18 5月 艾瓦泵在切削液集中過濾規(guī)劃方案中扮演的重要角色

目前，在機加工生產(chǎn)線采用切削液集中過濾的方式成為發(fā)展的主流，不僅滿足批量集中生產(chǎn)線的要求，而且具有可統(tǒng)一切削液型號、濃度和過濾精度，改善現(xiàn)場工作環(huán)境，有利于延長切削液的壽命，降低成本，減少廢液排放等諸多優(yōu)點。

機加工一般分干式加工和濕式加工，雖然近年來干式加工和準干式加工（微量潤滑切削和低溫切削）有少量應(yīng)用，但濕式加工仍是主流加工技術(shù)。濕式加工中切削液起到冷卻、潤滑、沖屑及防銹等作用，是機加工中最重要的輔助材料。隨著機加工行業(yè)工藝技術(shù)水平的提高，傳統(tǒng)的每臺機床配備一個切削液處理系統(tǒng)的單機式過濾方案，逐漸滿足不了目前批量集中生產(chǎn)線的過濾要求，集中冷卻過濾與單機冷卻過濾的優(yōu)缺點對比如表所示。

金屬加工液按化學組成分為油性（切削油、磨削油）和水溶性切削液兩大類，其中水溶性切削液又可分為乳化液、半合成切削液和合成切削液。水溶性切削液一般由基礎(chǔ)油和各類添加劑組成，油基切削油因其潤滑性較好而散熱性能較差，一般用于切削速度低于30 m/min的加工；而水溶性切削液的性能較平均，幾乎適用于所有輕、中等負荷的切削加工及大部分重負荷加工，水基全合成切削液適用于大部分輕、中等負荷磨削加工。水溶性切削液的大量使用，推動了集中過濾系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用。

目前，集中冷卻過濾系統(tǒng)的主流過濾形式主要分為重力過濾、真空負壓過濾和加壓過濾三種，重力過濾主要在單機過濾系統(tǒng)中應(yīng)用較多，真空負壓過濾是目前集中過濾的主流，加壓過濾則應(yīng)用較少，奇瑞汽車新建發(fā)動機工廠選用的是真空負壓過濾系統(tǒng)。

主體結(jié)構(gòu)及供回液方案布置

集中冷卻過濾系統(tǒng)主體的排布形式有兩種：一種是主體結(jié)構(gòu)位于地下（見圖1），就是從廠房地面向下挖槽，主體液箱位于地下，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是不占用廠房空間，并且采用管道供液，地溝進行回液，投入較少，缺點是在廠房設(shè)計及生產(chǎn)線排布時，要進行統(tǒng)一規(guī)劃，并與地面澆注時統(tǒng)一施工，不利于后期拓展；另一種是主體結(jié)構(gòu)位于地上，和機床一樣擺放于生產(chǎn)線上，采用上供上回式的供回液方式（見圖2），這種布置方式最大的優(yōu)點是所有設(shè)備全部布置在地面以上，沒有地溝、地坑之類的特構(gòu)，廠房形式簡單、設(shè)備布置靈活；

一臺設(shè)備配備一套艾瓦上排回液泵站，增加一組泵將污液輸送至過濾器，占地面積較之單機過濾大大縮小，車間清潔度大大提高，并且減少人工成本，提高了生產(chǎn)自動化程度。

過濾方式的選擇

在金屬加工過程中，由于切削產(chǎn)生混入細切屑、磨屑、砂輪末、灰塵和污油等雜質(zhì)，嚴重影響工件表面粗糙度，降低刀具和砂輪的使用壽命，并使機床和循環(huán)泵的磨損加快。此外，由于機床自動潤滑導致潤滑油聚集在切削液中，使切削液的外來油含量越集越高，外來油將消耗切削液中的乳化劑，改變切削液的質(zhì)量，導致冷卻性能下降和使用周期縮短。所以在使用切削液時，必須隨時清除雜質(zhì)和浮油，才能保證切削液循環(huán)使用的質(zhì)量。

過濾系統(tǒng)形式主要分粗過濾和精過濾，粗過濾通常采用重力沉降來實現(xiàn)，沉降池的布置目前有兩種形式：一種是獨立設(shè)置沉降池，沉降池擁有單獨的刮屑鏈，此方式沉降效果好，但投資和占地面積相對要高；另一種是沉降與過濾在同一個箱體中，靠箱體中間隔板將切削液阻擋在一邊沉降，此投資和占地較少，目前業(yè)內(nèi)應(yīng)用普及，但相關(guān)沉降效果較差。精過濾的解決方案非常多，真空負壓紙帶過濾、反沖式濾芯過濾及吸附層預(yù)涂過濾等都是使用較廣泛的過濾方案。

