金屬加工微量潤(rùn)滑關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

張乃慶　吳啟東

【摘要】通過(guò)金屬加工微量潤(rùn)滑裝置以壓縮空氣為動(dòng)力，把極微量的微量潤(rùn)滑油連續(xù)不斷，精確地送到所需部位，既滿足摩擦點(diǎn)上的潤(rùn)滑需要，壓縮空氣流又能不斷帶走因摩擦而產(chǎn)生的熱量；同時(shí)另一個(gè)關(guān)鍵是需要微量潤(rùn)滑油具備潤(rùn)滑性和極壓抗磨性均佳。從工人健康的角度考慮，盡量不使用或少使用礦物油作為基礎(chǔ)油，不使用或少使用含硫、含氯等對(duì)人體和環(huán)境有一定危害的添加劑，加工摩擦產(chǎn)生的熱量盡可能少。解決了傳統(tǒng)金屬加工的切削油/液投入量大、消耗大、浪費(fèi)泄漏量大、環(huán)境污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)，適用于金屬加工的車削、銑削、鋸切加工、齒輪加工等加工方式的冷卻、潤(rùn)滑。

【關(guān)鍵詞】金屬加工；微量潤(rùn)滑；微量潤(rùn)滑裝置；微量潤(rùn)滑油

1.前言

傳統(tǒng)的金屬加工的潤(rùn)滑冷卻方式為：潤(rùn)滑劑以噴淋的方式進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，大部分潤(rùn)滑劑噴淋到實(shí)際不需潤(rùn)滑冷卻的部位，因此潤(rùn)滑劑的投入量大，消耗大，浪費(fèi)泄漏量大，環(huán)境污染嚴(yán)重，能耗高，投入費(fèi)用高。在當(dāng)前石油資源日益枯竭，油價(jià)不斷上漲的形勢(shì)下，環(huán)保、節(jié)能已成為我們國(guó)家在金屬加工領(lǐng)域的首要任務(wù)。金屬加工微量潤(rùn)滑技術(shù)就是在當(dāng)前這種嚴(yán)竣的形勢(shì)下產(chǎn)生的新型潤(rùn)滑技術(shù)。微量潤(rùn)滑系統(tǒng)通過(guò)微量潤(rùn)滑裝置以壓縮空氣為動(dòng)力，把極微量的特種專用潤(rùn)滑材料連續(xù)不斷，準(zhǔn)確地送到潤(rùn)滑所需部位，既滿足摩擦點(diǎn)上的潤(rùn)滑需要，壓縮空氣流又能不斷帶走因加工變形和摩擦而產(chǎn)生的熱量。同時(shí)大幅減少潤(rùn)滑油的消耗，降低了成本，也改善了環(huán)境。微量潤(rùn)滑技術(shù)是金屬加工潤(rùn)滑技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是在石油資源日益枯竭的情況下，我們要走的必經(jīng)之路。

目前國(guó)內(nèi)外微量潤(rùn)滑技術(shù)理論的研究主要集中于潤(rùn)滑設(shè)備（裝置）的研究，包括低溫微量潤(rùn)滑技術(shù)[1，2，3]。而對(duì)微量潤(rùn)滑劑的研究，在前期的研究中往往使用大量含硫、含氯、含磷的極壓抗磨劑[4]，近期研究已開(kāi)始使用可生物降解的合成酯代替礦物油作為基礎(chǔ)油，解決了潤(rùn)滑性問(wèn)題，使用可生物降解的聚酯替代含硫、含氯的極壓抗磨劑[5]，達(dá)到對(duì)工人健康和環(huán)境的保護(hù)。微量潤(rùn)滑微量潤(rùn)滑技術(shù)包含兩個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)：微量潤(rùn)滑裝置和微量潤(rùn)滑劑。因而將理論研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的不多，本公司屬國(guó)內(nèi)首家將微量潤(rùn)滑技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)單位。

2.工作原理

2.1微量潤(rùn)滑裝置的工作原理

1）以壓縮空氣為動(dòng)力將儲(chǔ)油罐內(nèi)的潤(rùn)滑材料按一定的節(jié)奏頻率精確送入油氣輸送管道，并按一定可精確控制的速度、流量將潤(rùn)滑材料輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)上；

