中国大陆仅机械工业废切削液使用效果与供给与净化

中国大陆仅机械工业废切削液使用效果与供给与净化

在切削过程中，必须合理使用切削液。切削液的使用效果，不仅与切削液种类、品牌的正确选择有关，还与其供给和净化方法有关。正确的供给和净化，不但可以提高切削液的使用效果，而且可以降低工件表面粗糙度和提高工件加工精度，延长刀具的使用寿命。使用过的废切削液中含有大量的矿物油和表面活性剂（乳化剂），过去由于对其危害性认识不足，直接排放。随着工业的快速发展，这种含油废水的排放量日益增加，据不完全统计，仅中国大陆机械工业每天排放的废切削液就达2亿多吨。含油废水对环境的污染越来越严重，从河流到溪流，几乎都受到不同程度的污染，严重影响水生动植物的生长、农业灌溉和人民的生活用水。 另外，废切削液中的表面活性剂更难去除，因为它的作用是使矿物油高度分散在水中，而很多乳化剂都有增加致癌物质的副作用，比分散油污染危害更大。因此，未经处理的废切削液绝不能随意排放。废切削液的回收利用，不仅符合环保要求，而且节约能源，降低生产成本。

切削液供给方法及其改进

1. 常见供给方式及其改进

目前生产中常用的切削液供给方法有两种：浇注法和内冷法。前者用齿轮泵或低压泵（0.1-0.2MPa）通过管道和喷嘴将切削液直接浇注到刀具前表面与切屑的界面和刀具后表面与工件接触面积上。这种方法最简单，但供液效果差，切削液消耗量大。内冷法多用于油孔钻、深孔钻、射吸钻、套料刀和单刃镗铰刀等孔加工刀具上。需要在刀体上开供液孔，然后将高压（1-10MPa）、高速的切削液流引入刀体并喷射到切削表面上。这种方法供液效果好，但需有专门的切削液供给系统，使用受到限制。

目前研究表明，切削液最有效的方法是“蒸汽束”喷淋冷却法，这种方法接近干切削，而且切削液消耗少，加工成本低。众所周知，湿切削中切削液的使用和回收费用在机械加工中占了相当大的比重。据德国的一项统计，在高生产率的工业部门中，切削液及其管理费用加起来占加工费用的16%，而刀具费用只占4%。在与切削液有关的总费用中，22%是切削液的加工费用，而采用干切削就节省了这部分费用。

“蒸汽束”喷雾冷却是将切削液用空气在一定压力（0.3-1.0MPa）下雾化并以很高的速度喷向切削区，使处于雾化状态的切削液液滴在该区域高温下很快汽化。由于液体汽化时吸收大量的热量，可大大降低切削区的温度。同时切削液还能带走切削区和空间内的热量和粉末，改善工作环境。实践证明，在使用相同量的切削液时，“蒸汽束”喷雾冷却在相同时间内吸收的热量是浇注法的1000倍。因此，它不仅可以增加刀具的使用寿命，而且可以大大减少切削液的消耗。根据德国格林（）公司的试验，一些汽车生产线采用“蒸汽束”喷雾冷却，每班仅耗油半杯，可使用廉价的工厂衍生油。 “蒸汽束”喷雾冷却既适用于自动生产线，也适用于一般的金属切削加工。普通钻床上用“蒸汽束”供给切削液的装置，由储液罐（包括工作部分和溢流部分）、过滤器、集液盘、喷嘴、箱盖、喷雾器、气阀、节流阀、水管、管路等组成。工作时，打开气阀，压缩空气以Pc=0.4MPa的压力从管路中压出，产生高压气流。当高压气流经过水管上部时，产生负压，将切削液从储液罐中吸出，打成液滴状。上述高压气流携带着微小的切削液液滴，渗入切削区域，在高温下会迅速汽化，吸收大量的热量，从而有效降低切削温度。 收集在集液盘中的废液可经过滤器过滤后流回储液罐继续使用。节流阀用于改变管路中的压力来调节切削液的流量。气阀可通过电信号（通过直流电压U=24V）操作。使用表明，该装置结构简单，使用方便。

