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綠色製造技術在發動機零部件加工中的（de）應用實踐

2015-7-29 來源：數控機床市場網（wǎng）圖5 雙（shuāng）刃麻花鑽作者：上海大眾（zhòng）動力總成有限公司朱正德

摘要：微量潤滑作為（wéi）當今綠色製造技術的典（diǎn）型代表，獲得了汽車業界越來越大的關注和重視，特別是已在（zài）一些國內發動機零部件（jiàn）的實際生產中得到了成功（gōng）的應用。本（běn）文通過曲軸斜油孔（kǒng）加工（gōng）這一具體案例，較全（quán）麵地介紹了實際使用效（xiào）果，並與傳統製造（zào）工藝做了對比分析。

1，采用體現綠色（sè）製（zhì）造理念，更加節能、環保的微量潤滑技術

1.1 什（shí）麽是微量潤滑技術

微量潤滑技術（簡稱MQL）是將壓縮空氣與少（shǎo）量的潤滑冷卻液混合氣（qì）化後，高速噴射到加工（gōng）區，對刀具和工件之間（jiān）的加工部位進行有效的潤滑、冷卻，從而可大大減少“刀具—工件”和“刀具—切屑”之間（jiān）的摩擦，起到抑製溫升、降（jiàng）低刀具磨損、防止粘連和提高工（gōng）件（jiàn）加工質量的作用。由於使（shǐ）用的潤滑冷卻液（yè）很少（見圖1），又能明顯地（dì）降低（dī）冷卻潤滑（huá）係統運（yùn）行中的能源消耗，還能大大節省相應的管理費用和所（suǒ）產生的廢液處理費（fèi）用。顯然，MQL作為一項充（chōng）分體現了綠色（sè）製造理念的先進工藝技術，它在汽（qì）車製造業等批量生產行業的（de）推廣應（yīng）用是與現今的大環境和社（shè）會發展的趨勢相一致的。

1.2 微量（liàng）潤滑技術（shù）的發展及其在汽車製造業的應用概況

微量潤滑技術的應用，始於上世紀90年代末，開（kāi）始時僅局限在鑄件加工領域，此後才逐漸擴展（zhǎn）到鋼件和鋁製件（jiàn），但這項綠色製造工藝

圖1 微量潤滑在生產中的應用

在國內製造業進入實用階段則還是近幾年的（de）事。使用微量潤滑的初衷之一就是構建一個潔淨的工作環境（jìng），顯然，由於沒（méi）有過去那樣油膩濕滑（huá）的地麵、且所有切屑都是幹（gàn）燥的，因此，隻需每隔2到3周對機床進行一次清潔就足夠了。第二個初衷是以之前幾乎（hū）不（bú）可想象（xiàng）的力度達到了節約和保護資（zī）源的目標，而冷卻潤滑劑使（shǐ）用量大幅度降低，以及製備和廢棄處理工（gōng）作（zuò）量的大大減少也（yě）真正實現了相當環（huán）保的“綠色”生產。以某汽車發動機廠的缸蓋（gài）生產線為例（lì）：單台加工中心（xīn）處於循環的冷卻潤滑液約為400升/分，若（ruò）按（àn） 20 台機（jī）床算，則需從相應的流體回（huí）路中攝取 8000升/分潤（rùn）滑液。為此就需要使用容量高達 350 立方（fāng）米（mǐ）的冷卻潤滑液設備，以及用於放置所需的場地，算下來（lái）生產一個缸蓋的消耗量約4.3 升。而在應用（yòng）微量潤滑時，僅（jǐn）7 至 10 毫升就足夠了（le），尤其是若每台機床有（yǒu）兩個主軸，則每個主軸每小時所用的僅略微多於17 毫升/軸.小時。此外，在生產過程中所采用的“在兩個加工間歇中切斷潤滑劑（jì）輸送” 的技術有效地（dì）節約了資源，還明顯減少了用水量。由於省去了冷卻潤滑液係統（tǒng）回路的循環泵，同時用（yòng）於部件清潔和切屑幹燥的資源消耗量也急劇減少，因此生產過程的總能源需求量（liàng）得以顯著降低。

