切削液降溫是切削液加工設備工作重要保障

 

集中處理係統的用途和目標可回納為：為發動機零件加工生產線各金屬切削設備提供符合特定要求（過濾精度、壓力、流量和溫度）的切削液，從而保證穩定的加工質量；便於生產車間對切削液的集中同一治理；過濾淨化切削液，延長切削液的使用壽命，降低生產本錢。

 

集中處理係統針對的被過濾介質一般為7%～10%原液濃度的水基乳化型切削液，一套完整的係統可包括：真空負壓過濾機組，含粗過濾箱、精過濾箱（真空負壓，負壓度可調節）、淨液箱、除油及細小顆粒分離裝置、刮屑排渣裝置、過濾/供液泵組、切削液溫控裝置和備用箱等；回液泵/回液箱（罐）；供液/回液管網；切屑甩幹裝置；切屑整壓裝置；全自動切削液配置加注係統；切削液再生係統；電氣控製係統。

 

真空負壓過濾機組

1.過濾

該機組利用係統泵的抽吸作用，使過濾介質兩側形成負壓度，從加工設備匯集過來的汙液通過過濾介質後，形成可供加工設備使用的淨液，如此往複循環，過濾原理如圖2所示。

 

2.常見的過濾介質

常見的過濾介質包括過濾帶和過濾滾筒。其中無紡布材料的濾帶在歐美國家已逐漸被堅韌、耐腐蝕並可重複使用的尼龍材質循環過濾帶所替換。目前係統供給商所提供的過濾介質均可達到30～80mm的過濾精度，*可滿足發動機生產線需要。

 

3.采用粗、精二級過濾

粗過濾箱采用沉澱刮板式，精過濾箱采用真空負壓過濾方式。經粗濾的切削液由粗過濾箱流向精過濾箱。精過濾箱內的真空負壓值可在一定範圍內調節。過濾介質的再生（即往除介質表麵汙物，以便介質的循環使用）功能可依據負壓值，時間設定或手動進行再生過程。

 

4.過濾/供液泵組的選用

（1）該泵組進口與真空負壓過濾機的真空室連接，出口通過供液管網與每台機床連通，當該泵組工作時真空負壓過濾機內的乳化液在泵吸力的作用下通過過濾介質（被過濾），再由泵增壓通過供液管網送到機床。

（2）泵組應配備變頻器起到調節流量和降低能耗的作用。供液泵組在PLC和變頻器（一台）控製下，恒壓變流量運行，多台泵能實現自動輪換工作。在係統停機後再次啟動時，PLC會自動選擇zui短工作時間的泵作為工作泵。

（3）泵的電機均配有電軟啟動器，以減緩對電網的衝擊。

（4）供液泵組必須配有備用泵，假如泵組中有一台泵損壞，備用泵自動開啟。假如帶變頻器的工作泵發生題目，備用泵自動開啟同時變頻器會自動切換至該備用泵。

（5）泵進出口配備有減震塊，起到降低震動和噪音的作用。

（6）泵組噪音等級＜80dB（10m處丈量）。

 

5.除油及細小顆粒分離裝置

切削液中含有無法被過濾介質濾除的細小固體顆粒以及從加工機床帶來的油汙，這些都是直接導致切削液變質的汙染源，長期高濃度存在將導致切削液中細菌滋生、PH值下降、過濾器堵塞和切削液品質下降等題目，*造成加工質量下降、臭氣汙染、切削液變質報廢和機床腐蝕等不良後果。因此，要保證切削液質量的長久穩定，必須對這些汙染源進行清除。

6.切削液溫控裝置

切削液溫升來源於切削過程生熱、供/回液泵及其他發熱源。切削液溫度升高導致加工工件變形，加工精度下降，切削液消耗量增加，還會加速切削液的腐敗過程。對於鋁合金件的加工，切削液溫度控製甚至要到“T±2℃”。

 

溫控方式為從外界引進冷凍水，通過板式熱交換器（見圖5）實現冷凍水與切削液的熱交換，達到為的目的。由溫度控製器調節三向閥控製冷凍水的通進量，自動調節切削液溫度在係統的要求範圍。

 

對於采用空中回液的係統，從加工設備流出的含切屑的切削液，需先匯集到回液箱（罐）後由回液泵提升至空中回液幹管，方可回流到切削液過濾機組。由於從加工設備流出的切削液中含有大量金屬切屑，輕易造成提升泵堵塞及葉片磨損，因此對泵的性能提出了考驗。目前行業內普遍采用渦流提升泵（Vortex Pump），其原理是渦輪在泵體內旋轉，產生“凹形漩渦”現象，稱為渦流。特殊的渦流效應葉輪可輸送各種混合型液體、含氣泡液體，其葉輪材料為含鎳耐磨鑄鐵或特種不鏽鋼，非常耐磨，可長期免更換。

