齿轮加工大都使用乳化液、切削油或磨削油作为切削加工的冷却液。研究表明,冷却液的清洁度不仅影响齿轮加工光洁度,而且影响刀具寿命。因为这些细微杂质将进入刀具前刀面与切屑以及刀具后刀面与工件接触区的界面上产生强烈摩擦,使切削温度增加,刀具耐用度大大降低,同时加工表面质量变差。如果将切削液中杂质的颗粒度从40~50μm减小到10~20μm,刀具寿命可延长1~3倍。
因此,为了提高刀具耐用度和可靠性,改善零件加工质量,应当使用持续净化的切削冷却液。特别是大量使用的乳化液,由于污油隔离空气,厌氧菌类的微生物很容易在其中繁殖,如果每毫升乳化液中的细菌超过1万多个,乳化液就会变质发臭,散发出硫化氢和二氧化碳等有害气体,使车间里弥漫着难闻的油气,影响工人健康、污染周围环境。保持乳化液的清洁可以将细菌繁殖降至最低。
乳化液的净化处理就是及时去除加工过程带入的碎屑、砂轮粉末等杂质和残油,避免腐败变质。高精度的净化处理能保证使用中的乳化液接近新配制的纯净度,只要用原液调配浓度即可再生循环使用,延长寿命,实现少排放或不排放。
运用先进过滤技术将脏液回收、过滤除油、浓度调整、净液供给整合为一个系统,可以实现切削液净化再生处理,还可以根据用户需要增加切削液浓度监测、纯水制备、灭菌净化等功能,实现切削液的再生处理和长期运行。
应对用户的不同工况和实际需要,切削液净化再生装置有固定放置的处理站和移动处理车两大类。固定装置的箱体容量比较大(500L~8000L),机床的脏液可用泵打回来处理,也可用抽吸车抽送到处理站,适合大型机床或机床数量多的生产车间,甚至可以满足整个工厂的切削液净化再生处理。移动式容量较小(500L~1000L),有脚轮可移动,可以推到机床边即时处理,适合数量较少的小型机床需求。
1. LCA系列切削液处理站运行模式
1)抽吸车 + 处理站:
处理系统由一套切削液净化再生处理站和一辆配套的移动式切削液抽吸输送车组成,使用移动式抽吸输送车从机床切削液箱抽取脏液送到处理站,净化再生后存入净液箱内,需要时可以再通过移动输送车将干净切削液送到机床切削液水箱。抽吸车可在几分钟内将机床水箱内的脏液抽吸干净,可减少因调换切削液带来的停机损失、降低运行成本。
2)管道泵送 + 处理站:
机床和处理站有脏液泵送管道和净液泵送管道连接,脏液由机床回液箱的提升泵直接送入切削液净化再生处理站,净化再生后存入净液箱内。供液泵通过供液管道将干净切削液送到各台机床的切削液箱内使用。
2. 切削液移动处理车运行模式
切削液移动处理车将脏液抽吸、净化再生、净液回送等处理单元合为一体,有脚轮可以在车间里推行,移到机床边作切削液净化再生处理。
3. 切削液净化再生处理系统功能单元
1) 脏液抽吸输送车
切削液抽吸车用于抽出机床切削液水箱里的脏切削液并清理水箱,更换净化再生后的新切削液,使用方便、操作简单。抽吸车做成推车形式,有脚轮和推手可在机床通道间方便推行,对各台机床切削液作定期轮换处理,用最短的时间清洗机床切削液水箱,使机床停工等待时间最短。
切削液抽吸车由圆形储液筒、不锈钢过滤网、真空抽吸泵、输送泵、抽吸软管、电气控制箱等部件组成。将抽吸软管插入机床切削液箱,由抽吸泵抽出密封圆形储液筒内的空气造成筒内负压,脏液和沉在箱底的金属切屑便被大气快速压入密封储液筒内的过滤网,脏液经不锈钢滤网过滤后进入储液筒,以便转送到净化站处理。抽吸车上设有液位监测和抽吸保护,贮液箱抽满后会自动停机。
