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    MQL在某大型螺旋錐齒輪機(jī)床應(yīng)用的研究

    2015-05-07 09:49:26楊林盧璇
    機(jī)械工程師 2015年5期
    關(guān)鍵詞:錐齒輪切削力波動

    楊林, 盧璇

    (沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,沈陽110870)

    0 引言

    隨著國內(nèi)外切削技術(shù)的不斷提高和人們對環(huán)境保護(hù)和健康工作的要求,切削液的應(yīng)用受到了限制且使用切削液的費(fèi)用約占零件制造成本的16%,磨削液的費(fèi)用更高達(dá)制造成本的30%左右[2]。同時(shí),在干切削大型螺旋錐齒輪中,對刀具的要求很高,刀具的磨損以及報(bào)廢率也持續(xù)不降。在加工過程中由于卷狀切屑的半徑的增大,容易夾在刀具與工件之間,造成CNC系統(tǒng)報(bào)警,導(dǎo)致加工不得不暫停,清理切屑。準(zhǔn)干切技術(shù)的應(yīng)用[3]得到了普及和大量的應(yīng)用。

    圖1 GCMT2500大型螺旋錐齒輪銑齒機(jī)

    1 基于MQL的大型螺旋錐齒輪的銑削實(shí)驗(yàn)

    1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡介:GCMT2500數(shù)控螺旋錐齒輪機(jī)床是由石家莊海潤達(dá)重型齒輪設(shè)備制造有限公司以及沈陽工業(yè)大學(xué)合作研制,如圖1所示。

    2)切削實(shí)驗(yàn)條件:保證室溫在20℃左右。實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度:保持20℃的室內(nèi)溫度。切削齒坯尺寸:內(nèi)徑為1 260 mm,外徑為1 540 mm,高度為120 mm;實(shí)驗(yàn)刀具為CVD涂層硬質(zhì)合金刀具;加工方式:弧齒加工[4]。MQL潤滑系統(tǒng):MIRCOLUBE 1000-20含合成酯和植物油,氣源壓力6 MPa,供氣量500L/h。進(jìn)給速度32 mm/min,主軸轉(zhuǎn)速 24 rad/min,油量 50 mL/h。

    3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。從圖2中可以得出,當(dāng)處于干切削潤滑狀態(tài)時(shí),切削力在2 794~2 870 N間波動,波動范圍在80N左右波動,波動范圍適中;電機(jī)功率在0.5 kW范圍左右變化,基本保持電機(jī)功率在4.1 kW。風(fēng)冷潤滑狀態(tài)時(shí),切削力較干切削狀態(tài)切削力下降到2 700 N左右,中間曲線變化不是特別明顯;電機(jī)功率的變化比較平穩(wěn),基本保持在3.8 kW左右范圍變化,波動量不大,曲線較為平穩(wěn),切削功率略有下降。當(dāng)潤滑狀態(tài)在MQL方式下時(shí),切削力的變化范圍變得更小了,從圖2中可以看到幾乎處于平穩(wěn)的直線,波動幾乎可以忽略。通過計(jì)算分析,在MQL潤滑狀態(tài)下,切削力的變化最大范圍只有20 N左右,切削力的平均值也比干切削狀態(tài)下的要小很多,切削力比干切的狀態(tài)下減少了19.63%;從圖3中可以得出,MQL潤滑狀態(tài)下,電機(jī)的功率較風(fēng)冷、干切狀態(tài)下的功率減少到3.2 kW左右波動,波動范圍在0.2 kW之間,雖然曲線狀態(tài)略顯浮動,但變化范圍較小。經(jīng)計(jì)算分析,對于電機(jī)功率,MQL技術(shù)的應(yīng)用比干切狀態(tài)下的電機(jī)功率,減少了17.95%,減少了近18.0%的功耗,同時(shí)提高了加工時(shí)電機(jī)消耗功率,達(dá)到節(jié)約能源的效果,MQL是一項(xiàng)有節(jié)能公用的新型潤滑技術(shù)。

    圖2 主切削力與潤滑方式的關(guān)系圖

    圖3 電機(jī)功率與潤滑方式的關(guān)系圖

    銑削刀盤在干切削條件下,每新裝一次刀片,能加工齒輪72個(gè)完整齒槽,切削時(shí)間為7.68 h,去除材料總體積為8 195.904 cm3,平均每片刀片除去材料為682.992 cm3;而低溫MQL切削條件下,則能夠加工113個(gè)完整齒槽,切削時(shí)間提高到12 h,切削體積達(dá)到了12 863.016 cm3,平均去除材料體積為1 071.918 cm3,刀具壽命的增效率為56.25%,刀具壽命提升了將近1.56倍左右。MQL潤滑方式下,刀具的進(jìn)刀位一直處于油霧噴浸狀態(tài),刀具切削力降低,工件與刀具之間的摩擦區(qū)域填充了微量油霧,增加了潤滑效果,降低了工件和刀具之間的摩擦,減小了切削刃的磨損,從而使切削力減小,減少了刀具破損的幾率,達(dá)到延長刀具壽命的效果,其效果能達(dá)到延長刀具壽命1.56倍,如圖4所示。

    圖4 刀具壽命對比圖

    2 結(jié)論

    MQL冷卻潤滑技術(shù)屬于邊界潤滑狀態(tài)[5],在此潤滑狀態(tài)下,可以減少刀具切削力,影響伺服電機(jī)工作功率。從試驗(yàn)中可以得出MQL潤滑技術(shù)對切削力減少率有19.63%,又減少接近18.0%電機(jī)的功耗;有效地延長刀具壽命1.56倍;并且有效地解決干切削加工中的夾屑問題,保持加工面干凈,又能起到良好MQL技術(shù)的應(yīng)用,減少了切削力,電機(jī)功率,一方面提高了機(jī)床的加工能力,另一方面能起到節(jié)能的效果,避免了過多的能源損耗,是MQL冷卻潤滑術(shù)的另一個(gè)先進(jìn)的方向。

    [1] 蘇宇.新型低溫MQL裝置的研制與難加工材料低溫高速切削機(jī)理研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2007.

    [2] 席俊杰,陳華輝,吳中.綠色切削技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].潤滑和密封,2006(2):68-71.

    [3] 敖小寶,游譽(yù)林.干切削加工技術(shù)的應(yīng)用[J].機(jī)械制造與研究,2005,34(5):48-49.

    [4] 洪肇斌.基于球面漸開線齒面生成原理的弧齒錐齒輪新型銑削加工方法[D].長春:吉林大學(xué),2013.

    [5] 溫詩鑄.潤滑理論研究的進(jìn)展與思考[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào),2007(6):497-503.

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