深孔銑削滾壓用切削油的研制及應(yīng)用

深孔銑削滾壓用切削油的研制及應(yīng)用

0粗銑道工序加工液壓機通常由主缸、主缸、活流和端蓋組成。其中的主要部件缸筒,通常采用無縫鋼管在深孔鏜床上鏜孔后進行珩磨或滾壓加工而成,即需經(jīng)過粗鏜、精鏜和珩磨3道工序才能完成,生產(chǎn)周期長、且經(jīng)過幾次裝夾轉(zhuǎn)換,加工誤差比較大。20世紀90年代末加工圓柱形管子內(nèi)徑的專業(yè)設(shè)備———鏜孔滾光機(Skiving&RollerBurnishingMachine,SRB)進入我國,SRB實現(xiàn)了粗鏜、精鏜和滾壓一次完成,對提高缸筒的同軸度、耐磨性有很大作用,也提升了油缸的產(chǎn)品質(zhì)量層次。SRB機床外形如圖1所示。SRB加工精度高,對配套加工所需的切削油也提出了很高的要求。本文對鏜削-滾壓用切削油的研制及在油缸加工中的應(yīng)用情況進行介紹。1銑削-滾壓組合加工切削油鏜削-滾壓組合工藝中一般滾壓器的前部安裝2把刀體用來鏜孔,一把為粗鏜刀,另一把為精鏜刀。滾壓器中部的滾壓部分由滾道、滾柱、保持架和擋銷等組成,滾壓器的后部為支承部分,用螺紋與鏜桿聯(lián)接。采用滾壓加工時,由于表面層留有表面殘余壓應(yīng)力,所以有助于表面微小裂紋的封閉,阻礙侵蝕作用的擴展,不僅提高表面抗腐蝕能力,并能延緩疲勞裂紋的產(chǎn)生或擴大,因而可提高缸筒的疲勞強度。另外,通過滾壓成型,滾壓表面形成一層冷作硬化層,能提高缸筒表面的耐磨性,降低油缸桿、活塞運動時對密封圈或密封件的摩擦損傷,提高了油缸的整體使用壽命。鏜孔滾壓工藝對切削油主要有以下幾方面的要求:1)冷卻性。深孔鏜削加工時的散熱條件不好,使切削油的冷卻效果不易發(fā)揮需要選用黏度適中的滲透性和流動性好的基礎(chǔ)油;2)合適的潤滑性,包括較好的減摩性和優(yōu)良的極壓抗磨性。由于鏜削-滾壓組合加工工藝的生產(chǎn)效率高,加工速度是珩磨的近20倍,為確保油缸使用時的表面平度高,對氣缸活塞的磨損小,需要切削油有非常恰當?shù)臐櫥?3)一定的防銹性,即確保所加工油缸在儲存期間及裝配后的防銹能力。此外,還要求切削油有較好的抗氧化能力,在使用過程中對人體無不良影響,無刺激性氣味,對環(huán)境無污染。2油壓機產(chǎn)品的開發(fā)2.1基礎(chǔ)油的制備深孔鏜削加工時將產(chǎn)生大量的熱,過高的溫度不僅會降低刀具強度和硬度而使刀具壽命縮短、磨損快,同時受熱變形還要影響工件的尺寸精度。選用黏度適中的、滲透性和流動性好的基礎(chǔ)油配制的切削油可以及時將這些熱量帶走,同時利用較好的液流機械沖洗作用沖走切削加工時產(chǎn)生的大量金屬碎屑,防止這些金屬碎屑顆粒粘結(jié),影響工件的表面質(zhì)量。本文根據(jù)鏜削滾壓工藝的要求,結(jié)合基礎(chǔ)油來源充足、經(jīng)濟性合理的選用原則,選擇了優(yōu)質(zhì)礦物油HVI75和HVI150作為研制產(chǎn)品的基礎(chǔ)油,產(chǎn)品的40℃運動黏度范圍定為18～24mm2/s。2.2添加劑的篩選產(chǎn)品研制過程中分別對油性添加劑、極壓抗磨劑、防銹劑和抗氧劑進行了考察。2.2.1油膜原料的篩選油性添加劑或稱減摩劑,是一種帶有極性基團的有機化合物,這些化合物在金屬切削過程中通過極性基吸附在相互接觸的金屬表面,形成足夠強度的物理吸附油膜,防止或減少金屬之間在一定工作負荷下的摩擦,達到提高產(chǎn)品精度和降低粗糙度的作用。產(chǎn)品研制過程中篩選了較多的油性添加劑,主要有動、植物油和合成酯等,包括多種植物油、脂肪酸酯和多元醇酯等。篩選方法主要是考察樣品的摩擦因數(shù),在相同條件下選擇摩擦因數(shù)較小的樣品,其減摩性較好。經(jīng)過試驗考察,最終選用了減摩性優(yōu)良、經(jīng)濟性好的長鏈脂肪酸酯型油性添加劑產(chǎn)品。2.2.2提高切削油的潤滑性極壓抗磨性是深孔鏜削加工油的主要使用性能之一。由于油性劑的油膜一般在200℃左右將被破壞而失去潤滑作用因此在用于深孔鏜削加工時必須要加入極壓抗磨劑。