不同规格的抽吸过滤小车每次可抽吸运送500~1000L左右的脏切削液,抽吸结束后可以打开抽吸筒盖,取出过滤网倒掉切屑滤渣、冲洗后即可再使用。抽吸车推到切削液处理站,打开筒底放液阀、然后启动输送泵,即可将储液筒里的脏切削液送入切削液处理站储液箱内做净化处理。
切削液移动抽吸车上加配有冲洗枪,利用水泵将储液箱里的切削液抽出、回冲机床切削液水箱箱体内壁和四周死角,而冲洗下来的脏切削液再通过抽吸软管再抽回车内。等机床水箱彻底清理干净后再利用抽吸水泵从移动式抽吸车的净液箱中抽出干净切削液注入机床水箱,对机床水箱进行清理可以使注入的新切削液不会被污垢污染。
整个抽吸、过滤和箱体清理过程可在数分钟内完成,机床马上就可恢复工作。
2) 净化再生的过滤单元
不同的切削液需要配不同的过滤装置,以实现高效的精密过滤。可以选择的方式有滤袋过滤、滤芯过滤、涡旋分离、离心分离等,也可以有一级或二级过滤,以达到不同的精度要求。净化再生的过滤系统要根据用户工况设计选配。
袋式精密过滤装置主要由机架、滤筒、滤袋、钢网篮、压力表等部件组成,可用于各种切削液和常见切屑杂质的一般过滤或精密过滤。经过预分离的切削液被泵送入过滤筒内的精密滤袋过滤,污液中的细微杂质被滤袋捕获,滤净的切削液体通过滤筒底部出口流入净液箱内。滤袋内的杂质脏堵时,流量会逐渐减小,净液箱内液体下降,表示滤袋内垃圾很多已脏堵,此时应立即切换到另一个备用的干净滤筒实现连续过滤。然后等脏堵滤筒内部压力释放后再打开滤筒盖板、提出滤袋倒掉滤出的杂质,将袋内垃圾清除掉,即可重复使用。滤袋过滤的精度一般可以达到5-10μm。
滤芯过滤装置主要由滤筒、滤芯、压力表等部件组成,可用于各种切削液和常见切屑杂质的精密过滤。经过预分离的切削液被泵送入过滤筒内的精密滤芯过滤,污液中的细微杂质被滤芯捕获,滤净的切削液体通过滤筒底部出口流入净液箱内。滤芯表面被杂质脏堵时,流量会逐渐减小,净液箱内液体下降,表示滤芯已脏堵,此时应立即切换到另一个备用滤芯继续过滤。然后等脏堵滤筒内部压力释放后再打开滤筒盖板、取出滤芯,调换新滤芯备用。滤芯精密过滤的精度一般可以达到5-1μm。
涡旋分离也是常用的杂质分离方式。脏液由泵打入涡旋管,流体在管内高速旋转,液体中的杂质颗粒在离心力的作用下沿管壁下行、从排污口排出。分离后的净液从上面出液口输出送入净液箱。涡旋分离的精度一般在20-30μm左右,但是专为净化再生设计的高精度涡旋分离可以达到10~5μm左右。
高速离心分离是精度非常高的净化再生方式。碟片离心机的碟片组有较短的沉降距离和很大的沉降面积,当碟片组以每秒几千转到1万转的高速旋转时,输入其中的切削液中的杂质颗粒在离心力的作用下从切削液中分离出来,从排污口排出。分离后的净液从上面出液口输出送入净液箱。离心分离杂质颗粒的精度可以达到1-2μm,杂质含量小于500PPM。
3) 净化再生的油水分离单元
由于泵送的搅拌作用,机床润滑油或液压漏油会以微小颗粒的形态悬浮在切削液中,这些油滴与微细颗粒杂质混合成为污油,是滋生微生物的养料,使切削液腐败变质,散发出难闻的臭油气。
可以用亲油材料在切削液中直接吸附捕获这些悬浮的微小污油,将其从切削液中分离出来。但吸附污油的滤材需要二次处理。
更环保的方法是让悬浮在切削液中的油滴浮到表面加以清除,但悬浮油滴需要静置很长时间才会浮到液面。因此,净化再生采用浮升装置使悬浮在切削液中的微小油滴聚合成大颗粒油滴快速上升到切削液表面成为浮油,然后再将浮油从切削液表面分离出来。