 

對於鋁合金或鋼製零件加工，其切屑往往呈帶狀、長絮狀或卷狀，輕易在提升泵內發生纏繞，不易被提升，因此該類切屑在進進渦流泵之前，需加裝切屑破碎機進行破碎，其工作過程為切屑經填壓螺杆輸送至破碎頭，破碎頭由內徑帶有凹槽的鋼管和增壓螺杆組成，螺杆在凹槽中推進切屑時將其預先切割，zui後一個刀片在螺杆的帶動下將切屑*破碎。

 

假如說過濾機組相當於整個集中處理係統的“心髒”，那麽供液/回液管網則是連接至各個加工設備的“血管”。處理後的淨液由過濾機組供液泵經空中供液管道以設定的壓力送至各個加工設備。供液方式在各個係統中基本都是一樣的，但機床至過濾機組的回液方式卻變化多端，回結起來主要有兩種回液方式：地下回液和空中回液。

 

地下回液類似城市的地下排水係統，在車間地坪±0.00標高以下做回液地溝，地溝中均布有衝屑管，防止切屑在溝底沉積。從機床流出的汙液直接排進地溝，衝洗到過濾機組。地下回液在很長一段時期曾經成為回液的主導模式應用在眾多的發動機工廠，但其諸多缺點也逐漸暴露出來。首先，地下回液要在地坪下做大量的回液地溝，特構施工的工程量很大，地溝坡度一般在2%作用，生產線較長時，往往導致地溝末端深達3～4m，一旦地溝中出現題目，根本無法維護。其次，地溝很難做到*封閉，切削液的霧氣易擴散到車間內造成環境汙染，反過來，車間地麵的異物也輕易落進溝中汙染切削液。地溝中一旦發生滲漏將無法被發現及修補，導致切削液汙染地下土壤，因此歐美一些國家已經不再采用地下回液方式。zui後，地下回液造成車間工藝平麵布局被限製，設備無法做大的調整，未來生產格式的調整及技術改造將非常麻煩。

 

隨著空中回液技術的不斷成熟，以及人們對地下回液弊真個熟悉加深，近年新建的發動機生產線大多采用了空中（管道）回液，其回液方式也多種多樣，包括壓力回液、重力回液和空中刮板回液等。地坪以下基本無需做特構，實施起來靈活方便。

 

大批量生產的發動機工廠，天天可產生多達數十噸的金屬切屑，其中夾雜有大量的切削液，假如不進行回收再利用，則浪費是驚人的，且含液的切屑在運輸過程中會汙染地麵。為此可在過濾機組的切屑出口處加裝切屑甩幹裝置（見圖8），其工作原理類似洗衣機甩幹。經甩幹的切屑其含液率低於5%。甩出的液體泵送至除油及細小顆粒分離裝置的汙液處理箱中，經過濾、油水分離和排除細小顆粒後，送回至切削液循環係統中回用。切屑進進甩幹設備前，應設置備用通道，以免甩幹設備故障影響係統正常工作。

 

甩幹後的金屬切屑可進一步整壓成塊狀和餅狀。對於磁性切屑（如鑄鐵）體積可壓縮至整壓前的1/5～1/20，而非磁性切屑（如鑄鋁）則可達到1/10～1/40。整壓後的切屑非常便於運輸，且附加值大大進步。切屑整壓前後對比所示。

 

全自動切削液配置加注係統

加注係統可根據過濾箱液位和濃度的需要，按照預先設定的濃度比例自動完成油水混合並補加切削液的任務。同時可根據其他情況，進行特殊設定，人工操縱完成加液任務。在配液出口處和過濾箱體內的實際配液濃度由人工進行檢測，與預設濃度不符時，將實際濃度和設定濃度輸進到係統中，過濾係統通過加注裝置自動補償調整濃度比例。通過得知每個月乳化液的加注量，可控製乳化液的消耗量。PLC中可分別顯示近一個月內乳化油和水的加進量曲線圖，由此可有效地控製乳化液的消耗量。

 