過濾介質(zhì)選擇：介質(zhì)過濾就是以多孔性物質(zhì)作過濾介質(zhì)，將切（磨）削液中磨屑、切屑、砂輪末和其他雜質(zhì)污物分離出來。過濾介質(zhì)有兩種：經(jīng)久耐用的循環(huán)式過濾裝置，如鋼絲、不銹鋼絲等編織的網(wǎng)，尼龍合成纖維編織的平紋或斜紋的濾布。這些過濾介質(zhì)，在篩孔堵塞時均能清洗，其過濾精度取決于篩孔直徑的大小，在形成濾餅后（堆積一定量切屑），其過濾精度會更高。其他過濾介質(zhì)如油毛氈、玻璃纖維結(jié)合的壓縮材料，其過濾精度可達數(shù)微米。一次性的過濾裝置，即用后就報廢的過濾介質(zhì)，有紙帶過濾、毛氈或紗布等，其過濾精度可達20～5umm左右；其他還有硅藻土、纖維素等預(yù)涂過濾介質(zhì)，其過濾精度可達5～1umm，但預(yù)涂過濾介質(zhì)可能會把顆粒度較大的切削液添加劑過濾掉，影響切削液質(zhì)量和使用效果。

重要過濾參數(shù)與精度要求

系統(tǒng)過濾面積的大小和過濾速度的快慢，直接影響過濾精度和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，同時將決定系統(tǒng)切削液的循環(huán)周期，也可以通過循環(huán)周期來確定過濾面積和過濾速度。綜合其他工廠使用經(jīng)驗，切削液的循環(huán)周期控制在5～7次/h比較合適。

對于系統(tǒng)過濾精度，機加工根據(jù)加工冷卻方式分內(nèi)冷和外冷兩種過濾精度，實際現(xiàn)場使用時，微小顆粒含量也直接影響機加工的質(zhì)量。微小顆粒含量過高會影響加工表面粗糙度，長時間使用還會堵塞內(nèi)冷刀具的出水孔。我們集中冷卻過濾系統(tǒng)的規(guī)劃過濾精度如下：

內(nèi)冷過濾精度30～50 mm，其中30～50 mm鐵/鋁屑去除率99%，≥30 mm鐵/鋁屑去除率＞98%，≥30 mm鐵/鋁屑顆粒度含量＜50～80 mg/L；

外冷過濾精度80～100 mm，其中≥100 mm鐵/鋁屑去除率99%，80～100 mm鐵/鋁屑去除率＞98%，≥50 mm鐵/鋁屑顆粒度含量＜100～150 mg/L；

正常使用的切削液污油含量＜2%。

冷卻系統(tǒng)溫度控制

切削液溫升來源于切削過程生熱、供/回液泵及其他發(fā)熱源。切削液溫度升高會導致加工工件變形，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等一系列問題。機加工對切削液溫度控制要求在（23±2）℃，因此要對切削液進行冷卻處理，制冷通過廠房統(tǒng)一提供冷凍水（入口溫度10℃，出口溫度15℃，固定的壓力和流量）進行冷卻交換，制冷熱交換器如圖3所示。為了保持正常的工作溫度，非恒溫廠房內(nèi)還需要對切削液進行加熱，加熱的方式主要有蒸汽加熱和電加熱兩種，并配合系統(tǒng)循環(huán)提高切削液溫度。電加熱管加熱，加熱的效果要比使用蒸氣好，但是能耗較高。

電氣系統(tǒng)

集中冷卻過濾系統(tǒng)采用三相五線制、AC380V、50 Hz供電模式，而控制系統(tǒng)采用西門子PLC，整體電控柜防護等級IP54。在電動機的控制上，集中冷卻過濾系統(tǒng)要求使用變頻器，雖然在價格上軟啟動器更占優(yōu)勢，但是集中冷卻過濾系統(tǒng)一般采用恒壓供液。軟啟動器應(yīng)對供液壓力變化時的調(diào)整較為粗暴，每一次啟動都考驗著整個系統(tǒng)的承壓能力。考慮到變頻器較高的成本，現(xiàn)在較多使用1個變頻器和多個軟啟動器組合控制，取得了成本和功能的統(tǒng)一。

在集中冷卻過濾系統(tǒng)中，除泵組控制外，有兩處電氣組件需要注意：一是各種閥門開閉信號的采集和反饋；二是泡沫高度的采集和反饋，這兩個數(shù)據(jù)和液位高度傳感器共同構(gòu)成防泄漏和報警體系，對系統(tǒng)閑置和運行狀態(tài)下的意外泄漏起到預(yù)警。

結(jié)語

冷卻過濾系統(tǒng)作為機加工生產(chǎn)線非常重要的模塊之一，不僅能改善工廠現(xiàn)場的工作環(huán)境，還可以有效降低加工制造成本，因此有必要對其進行深入研究和探討。本文僅對集中過濾系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計做簡略探討，對過濾方式、過濾介質(zhì)和過濾參數(shù)確定進行分析，同時結(jié)合我司長期使用經(jīng)驗，將先進的集中過濾系統(tǒng)規(guī)劃理念進行推廣。

作者：姜 海 王學友 萬瑞生 楊厚忠　本文來源：奇瑞汽車股份有限公司