集中式铝屑冷却润滑过滤设备在切削液过滤中的应用.pdf

Technology91 2023.08HARDWARE2023.08HARDWARE引言 随着五金工业的发展，金属制品的原料种类日趋繁多，其中铝基金属材料以其优异的性价比，在各工业行业特别是五金制品行业中占据着重要地位。集中式切削液过滤设备相对于机床单机配套的过滤设备，化学品管理更为简便，其占地面积更小、污染物利于集中管理、有更高的自动化程度、少量的人工维护工作、高运行稳定性等特点1。本文结合了常见铝制品机加工车间的实际应用案例，分析阐述了集中式切削液过滤设备的选型关键参数，进一步研究解析其工艺流程，对一般铝屑加集中式铝屑冷却润滑过滤设备在切削液过滤中的应用Application of Central Aluminum Chips Cooling Lubricant Filtration Equipment in Coolant Filtration Field摘 要：本文结合五金制品行业常用的铝合金切削加工工艺，对常见的铝屑切削液过滤设备类型进行了简析，对集中式铝屑冷却润滑过滤设备的关键选型设计参数进行了分析，提出了设备选型的一般过程和集中过滤系统的工艺流程。关键词：铝屑加工；过滤设备；技术应用AbstractThis article briefly analyzes the common types of cutting fluid filtration equipment in the aluminum chip machining process in hardware product industry,analyzes the key design parameters of the centralized aluminum chip cooling lubrication filtration equipment,and describe the general process of equipment selection and the process flow of the centralized cooling lubricant filtration system.Keywords:Aluminum Machining；Filtration Equipment；Technology Application中图分类号：TG501.5 文献标志码：A工工况下过滤设备的选型提供了一般方案和参考2。集中式切削液过滤设备看似原理简单，其实包含了机械、电气、气动、液压等多个专业领域的技术内容，通常一套完整的集中式铝屑切削液过滤设备系统包括：机床回液提升泵站、分支回液管路、干式刮板粗过滤机、负压精过滤机、自动反冲洗保安过滤装置、系统供液管路、铝屑收集处理装置、废弃油雾收集处理装置、自动配液补液装置、负压过滤器中浮油浮渣处理装置、自动调节液温装置、中央电气控制系统、以及供液泵组变频稳压系统3。刘桐麟LIUTonglin华晨宝马汽车有限公司 辽宁沈阳 110000BMW Brilliance Automotive Ltd.Shenyang 110000echnology技术论坛92 2023.08HARDWARE2023.08HARDWARE1 集中过滤的选型设计参数通过对铝屑加工切削液的特性、机床供液需求、场地设施等因素对集中过滤设备的选型设计进行分析。1.1 切削液的浓度、温度、压力及流量通常在设计集中过滤设备前，首先需要对切削液的供液需求进行了解，如切削液的浓度、温度、流量、压力。切削液的浓度，涉及到集中过滤系统中，配液站的设计以及系统内部混配功能的设计。为了确保集中过滤系统在初次添加、日常运维过程中对切削液浓度的控制，确认切削液的配液浓度至关重要。通常情况下认为水溶性切削液的原液浓度在 12%以下，添加剂的浓度在 5%左右，其余由水或纯水组成。切削液的温度需求，影响集中过滤系统的制冷、加热功能模块设计，如常见的一种切削液温度控制范围为232。首先需要了解在机床精加工之后的切削液回液温度，还要考虑厂房环境温度、当地极端天气对供回液管道温度的影响，以及集中过滤系统内部冲刷流量产生的热量。通常采用板式换热器在系统供液旁路对主供液进行冷却或加热，板式换热器可以考虑设计为 1+1 模式，每一组换热器换热能力为总需求换热能力的 75%，这样在通常情况下另外一组换热器可以起到备用作用，在极端天气、工况下，两组换热器可以同时启用以保证供液温度稳定。切削液的供液压力需求首先来自于机床厂家根据加工工艺提出的供液压力需求，通常是一个范围如1.5-4.5 bar。集中过滤系统的系统供液泵扬程则需要考虑：机床需求压力、供液提升高度、供液管道阻力压降、系统内部消耗压降、站外冲刷流量压降等。切削液的总供液流量可以通过以下方法计算出：总供液流量=每台机床需求流量*机床数量+站外管道冲刷流量+集中过滤系统内部流量+（10%-20%）系统预留流量。