美国一家汽车制动器厂在自动生产线上采用一种依靠重力排屑的新型“蒸汽束”冷却钻孔方法。它将工件翻转安装，用钻头自下而上钻孔，使切屑靠重力落下，同时用“蒸汽束”喷水冷却刀具和工件。据悉，这种方法比用切削液高压冲洗的方法效果更好，可以使刀具有更长的使用寿命。

据悉，俄罗斯“罗什技术”研究生产公司研制出了一种静电冷却干切削（空气冷却的一种）生态净化工艺，该工艺已在30多个国家获得专利，并在美国、德国、日本、瑞士等工业发达国家得到应用。静电冷却干切削技术的本质是将经过放电处理的空气输送到切削区，在很多情况下可以代替切削液的使用。切削时产生的热电流通过切削区，使工件和刀具的硬度下降。在正确选择设备工作规范的条件下，可以减小通过刀具的电流（可减小到零），扩大通过工件的电流（加倍）。这样，可以减少刀具硬度的下降，增加工件切削层硬度的下降，从而提高刀​​具的寿命（可提高1.5～4倍），提高工件加工表面的质量。 在切割不锈钢、钛​​合金等难加工材料时，这种效果尤为显著。

2、切削液集中供给方式

目前一些工业发达国家已采用切削液集中供给方式，所谓集中供给就是将多台切削方法、材料相同的湿式加工机床的每台机床上的独立切削液供给装置合并为一个供给系统。

集中供液采用大循环、大流量、大行程液体回流，因此切削液热量迅速散发，供液系统温度低，在周末、节假日等停机期间有内循环，使大流量切削液不间断流动，有效抑制细菌滋生。同时也便于对切削液的性能指标(如pH值、浓度、泡沫等)进行自动控制，保证切削液的质量。另外，集中供液还便于对脏污的流体进行集中净化，保护生态环境。国内上海大众汽车有限公司发动机厂采用切削液集中供液后，切削液平均寿命比单机分散供液提高2.5倍，取得了显著的经济效益。但集中供液的一次性投资成本较高。

切削液净化处理及其装置

1、切削液净化的重要性及其处理方法

过去人们认为只有在滚压、磨削等精密加工中，才需要使用经过精细过滤和净化的切削液。但近年来的研究表明，如果切削液中的杂质（如切屑、砂轮粉等）由40μm降低到10μm，刀具寿命可延长1～3倍。由于人们用肉眼看不到小于40μm的颗粒，因此切削液中的杂质，当其粒径小于20μm时，特别是2～10μm的颗粒，往往被人们忽视。然而，这些看不见的杂质对金属切削的影响却不容低估，因为在切削过程中，它们会进入刀具前表面与切屑的界面和刀具后表面与工件的接触面积，从而产生强烈的摩擦，提高切削温度，大大降低刀具寿命，并使加工表面的质量变差。 因此，目前研究认为，无论是精密加工，还是钻、铰、扩孔、镗孔等普通加工，为了提高刀具寿命和可靠性，提高零件加工质量，都应使用净化切削液。另外，洁净的切削液还可以防止微生物的生长。

切削液的净化就是要及时除去工作中带入的碎屑、砂轮粉等杂质。常见的净化方法有：过滤、分离。过滤法是利用铜丝网、布网、泡沫塑料等多孔材料制作过滤器，除去切削液在工作过程中产生的杂质；分离法是利用重力沉降、惯性分离、磁分离等装置除去切削液在工作过程中产生的杂质。实际生产中，往往几种方法联合使用。