切削液再生係統

經過再生處理的切削液，其汙油含量和雜質顆粒含量都能達到極低的水平，同時切削液中99％的細菌也被往除。利用再生係統定期對切削液進行再生處理，可使切削液始終保持在一個良好狀態，延長切削液使用壽命，體現了“循環經濟”關於資源重複使用和環境保護的理念。

 

電氣控製係統

係統采用PLC控製，PLC上可預留以太網接口，方便連接車間產業網絡。係統內部可以選用Profibus-DP現場總線網絡，傳感器和執行器通過總線模塊與Profibus總線網絡進行連接。每套係統配置獨立的電器控製櫃和主操縱台，在主操縱台上設有一個主控人機界麵（具有中文/英文兩種語言顯示），動態監控設備的運行狀態，顯示故障信息和其他治理信息。係統控製麵板如圖10所示。

 

結語

 

一套配置完整的切削液集中處理係統，在治理得當、正常運行的情況下，可使係統切削液壽命達到2～4年甚至更久，日常隻需補液即可，係統各項指標均優於單機處理係統（單機係統即為每台機床自帶一套小型過濾係統）。係統的優點回納如下：

1.減少了發動機生產線切削液更換次數，明顯降低製造本錢。

2.集中係統所使用的泵、閥門和製冷機等的數目遠遠少於單機係統，係統投資和運行能耗低於采用單機係統的發動機生產線。

3.經集中係統處理的切削液質量優於功能有限的單機係統，因此加工質量、刀具壽命和機床壽命均更加有保障。

4.集中的係統意味著可實現集中的治理，隻需少數幾名專業職員就可方便有效治理一個龐大的係統，避免了分散型治理造成的諸多治理漏洞。

5.集中係統對於環境保護意義重大，切削液的排放、濾材的消耗和汙染物處理本錢均大大降低，是單機係統無法相比的。

綜上所述，切削液集中處理係統無論在過往還是將來，都是大批量發動機生產工廠優先考慮配置的。國內外有眾多的富有經驗的供給商可提供成熟的技術服務，其應用遠景必將更加廣闊。切削液是加工設備工作過程的重要保障之一，可以說沒有切削液的潤滑冷卻作用，高速切削、加工質量和生產效率等目前加工係統的幾大因素都無從談起。切削液起到的重要作用也是有條件的，那就是必須控製其濃度、雜質含量、壓力、流量和溫度：濃度控製通過儀器定時監控，采取補水或補原液的方式就可解決，後四項要素則要依靠切削液集中循環處理係統（以下簡稱為“集中處理係統”）往保證，尤其是雜質含量和溫度。一旦控製不當，不但加工質量大受影響，切削液也會很快腐化變質，經常性換液會造成生產本錢大幅進步，長期還可能導致昂貴的加工設備發生鏽蝕。

 

集中處理係統的用途和目標可回納為：為發動機零件加工生產線各金屬切削設備提供符合特定要求（過濾精度、壓力、流量和溫度）的切削液，從而保證穩定的加工質量；便於生產車間對切削液的集中同一治理；過濾淨化切削液，延長切削液的使用壽命，降低生產本錢。

 

集中處理係統針對的被過濾介質一般為7%～10%原液濃度的水基乳化型切削液，一套完整的係統可包括：真空負壓過濾機組，含粗過濾箱、精過濾箱（真空負壓，負壓度可調節）、淨液箱、除油及細小顆粒分離裝置、刮屑排渣裝置、過濾/供液泵組、切削液溫控裝置和備用箱等；回液泵/回液箱（罐）；供液/回液管網；切屑甩幹裝置；切屑整壓裝置；全自動切削液配置加注係統；切削液再生係統；電氣控製係統。

 

真空負壓過濾機組

1.過濾

該機組利用係統泵的抽吸作用，使過濾介質兩側形成負壓度，從加工設備匯集過來的汙液通過過濾介質後，形成可供加工設備使用的淨液，如此往複循環，過濾原理如圖2所示。

 

2.常見的過濾介質

常見的過濾介質包括過濾帶和過濾滾筒。其中無紡布材料的濾帶在歐美國家已逐漸被堅韌、耐腐蝕並可重複使用的尼龍材質循環過濾帶所替換。目前係統供給商所提供的過濾介質均可達到30～80mm的過濾精度，*可滿足發動機生產線需要。

 

3.采用粗、精二級過濾

粗過濾箱采用沉澱刮板式，精過濾箱采用真空負壓過濾方式。經粗濾的切削液由粗過濾箱流向精過濾箱。精過濾箱內的真空負壓值可在一定範圍內調節。過濾介質的再生（即往除介質表麵汙物，以便介質的循環使用）功能可依據負壓值，時間設定或手動進行再生過程。