Fsum=a*N+b+c+dFsum:集中过滤系统总供液流量 Lmin-1a:单台机床需求流量 Lmin-1N:机床总数量b:站外管道冲刷流量 Lmin-1c:系统内部流量 Lmin-1d:预留流量（a*N+b+c+d）*20%1.2 过滤精度要求及过滤工艺切削液的供液精度是影响加工质量的重要因素，根据供液精度的要求，选择适合的过滤器是集中过滤设备选型中的重要环节。如铝屑机加工中常见的粗过滤精度要求为 70um，供入刀具的精度为 30um，考虑到集中过滤设备的经济性，通常向机床提供 70um 精度的切削液。30um 精度的精过滤由机床配备的高效过滤器完成。对于铝屑精加工过滤工艺中，通常先使用一级粗过滤来过滤掉较大铝屑颗粒，再通过精过滤机过滤掉细小颗粒从而达到供液精度要求。粗过滤常见的形式有干式粗过滤机，溢流式过滤机等。精过滤机常见的形式有正压过滤机、负压过滤机、预涂过滤机等，对于不同的加工工况，应选用不同种类的过滤方式。在设计系统容量时，还要充分考虑总循环次数以及粗、精过滤机的通过率指标。总循环次数是指切削液在整个系统站内站外每小时的循环次数，为了保证较好的消泡效果，通常循环次数应考虑在每小时 6 次以下。1.3 场地要求集中式铝屑切削液过滤设备通常应考虑安装在与生产线分隔开的单独房间内。在房间面积需求中，应考虑到如下面积需求：精过滤机及供液泵组占地面积，其中需要考虑到精过滤机的过滤效率，即每小时的滤布、滤纸通过量。过滤出的铝屑转运区域、废气收集设备区域、切削液温度控制区域、电气电柜区域、设备维修区域以及未来扩建的可能性等。当占地面积确认后，还应考虑系统故障时溢流收集的可能性，如将房间建设为负地坪形式或在系统底部设置防泄漏托盘，如按照德国 WHG标准要求，泄露收集量应考虑为系统总容积的 110%。考虑到过滤设备的众多管路以及配套的机电二次配设施，需要在厂房钢结构设计时考虑足够的吊挂荷载，以满足管路的吊挂需求，从而减少地面钢结构支撑的占地需求。Technology93 2023.08HARDWARE2023.08HARDWARE2 集中过滤设备的工艺流程集中过滤设备站内、站外系统通常由以下工艺部分组成：机床回流泵、机床分支回液管道、集中过滤系统主重力回流管道、干式粗过滤机、负压精过滤机、系统主供液泵、净液箱、冷却单元、铝屑处理单元、供液管路等组成，其组成原理图如下图 1 所示：图 1集中过滤设备工艺流程图干式粗过滤机的主要作用是对粒径分布较大的铝屑进行初步分离，根据加工工况不同，粗过滤机的筛板间隙也不同。建议在选择筛板时尽量选用较小间隙，虽然会增大粗过滤机的面积，但是可以更大程度的减少负压精过滤机的过滤负荷。精过滤机根据铝屑机加工以及过滤精度要求，通常采用负压过滤方式使用滤布进行精过滤。为保证精过滤的过滤精度，精过滤机中的筛板平整度以及链条的平整度需要经过严格的检查与测试。如果平整度较差，会在滤布循环再生时导致滤布破裂，从而使铝屑颗粒泵送到机床里产生潜在的加工质量缺陷。精过滤机的滤布再生时间，一方面根据系统设定的自动再生时间外，还应该根据实际运行工况经验，不断对再生时间及间隔进行优化，从而达到节省滤布运维费用的目标。自动反冲洗保安过滤器是作为切削液过滤后的最后一道安全屏障，如果前面经过滤滤布失效，保安过滤器可以起到二次保护的作用，将铝屑拦截在反冲洗过滤器中。当反冲洗过滤器的压差或自动反冲时间到达时，过滤器会自动进行反冲洗。自动反冲洗的介质建议选用压缩空气形式来最大程度降低发冲洗时产生的压力波动。冷却单元通常由板换及增加泵组成，板换的换热能力上一章节已经进行简述，如果冷侧的介质是厂区集中供应，建议考虑板换选型时考虑双层板换结构，从而避免当板内发生破裂，热侧切削液混入到冷测介质中导致整个厂区冷侧介质污染。个别过滤设备还需要考虑加热装置，如果设备放置在环境温度不受控的环境中，还需要另外一组加热功能保证切削液的供液温度，通常采用旁路电加热方式。如果厂区提供热源如热水或热蒸汽，也可以考虑利用热介质进行换热。加注单元中通常需要满足系统初次添加和热场添加的功能需要。系统初次添加量较大时，应考虑利用主水源管路，配合大量润滑油通过系统内循环方式进行添加。当进行日常添加时，则采用定量泵定量添加的方式。为了防止人员的误操作导致添加错误的化学品，应该在系统中设定管理员权限，并使整个添加过程自动控制并自动记录添加量。过滤系统的主供液及主重力回流管道通常吊挂在车间屋面下弦梁。由于运输介质的特殊性，重力回流管道通常考虑千分之十五的坡度，用于铝屑及切削液的回流，并且在重力回流管末端及弯头处，应设置冲刷管路避免铝屑在特殊位置堆积。在重力回流管的最高处，应设置管道负压平衡阀，用于保证液体的流动性。末端冲刷阀门应考虑为自动加手动的方式。3 结论本文对发动机铝屑机加工工艺中，集中过滤系统的选型关键参数进行了简析，分析阐述了集中式铝屑过滤设备的一般工艺流程，并对关键工艺流程环节进行了详细分析，提供了铝屑切削液过滤工艺中的一般选型方法及注意事项。参考文献：1 李浩 冷却液集中循环处理系统工程设计要点 J.工程建设与设计，2012-10-20.2 韦小康 集中供液系统在发动机制造领域的应用与研究 J 时代汽车 2023-03-30.3 赵亚宁 切削液集中过滤系统功能模块的解析与探究 J 新型工业化，2021-09-20.（收稿日期：2023-7-31）