2.切削液净化装置

以切削液多级过滤净化装置为例，它不仅制造简单、结构紧凑，而且过滤效果好，能保证切削液具有较高的洁净度。该装置由液压泵、涡流分离器（粗滤、精滤）、磁选器、高压密封箱、过滤箱、储液箱、溢流阀、控制阀等组成。工作时，液压泵从储液箱中抽取切削液，压入第一级涡流分离器，使切削液中10～25μm的杂质分离出来，然后充满整个密封箱并在箱内产生高压。当压力达到一定值时，切削液被压入第二级涡流分离器进行精滤净化，5～10μm的细小颗粒被分离出来。经过上述净化处理后的切削液即可通向机床工作区使用。 使用过的杂质较多的切削液和涡流分离器产生的沉淀物经回收装置的锥体流入过滤箱，经磁分离后，含切屑的杂质得到初步处理后流回储液罐继续使用。在使用过程中，如果需要暂时切断切削液的供应（例如更换加工零件），只需关闭控制阀，切削液就会通过溢流阀流回储液罐，整个过滤净化系统就可以不间断地工作。

俄罗斯研制出一种基于转子-定子系统的切削液净化装置（俄罗斯专利发明号），其原理是利用流动的切削液经过变截面的孔时，产生较大的压力降和速度梯度现象，可获得高度分散、细腻的切削液，切削液中的颗粒可破碎至0.8-1.2μm。据说这是目前净化切削液最有效的装置。

该装置由机体、定子和转子组成。工作时，由液压泵从储液罐中泵送上来的切削液在重力作用下，通过装置内的进液管输送到装置内或进入旋转的转子内腔，形成大的柱状液滴，在液流压力和转子盘产生的离心力作用下，将粒径30～40μm的颗粒杂质沿径向迅速带走并涡旋分离。而液流则穿过转子上的小孔，迅速流入定子的通道孔，同时有一部分液流进入定子与转子形成的径向间隙，将5～20μm的细小颗粒分离出来。由于转子的转速很高（可达3000r/min），从定子通道孔喷出的液流形成强烈的螺旋状涡旋，集中在机体与定子组成的涡旋工作室中。 另外，由于高速旋转的转子能周期性地堵塞定子的进液通道孔，从而达到脉动供给切削液的要求，起到激振、破碎的作用，进一步分裂切削液中的颗粒。因此，从涡流工作室出口流出的切削液将是高度分散、细腻洁净的切削液。经过上述多重涡流处理后的切削液可引至机床工作区使用。

切削液中油的回收与处理

使用过的废切削液中含有大量的矿物油，如制备一吨乳化油需用600-800公斤机械油，为了节省能源，必须回收利用。由于油一般悬浮在切削液表面，可采用回收装置。是利用浸入液体中的旋转甩油板来实现的。浮油粘附在甩油板上，用刮刀将油刮落，沿溜槽流入油箱。然后用柱塞泵将油从油箱中抽出，输送到容器中。甩油板的旋转是通过传动机构来实现的。

一种从使用过的废乳化液中回收油的装置，由储液罐、储油罐、电子浮选装置、管式超滤器（超滤机）、液压泵、循环容器组成。工作时，将使用过的乳化液通入储液罐，罐内需加入少量破乳剂，以除去乳化液中的表面活性剂（乳化剂），破坏乳化液的稳定性，促使油水分离。储液罐表面悬浮的油层部分进入储油罐，处理后的乳化液大部分进入循环容器。部分乳化液由液压泵输送到超滤装置，通过半透膜进行超滤。其中，水和溶解的低分子物质可通过膜上的缝隙流入循环容器，循环使用或排至工厂净化池，而油等高分子物质则送入电子浮选装置。油将以悬浮凝聚状态分离出来，进入储油罐备用。 电子浮选装置中另一部分液体仍流回循环容器继续循环处理，该装置经过6-8小时的工作循环，可将使用过的乳化液中的油回收，这些油可作为工厂的辅助产品，如提供给建材部门作为多孔烧结粘土的原料，或替代重油或作为燃料燃烧时添加的辅助原料。