MQL在某大型螺旋錐齒輪機(jī)床應(yīng)用的研究

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(duì)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(duì)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(dòng)，波動(dòng)范圍在80N左右波動(dòng)，波動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，波動(dòng)范圍在0.2 kW之間，雖然曲線狀態(tài)略顯浮動(dòng)，但變化范圍較小。經(jīng)計(jì)算分析，對(duì)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(duì)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(duì)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.