2，MQL 係統簡介

微量潤滑係統具有簡單、整個裝置占地（dì）麵積小，易於安裝(放)在各種類型（xíng）的機床上(旁)。MQL有（yǒu）內冷和外冷係統之分，前者氣霧通（tōng）過機床主軸，經刀具的內孔並由端部噴出，或通過原切削液管路由原噴嘴位置噴出，以達到最佳使用效果；而後者的氣霧（wù）則由機床外部引入，並由刀具外部供給。另外，MQL裝置還分為單（dān）通（tōng）道微潤滑和雙通道微潤（rùn）滑二類，其中單通道微潤滑（huá）係統（tǒng）的油霧產生於主軸之前，是通過旋轉（zhuǎn）主軸提供油霧、壓縮空氣生成並輸送油霧的。而雙通道微潤滑則是通過旋轉槍分別供油和氣（內和（hé）外兩個通道）。單（dān）通道MQL係統主要由主體、即緊湊型油霧單元，球（qiú）閥，供油單元以及相應的切削加工（gōng）單元組成，圖2是緊湊型油霧單元的（de）一例。而雙通道係統則主要由主體、即包（bāo）含供氣和產生油霧（供油）的複合單元（參見圖3），以及球閥、旋轉接頭等。

一般情況下，外冷係（xì）統適用於使用外冷（lěng）刀具（jù）的機床，如刨（páo）床、車床、銑床（chuáng）、中心鋸床等，適用的材質有銅、鋁、鎂、易切（qiē）削鋼（gāng）、中等難度切削（xuē）鋼等（děng）材料。而內冷係統則主要適用於數控車床、加工中心、孔加（jiā）工機床等。特（tè）別適合配合內冷鑽（zuàn）頭、內冷銑刀、內（nèi）冷絲錐等內冷（lěng）刀具加工。當然也適用於（yú）外冷刀具的使用場合（hé），適用材質則包括鋁合金、銅合金、鎂合（hé）金、各類鑄鐵，以及易切削鋼和中高難度切削鋼等材質。

3，微量潤滑技術在汽車發動機廠實際應用（yòng）案例剖析

在當今國內外汽車發動機行業，小排量（liàng）汽油發動機曲軸的材質均以鑄鐵、尤其是球墨鑄鐵為主，至於中、大（dà）排量（大於1.6L）汽油發動機、尤其是（shì）帶（dài）渦（wō）輪增壓（yā）功能（néng）的（de），所配曲軸中的大部分則為鍛（duàn）鋼材質。而眾所（suǒ）周知，曲軸（zhóu）作為發動機（jī）的一個關鍵零件不但結構複雜，而（ér）且有很高的技術要求，因此為了能加工出合格的工件，各個企業都會在已相對比較成熟的傳統（tǒng）工（gōng）藝的基礎上，繼續不斷地完善（shàn）、改進自（zì）身的曲軸生產工藝。進入二十一世紀以來，隨著汽車輕量化和對環保、綠色製造的日益重視，類似微量（liàng）潤滑（huá）技術這樣的新穎製造工（gōng）藝也在一些企業的實際生（shēng）產中獲得了應用。下麵就是一典型的案例。

在曲軸粗加工階段，對深孔（kǒng）、如斜油孔（見圖（tú）4）的（de）加工，迄至本世紀初，即使是多數國內的主流汽車發動機企業，所采取的依然是（shì）“槍鑽”這種已沿用（yòng）多年的傳統工藝。這種製造技術最先是由於應用於加工槍管而得名，鑒於隻需要通過一次走刀（dāo）就（jiù）能生產出具有較高精度的孔（譬如槍管（guǎn）），故多年來該工藝已普遍應用於深孔加工中。在運行過程中，使用（yòng）了（le）導向條（tiáo）對刀具進行支撐，自鑽頭位（wèi）置的（de）進油孔將切削液輸送至切（qiē）削區域，可同時實現潤滑和（hé）冷卻，既有利（lì）於排屑，之後讓切屑和（hé）切（qiē）削（xuē）液順著溝（gōu）槽被送入油箱做統一處理。也（yě）正是因（yīn）為它具有高效（xiào）、可靠等（děng）特點，至使在很多大批量生產行業（如軍工（gōng）、汽車（chē）零部件等）的工廠裏現今仍被應用著。但近年來，這（zhè）種雖然已為眾（zhòng）多企業運行多年的、相當成熟（shú）的製造工藝，因（yīn）為（wéi）其投入和使用成本偏高，在加工過程中冷卻（潤滑）液的消耗量大等種種不足，也越來越（yuè）多（duō）地引起（qǐ）了業界的更大關注。於（yú）是（shì）一些在技術理（lǐ）念上領先的企業在（zài）做新的生（shēng）產線或新（xīn）的生產能力的規劃時，就一改原來的槍鑽為“高速深孔鑽”工藝，從而為利用了微量潤滑技術創造了條件。

