung und simulationsbasierte Kompensation des Mittenverlaufs, ISF TU-Dortmund