 

4.過濾/供液泵組的選用 

（1）該泵組進口與真空負壓過濾機的真空室連接，出口通過供液管網與每台機床連通，當該泵組工作時真空負壓過濾機內的乳化液在泵吸力的作用下通過過濾介質（被過濾），再由泵增壓通過供液管網送到機床。

（2）泵組應配備變頻器起到調節流量和降低能耗的作用。供液泵組在PLC和變頻器（一台）控製下，恒壓變流量運行，多台泵能實現自動輪換工作。在係統停機後再次啟動時，PLC會自動選擇zui短工作時間的泵作為工作泵。

（3）泵的電機均配有電軟啟動器，以減緩對電網的衝擊。

（4）供液泵組必須配有備用泵，假如泵組中有一台泵損壞，備用泵自動開啟。假如帶變頻器的工作泵發生題目，備用泵自動開啟同時變頻器會自動切換至該備用泵。

（5）泵進出口配備有減震塊，起到降低震動和噪音的作用。

（6）泵組噪音等級＜80dB（10m處丈量）。

 

5.除油及細小顆粒分離裝置

切削液中含有無法被過濾介質濾除的細小固體顆粒以及從加工機床帶來的油汙，這些都是直接導致切削液變質的汙染源，長期高濃度存在將導致切削液中細菌滋生、PH值下降、過濾器堵塞和切削液品質下降等題目，*造成加工質量下降、臭氣汙染、切削液變質報廢和機床腐蝕等不良後果。因此，要保證切削液質量的長久穩定，必須對這些汙染源進行清除。

6.切削液溫控裝置

切削液溫升來源於切削過程生熱、供/回液泵及其他發熱源。切削液溫度升高導致加工工件變形，加工精度下降，切削液消耗量增加，還會加速切削液的腐敗過程。對於鋁合金件的加工，切削液溫度控製甚至要到“T±2℃”。

 

溫控方式為從外界引進冷凍水，通過板式熱交換器（見圖5）實現冷凍水與切削液的熱交換，達到為的目的。由溫度控製器調節三向閥控製冷凍水的通進量，自動調節切削液溫度在係統的要求範圍。

 

對於采用空中回液的係統，從加工設備流出的含切屑的切削液，需先匯集到回液箱（罐）後由回液泵提升至空中回液幹管，方可回流到切削液過濾機組。由於從加工設備流出的切削液中含有大量金屬切屑，輕易造成提升泵堵塞及葉片磨損，因此對泵的性能提出了考驗。目前行業內普遍采用渦流提升泵（Vortex Pump），其原理是渦輪在泵體內旋轉，產生“凹形漩渦”現象，稱為渦流。特殊的渦流效應葉輪可輸送各種混合型液體、含氣泡液體，其葉輪材料為含鎳耐磨鑄鐵或特種不鏽鋼，非常耐磨，可長期免更換。

 

對於鋁合金或鋼製零件加工，其切屑往往呈帶狀、長絮狀或卷狀，輕易在提升泵內發生纏繞，不易被提升，因此該類切屑在進進渦流泵之前，需加裝切屑破碎機進行破碎，其工作過程為切屑經填壓螺杆輸送至破碎頭，破碎頭由內徑帶有凹槽的鋼管和增壓螺杆組成，螺杆在凹槽中推進切屑時將其預先切割，zui後一個刀片在螺杆的帶動下將切屑*破碎。

 

假如說過濾機組相當於整個集中處理係統的“心髒”，那麽供液/回液管網則是連接至各個加工設備的“血管”。處理後的淨液由過濾機組供液泵經空中供液管道以設定的壓力送至各個加工設備。供液方式在各個係統中基本都是一樣的，但機床至過濾機組的回液方式卻變化多端，回結起來主要有兩種回液方式：地下回液和空中回液。

 

地下回液類似城市的地下排水係統，在車間地坪±0.00標高以下做回液地溝，地溝中均布有衝屑管，防止切屑在溝底沉積。從機床流出的汙液直接排進地溝，衝洗到過濾機組。地下回液在很長一段時期曾經成為回液的主導模式應用在眾多的發動機工廠，但其諸多缺點也逐漸暴露出來。首先，地下回液要在地坪下做大量的回液地溝，特構施工的工程量很大，地溝坡度一般在2%作用，生產線較長時，往往導致地溝末端深達3～4m，一旦地溝中出現題目，根本無法維護。其次，地溝很難做到*封閉，切削液的霧氣易擴散到車間內造成環境汙染，反過來，車間地麵的異物也輕易落進溝中汙染切削液。地溝中一旦發生滲漏將無法被發現及修補，導致切削液汙染地下土壤，因此歐美一些國家已經不再采用地下回液方式。zui後，地下回液造成車間工藝平麵布局被限製，設備無法做大的調整，未來生產格式的調整及技術改造將非常麻煩。