2）圖1是一種微量潤(rùn)滑的工作原理圖：壓縮空氣通過(guò)過(guò)氣源處理器后，由二位二通電磁閥來(lái)控制氣源的開(kāi)啟，可實(shí)現(xiàn)與設(shè)備加工的同步進(jìn)行，氣動(dòng)脈沖閥用來(lái)控制氣動(dòng)潤(rùn)滑泵的工作動(dòng)力，通入壓縮空氣后，氣動(dòng)潤(rùn)滑泵將油液壓力增高排至定量油分配器，定量油分配器將滴灌油定量排出，經(jīng)油氣混合調(diào)節(jié)閥后由壓縮空氣帶動(dòng)噴至各潤(rùn)滑點(diǎn)。當(dāng)氣動(dòng)脈沖閥斷開(kāi)氣源后，氣動(dòng)潤(rùn)滑泵柱塞依靠彈簧復(fù)位并完成吸油，同時(shí)定量油分配器卸壓進(jìn)入油液計(jì)量，等待下一工作循環(huán)。

3）工作原理圖參見(jiàn)圖1，1-噴嘴；2-軟管；3-油氣混合調(diào)節(jié)閥；4-定量油分配器；5-油壓表；6-氣動(dòng)脈沖閥；7-電磁閥；8-節(jié)氣閥；9-氣壓表；10-氣源處理器；11-氣動(dòng)潤(rùn)滑泵。

2.2微量潤(rùn)滑劑的組分及其作用原理

由于微量潤(rùn)滑技術(shù)要求用微量潤(rùn)滑裝置將極微量（一般為淋油式潤(rùn)滑的5%以內(nèi)）的特種潤(rùn)滑劑準(zhǔn)確輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)上，要求微量潤(rùn)滑劑必須要符合以下三條件：1.極好的潤(rùn)滑性，很少量的潤(rùn)滑劑就能滿足金屬加工的潤(rùn)滑需要；2.極好的極壓抗磨性，很少的潤(rùn)滑劑就能使金屬加工刀具和加工件的兩個(gè)摩擦副間的摩擦磨損要求盡可能的小；3.潤(rùn)滑劑的散熱性要好，要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將摩擦產(chǎn)生的熱量借助壓縮空氣快速帶走，避免刀具和加工工件局部過(guò)熱；4.可生物降解，保護(hù)工人的健康和對(duì)環(huán)境友好。

根據(jù)以上的技術(shù)特點(diǎn)要求我們?cè)O(shè)計(jì)了微量潤(rùn)滑油的技術(shù)，如：生物可降解微量潤(rùn)滑油及其制備方法，專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410472108.0。生物可降解微量潤(rùn)滑油由如下原料制備而成：雙酯、聚酯、脂肪酰肌氨酸、妥爾油酸或妥爾油、烷基磷酸酯、醇胺硼酸酯。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有極好生物可降解性，優(yōu)良潤(rùn)滑性和極壓抗磨性，配合微量潤(rùn)滑裝置使用，使用量可以減少95%以上，達(dá)到良好的潤(rùn)滑和冷卻效果，節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)意義顯著[5]。

現(xiàn)在就上述生物可降解微量潤(rùn)滑油的組分工作原理進(jìn)行闡述：

雙酯是生物可降解微量潤(rùn)滑油的環(huán)境友好基礎(chǔ)油，是二元醇和一元酸或者二元酸和一元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)生成的產(chǎn)物，具有良好的潤(rùn)滑性，非常好的粘度指數(shù)和傾點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)粘度相對(duì)較小，生物降解性能好[5]。

聚酯是由二元酸與二元醇在催化劑作用下發(fā)生酯化反應(yīng)，然后再用羧酸或醇進(jìn)行封端制備而成的，由于分子量較大，可在金屬表面形成致密的物理保護(hù)膜，具有高載荷能力，良好的潤(rùn)滑性和極壓抗磨性，可全部或部分取代含氯、硫、磷的極壓抗磨劑使用，同時(shí)和其他酯類基礎(chǔ)油有良好的相容性，生物降解性能好[5]。

脂肪酰肌氨酸由羧酸與肌氨酸通過(guò)?；磻?yīng)制備而成的，其本身生物降解性優(yōu)良，還能促進(jìn)其他有機(jī)成分的生物降解，是良好的的N型極壓抗磨劑，同時(shí)還有良好的防銹性能[5]。

妥爾油酸或妥爾油，有良好的潤(rùn)滑性，同時(shí)其分子中的羧基-COOH能在金屬表面形成比較好的附著力，有一定防銹性，生物可降解性能好[5]。

烷基磷酸酯具有良好的極壓抗磨性，還是鋁及合金加工的緩蝕劑，同時(shí)也具備較好的生物降解性[5]，其抗磨極壓機(jī)理如下：首先在金屬表面吸附，然后經(jīng)過(guò)水解生成酸性磷酸酯，與金屬形成有機(jī)金屬磷酸鹽，最后，在極壓摩擦條件下，進(jìn)一步水解，生成無(wú)機(jī)的磷酸鐵膜，起到極壓抗磨作用。