高效極壓抗磨劑可在刀具與被加工表面上形成剪切強度低的反應(yīng)膜,減少加工過程中的功率消耗、減少切削阻力,有效提高切削油的潤滑性能,使加工后的油缸獲得粗糙度值很小的內(nèi)壁。在篩選極壓抗磨劑時,主要從樣品的氣味、穩(wěn)定性、最大無卡咬負荷(PB)、磨斑直徑和經(jīng)濟性等方面進行考察。試驗采用GB/T12583《潤滑劑極壓性能測定法(四球機法)》進行PB和磨斑直徑的試驗,PB值高,代表油品的抗負荷能力較強。篩選試驗數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)表1所示試驗結(jié)果,選擇磷化物P1作為鏜削-滾壓用切削油的極壓抗磨劑。在適中應(yīng)力條件下,有機磷化合物作為抗磨添加劑操作效果好。這類添加劑主要是中性和酸性磷酸酯衍生物及其金屬鹽。2.2.3油、金屬界面上的緩蝕劑為確保加工后的油缸桿有一定的工序間防銹能力,同時保證油品具有長期穩(wěn)定的防銹性,須選擇防銹性能好的防銹添加劑。油溶性防銹緩蝕劑大多是表面活性劑結(jié)構(gòu),緩蝕劑的極性分子定向地吸附在油、金屬界面和空氣界面上。由于定向吸附的結(jié)果,緩蝕劑在油、金屬界面上的濃度遠遠大于它在油中的濃度,可以防止或明顯減緩金屬銹蝕的進程。試驗期間分別考察了油溶性磺酸鹽防銹劑和羧酸類防銹劑?；撬猁}類防銹劑對各種金屬具有良好的防銹性;羧酸類防銹劑具有防銹和輔助成膜的雙重作用。實驗室主要試驗項目為濕熱試驗,在49±1℃的濕熱箱內(nèi)對涂敷有防銹劑的10鋼的4塊鋼片進行防銹能力考察,記錄不發(fā)生銹蝕的最大天數(shù)值,防銹劑篩選試驗數(shù)據(jù)如表2所示。本產(chǎn)品研制過程中最終選用了油溶性好、顏色淺、加入量小且抗?jié)駸岬聂人犷惙冷P添加劑。2.2.4影響產(chǎn)品潤滑品質(zhì)的因素油品老化的較典型特征是變色。在后期,油品黏度開始顯著上升,生成酸氧化產(chǎn)物,其可引發(fā)腐蝕金屬和影響油品潤滑質(zhì)量等問題。使用抗氧劑可大大延緩此老化過程?？寡鮿┓譃榉宇悺奉?、有機磷和硫類等?？寡鮿┲饕ㄟ^自由基清除劑優(yōu)先與自由基氧化產(chǎn)物反應(yīng),生成共振穩(wěn)定的自由基,以停止自動氧化過程的擴展。鏜削-滾壓用切削油采用對酚類和胺類抗氧劑的復(fù)配,來有效延長切削油的壽命。2.2.5組合表明綜上所述,最后確定研制的鏜削-滾壓用切削油的配方,基礎(chǔ)油采用優(yōu)質(zhì)礦物油HVI75和HVI150調(diào)和,添加劑的加入量如表3所示。3主要技術(shù)指標將研制的鏜削-滾壓用切削油與市場上應(yīng)用的同類切削油產(chǎn)品進行性能對比,結(jié)果見表4。由表4所示可以看出,研制的鏜削-滾壓用切削油具有較好的潤滑性,同時產(chǎn)品的酸值低,銅片腐蝕結(jié)果為1b級,即防銹防腐蝕性能良好。本文研制的鏜削-滾壓用切削油主要技術(shù)指標見表5。GB/T265為石油產(chǎn)品運動黏度測定法和動力黏度計算法國家標準;GB/T3535為石油傾點測定法國家標準為石油產(chǎn)品閃點和燃點測定法開口杯法)國家標準;GB/T12583為潤滑劑極壓性能測定法(四球機法)國家標準。4初加工工藝及設(shè)備實例一:將研制的鏜削-滾壓用切削油在三一重工集團下屬液壓件生產(chǎn)企業(yè)的韓國進口SRB上使用,主要加工液壓缸鋼管內(nèi)壁,加工材質(zhì)的布氏硬度為320HB,轉(zhuǎn)速約為500r/min。自2008年10月使用以來,油品持續(xù)穩(wěn)定,其潤滑性能、冷卻性能好,加工工件表面粗糙度低,用戶對產(chǎn)品比較滿意。實例二:在無錫某大型機械公司使用,設(shè)備為TZH-220-6000數(shù)控鏜削滾壓機,現(xiàn)場設(shè)備如圖2所示。該公司主要生產(chǎn)高速數(shù)控鏜孔滾壓機、高精冷拔管、珩磨管和特大液壓缸等產(chǎn)品,工件材質(zhì)為20鋼、40鋼。自2009年5月使用筆者研制的鏜削-滾壓用切削油后,與原用油相比,現(xiàn)場