圖4 曲軸粗加工階段的斜油孔加工

執（zhí）行槍鑽工藝時，采（cǎi）用的是傳統潤滑方式，單單一套體積龐大的潤滑冷卻係統（tǒng）就十分（fèn）昂貴，且後續的使用成本也相當高。另一（yī）方麵，還必須有大流量（liàng），高壓力，高過濾精度的（de）潤滑冷卻液（yè），否則就會影響油膜的建（jiàn）立並造成排屑的困難。這主要是與經過“槍鑽”加工後的孔（kǒng）壁（bì）會呈現一定程度的螺旋狀密切相關，此種表麵性狀對排屑造成的不利影響，在曲軸斜（xié）油孔這樣的徑長比很大的孔的加工中顯得就更突出了，可參見圖6，此外，因為槍（qiāng）鑽（zuàn）是（shì）偏心的，還（hái）必（bì）須配有鑽套（tào）。而當曲軸斜油孔的加工采用了微量潤滑技術後，一方麵配以bielomatik（必諾）公司（sī）提供的雙通道微潤滑係統，該係統為內冷式結構。而正如前麵曾提（tí）到過的，所謂的雙通道即是指氣管跟油管乃（nǎi）分別處理，最後（hòu）才在刀具內混合後噴出。另一方麵，空加工（gōng）在由槍鑽改為雙刃高速鋼麻花鑽後，就不再需（xū）要鑽套。進而，由（yóu）於（yú）微量潤滑的油霧本身質量（liàng）就很小，且因（yīn）加工中受力對稱，形成的孔壁（bì）就較光滑（見圖5）。相應的工藝試驗則表明，應用微量潤滑（huá）還明顯地改善了工件清潔度，這是（shì）因為此（cǐ）時切屑將更（gèng）容（róng）易在（zài）加工中排出，有利於切（qiē）屑回（huí）收，而且在清洗過程中也更不易殘留。事實上，這種切削可（kě）以認為是準幹式的，相比傳統方式不但（dàn）使用成本（běn）更（gèng）低（dī），且霧化的（de）潤滑油也（yě）更利於油膜的建立。

近些年來，隨著對產品清潔（jié）度的（de）日益重視，生產線上（shàng）的（de）清洗工序也受到了更多的關（guān）注（zhù），尤其是（shì）象發動機中的那些關鍵（jiàn）零件。但另一方麵清洗工序又產生了大量（liàng）的、必須予以處理的汙水，這也對那些有社會責任心的（de）企業形成了壓力。為此，近年來一些主流汽車發動機廠在規劃新（生產）線時，出（chū）現了（le）在可能情況下（xià），盡量精減設（shè）置清洗工序數量的趨勢。仍（réng）以一家技術理念領先的汽車（chē）發動（dòng）機企業為例，不同於其建廠時的“一期規劃”，在之（zhī）後的生產綱領更大的二期（qī）、三期中，他們在考慮相應的（de）連杆、曲軸兩條生產線清洗工序的設置時，相比國內極大部分同類企業（yè）、乃（nǎi）至較早自身（shēn）的“一期”都有明顯減少，體（tǐ）現在：

--- 取消（xiāo）了（le）連杆生產線的終（zhōng）清洗工位（全（quán）線已無清洗工序）；

--- 取（qǔ）消曲軸生產線的中間清洗工位（全線隻有終（zhōng）清洗工位（wèi））

需要指出的是，也（yě）正是因為實施了或考慮到采用（yòng）類似於微量潤滑技術那些先進工藝，以及通過（guò）加強現場（chǎng）管理等手段（duàn），這在工藝規劃（huá）階段就為（wéi）達到精減清洗工序設置的目標打（dǎ）下了基礎。事實上，就如前所述，正（zhèng）因為在曲軸的粗加工階段，將加工深孔的方式由采用傳統的槍鑽工藝改變成雙（shuāng）刃高速鋼深（shēn）孔麻（má）花鑽方式，並有效地（dì）利用了微量潤（rùn）滑技術的同時，還明顯地改善了工件（jiàn）清（qīng）潔（jié）度，這也為取消曲（qǔ）軸生產線（xiàn）的（de）中間清洗工序提供了條件。

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