醇胺硼酸酯具有優(yōu)良的防銹性和極壓抗磨性，同時(shí)易于生物降解，硼酸酯在極壓狀態(tài)下，不與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，不是生成化學(xué)膜來(lái)起潤(rùn)滑作用，而是在摩擦表面上生成半固體（彈性的）、粘著力很強(qiáng)的、“非犧牲”（Nonsacrificial），這種膜在潤(rùn)滑油中有較高的載荷能力，是綠色環(huán)保極壓抗磨添加劑。

3.微量潤(rùn)滑技術(shù)應(yīng)用于金屬加工的技術(shù)改造對(duì)比圖

圖2、圖3為微量潤(rùn)滑技術(shù)改造大型圓鋸，鋸切大鋁錠的對(duì)比圖，使用微量潤(rùn)滑技術(shù)之前用機(jī)械油加煤油進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，使用油量大，車間煙霧繚繞，環(huán)境氣味非常大，使用微量潤(rùn)滑改造后，從原來(lái)的機(jī)械油加煤油的用量10kg/天降到微量潤(rùn)滑油的用量0.15kg/kg，車間基本無(wú)煙霧和機(jī)械油煤油味。

圖4、圖5為精雕機(jī)銑削加工微量潤(rùn)滑技術(shù)改造對(duì)比圖，微量潤(rùn)滑改造前使用乳化油進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，每天每臺(tái)實(shí)際消耗乳化油約為8kg，車間環(huán)境由于乳化油的滴漏，非常濕滑，使用微量潤(rùn)滑技術(shù)后，每天每臺(tái)實(shí)際消耗微量潤(rùn)滑劑約為100ml，3天后地面干燥。

圖6、圖7為滾齒加工微量潤(rùn)滑技術(shù)改造對(duì)比圖，改造前使用32#機(jī)械油進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，每天每機(jī)實(shí)際消耗機(jī)械油約6kg，加工車間油煙嚴(yán)重，地面油污嚴(yán)重，濕滑，必須在走道加設(shè)一道鐵架供工人走路，微量潤(rùn)滑技術(shù)改造后，第天每機(jī)實(shí)際消耗微量潤(rùn)滑油約為0.12kg，基本無(wú)油煙，整個(gè)車間在進(jìn)行微量潤(rùn)滑技術(shù)改造10天后，車間地面不再有油污。

4.微量潤(rùn)滑劑技術(shù)指標(biāo)要求

為生產(chǎn)穩(wěn)定可靠的微量潤(rùn)滑劑，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件制定如下的微量潤(rùn)滑劑技術(shù)指標(biāo)：

5.微量潤(rùn)滑技術(shù)的應(yīng)用

本公司研發(fā)的金屬加工微量潤(rùn)滑系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于許多金屬加工領(lǐng)域，可以節(jié)省潤(rùn)滑劑使用量95%以上，節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)效果顯著。目前已有300余家金屬加工企業(yè)使用本公司所研制的微量潤(rùn)滑系統(tǒng)，包括許多知名企業(yè)如：中國(guó)北車、中鋁集團(tuán)、一汽大眾、叢林集團(tuán)、晟通集團(tuán)、明泰鋁業(yè)、云海金屬、常鋁股份、亞太科技等，用戶反映效果良好，大大減少了用戶的潤(rùn)滑劑的使用成本，降低對(duì)環(huán)境和工人的危害，提高了生產(chǎn)效率。

5.1案例1：某大型央企

五軸數(shù)控加工中心加工動(dòng)車零部件，原來(lái)使用切削液進(jìn)行加工，存在著乳化液使用量大，對(duì)車間環(huán)境的污染等問(wèn)題，經(jīng)技術(shù)改造后使用微量潤(rùn)滑系統(tǒng)。使用微量潤(rùn)滑系統(tǒng)（微量潤(rùn)滑裝置+微量潤(rùn)滑劑）改造效果對(duì)比表：

5.2案例2：浙江某大型汽車輪轂生產(chǎn)商

數(shù)控車床加工汽車鋁輪轂，原來(lái)使用切削液進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，存在著乳化液使用量大，對(duì)車間環(huán)境的污染等問(wèn)題，經(jīng)技改造使用微量潤(rùn)滑系統(tǒng)。使用微量潤(rùn)滑系統(tǒng)（微量潤(rùn)滑裝置+微量潤(rùn)滑劑）改造效果對(duì)比表：

6.結(jié)論

金屬加工微量潤(rùn)滑關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用，改變了金屬加工領(lǐng)域的潤(rùn)滑、冷卻方式，大大減少了切削油液的使用量，降低了環(huán)境的污染，延長(zhǎng)刀具使用壽命，改良加工工件表面精度，減少了加工工序環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)率，操作工人的身體健康有了保障，同時(shí)對(duì)我們國(guó)家的節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)意義重大。

參考文獻(xiàn)

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