 

隨著空中回液技術的不斷成熟，以及人們對地下回液弊真個熟悉加深，近年新建的發動機生產線大多采用了空中（管道）回液，其回液方式也多種多樣，包括壓力回液、重力回液和空中刮板回液等。地坪以下基本無需做特構，實施起來靈活方便。

 

大批量生產的發動機工廠，天天可產生多達數十噸的金屬切屑，其中夾雜有大量的切削液，假如不進行回收再利用，則浪費是驚人的，且含液的切屑在運輸過程中會汙染地麵。為此可在過濾機組的切屑出口處加裝切屑甩幹裝置（見圖8），其工作原理類似洗衣機甩幹。經甩幹的切屑其含液率低於5%。甩出的液體泵送至除油及細小顆粒分離裝置的汙液處理箱中，經過濾、油水分離和排除細小顆粒後，送回至切削液循環係統中回用。切屑進進甩幹設備前，應設置備用通道，以免甩幹設備故障影響係統正常工作。

 

甩幹後的金屬切屑可進一步整壓成塊狀和餅狀。對於磁性切屑（如鑄鐵）體積可壓縮至整壓前的1/5～1/20，而非磁性切屑（如鑄鋁）則可達到1/10～1/40。整壓後的切屑非常便於運輸，且附加值大大進步。切屑整壓前後對比所示。

 

全自動切削液配置加注係統

加注係統可根據過濾箱液位和濃度的需要，按照預先設定的濃度比例自動完成油水混合並補加切削液的任務。同時可根據其他情況，進行特殊設定，人工操縱完成加液任務。在配液出口處和過濾箱體內的實際配液濃度由人工進行檢測，與預設濃度不符時，將實際濃度和設定濃度輸進到係統中，過濾係統通過加注裝置自動補償調整濃度比例。通過得知每個月乳化液的加注量，可控製乳化液的消耗量。PLC中可分別顯示近一個月內乳化油和水的加進量曲線圖，由此可有效地控製乳化液的消耗量。

 

切削液再生係統

經過再生處理的切削液，其汙油含量和雜質顆粒含量都能達到極低的水平，同時切削液中99％的細菌也被往除。利用再生係統定期對切削液進行再生處理，可使切削液始終保持在一個良好狀態，延長切削液使用壽命，體現了“循環經濟”關於資源重複使用和環境保護的理念。

 

電氣控製係統

係統采用PLC控製，PLC上可預留以太網接口，方便連接車間產業網絡。係統內部可以選用Profibus-DP現場總線網絡，傳感器和執行器通過總線模塊與Profibus總線網絡進行連接。每套係統配置獨立的電器控製櫃和主操縱台，在主操縱台上設有一個主控人機界麵（具有中文/英文兩種語言顯示），動態監控設備的運行狀態，顯示故障信息和其他治理信息。係統控製麵板如圖10所示。

 

結語

 

一套配置完整的切削液集中處理係統，在治理得當、正常運行的情況下，可使係統切削液壽命達到2～4年甚至更久，日常隻需補液即可，係統各項指標均優於單機處理係統（單機係統即為每台機床自帶一套小型過濾係統）。係統的優點回納如下：

1.減少了發動機生產線切削液更換次數，明顯降低製造本錢。

2.集中係統所使用的泵、閥門和製冷機等的數目遠遠少於單機係統，係統投資和運行能耗低於采用單機係統的發動機生產線。

3.經集中係統處理的切削液質量優於功能有限的單機係統，因此加工質量、刀具壽命和機床壽命均更加有保障。

4.集中的係統意味著可實現集中的治理，隻需少數幾名專業職員就可方便有效治理一個龐大的係統，避免了分散型治理造成的諸多治理漏洞。

5.集中係統對於環境保護意義重大，切削液的排放、濾材的消耗和汙染物處理本錢均大大降低，是單機係統無法相比的。

綜上所述，切削液集中處理係統無論在過往還是將來，都是大批量發動機生產工廠優先考慮配置的。國內外有眾多的富有經驗的供給商可提供成熟的技術服務，其應用遠景必將更加廣闊。