安装亲油小球的浮升装置可以在油水混合液通过聚油小球时将细小的油滴附着在亲油小球上,聚合成较大的油滴并获得较大的浮力,浮到液面,与切削液分离。
碟片聚油器或斜板聚油器也用于污油与切削液的分离,油水混合液通过聚油器时,细小的油滴附着在亲油板上,聚合成较大的油滴并获得较大的浮力,油滴在碟片或斜板间向上浮升时又与其它油滴聚合成更大的颗粒,最终浮到液面。
气浮分离可以更有效地解决悬浮油滴的浮升分离,由溶气加压泵将空气溶入切削液,通过溶气罐加入切削液中,溶气将以20~30μm的微气泡的形态在切削液中释放,形成浓密的微气泡向上浮升,并与切削液中的游离态微小油滴反复碰撞粘合,微小油滴与这些微气泡粘合聚结后体积增大,获得大于自身重量的浮力,快速向上浮升成为浮油。
漂在切削液表面的干净浮油可以用带式除油机提出送入贮油盒内回收。带式除油机由携油带、减速电机、刮油刀和导油槽等部件组成。亲油的携油带由垂轮半浸在液面以下,电机主动轮带着携油带连续不断地顺时针上下绕行。当携油带绕过垂轮向上离开液面时,液面上的浮油被吸附在携油带表面一起带离液面,进入机器上部,经刮刀的刮除,携油带表面的油被刮下并汇集到集油盘中,完成油液分离。
如果浮油混有较多浮渣,带式除油机难以处理,可以用浮堰抽吸装置抽吸,再送入油渣分离装置分离。浮堰抽吸装置由浮球和抽吸堰和真空抽吸器组成,可以跟随液面上下浮动,持续抽吸飘在切削液表面的浮油浮渣。
高速离心分离用于高精度油水分离,两相液体的分离精度可以达到0.1%。高速离心分离用于切削液净化再生有非常好的效果,但对输入脏液的杂质浓度有一定要求,一般需要先作预处理。
4) 切削液防腐败处理
厌氧亚硫酸盐还原菌的孢子在自然环境中广泛存在,由于切削液pH值适中、温度适宜,营养源丰富,极易繁衍滋生厌氧菌等微生物。厌氧芽胞杆菌将亚硫酸盐还原为硫化物,产生臭气,分泌产生的粘液与切削液中各种悬浮杂质粘合在一起而形成粘泥,导致切削液腐败变质,
投放药剂可以杀灭细菌,但也会影响切削液性能。紫外线可以杀灭细菌,一些特殊的金属离子也有灭菌性能,将它们设计到切削液净化再生系统中可以抑制切削液中厌氧菌的繁殖,减轻厌氧菌对切削液的腐败作用,防止液体腐坏发臭。
5) 高压冲洗和净液回送
经过净化再生处理后的干净切削液储存在净液箱中,需要时将抽吸输送车推至净液箱旁,打开净液箱放液阀,干净切削液即流入抽吸输送车的储液箱内,通过抽吸输送车将净液输送到每台机床切削液水箱内。也可由供液泵通过架设的管道将干净切削液送到各台机床的切削液箱体使用。
由高压泵抽取净液通过手持喷枪可以彻底清洗切削液箱,各个角落和机床各部位,并由真空抽吸管再次抽出脏液送入净化再生装置处理,然后加入干净的切削液使用,避免箱体残留细菌很快污染切削液。
综上所述,切削液净化再生系统从脏液抽取、过滤清洗、净化再生到后期除油灭菌、补液再用,可以实现切削液长期循环使用的愿望。如果选用优良的浓缩原液,那么整个处理系统将使切削液长期保持在最佳状态,极大地减少因切削液问题而引起的设备故障和加工质量问题;如果整个切削液管理都能置于严格的控制之下,那么就可以实现无废液排放的理想目标。
特别需要提醒的是:对切削液一定要进行日常的过滤和净化再生处理,抑制细菌繁殖,不要等到切削液变质发臭了再处理,这样才能使切削液始终保持良好品质,保证比较长的使用寿命。