关于机床切削液过滤净化处理

魔神

    磨削加工是轴承机械加工的最后工序，对轴承成品的精度、性能和使用寿命有直接影响，而加工过程中冷却液对于防止工件烧伤、改善工件表面精度和粗糙度、提高工件及机床的防锈能力、延长刀具和机床的使用寿命有着非常重要的作用。因此合理使用和维护磨削液在轴承加工过程中至关重要。

1. 切削液的作用

　　在轴承加工过程中采用湿式加工，可以大大提高刀具切削能力和使用寿命，提高产品精度，降低废品率。湿式加工采用切削液的主要优点是

　　1） 润滑作用：切削液可以润滑刀具，提高刀具的切削能力；
　　2） 冷却作用：一定流量的切削液，可以将切削热带走，从而降低了刀具的温度；
　　3） 冲屑作用：切屑液可以将切屑冲刷掉，掉入排屑沟排走，同时沟槽内排屑也可以用切削液来实现水力排屑；
　　4） 提高工件表面粗糙度：切削液将加工面的铁屑冲走，铁屑不致划伤加工面，从而提高了粗糙度；
　　5） 减少锈蚀：选用合适的切削液，可以防止工件、机床导轨的锈蚀；

2. 切削液的合理使用

　　切削液按成份大致可以分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液如轴承厂的超精加工使用的以煤油为主添加少量机械油的切削液。油基切削液通过加工部位后一般只含有磨粒、切屑等固体杂质，实用中只需要分离掉固体杂质就能获得清洁的切削液，因此其处理相对比较简单。另一类是水基切削液，以乳化液为代表，在乳化液中细微的油滴高度分散地分布在水中，乳化液中还含有各种表面活性剂及防锈剂等添加剂。乳化液通过加工部位后除含有磨粒、切屑等固体杂质外，还容易滋生微生物。微生物包括细菌、霉菌、真菌等，这些都是影响乳化液品质的主要因素，正常的乳化液含菌量不超过1000个/mg，当含菌量达到10000～100000个/mg时，乳化液就会变黑发臭，冷却润滑效果迅速下降，发出令人不愉快的气味，腐蚀设备，甚至菌体会将过滤器堵塞，这时必须更换全部乳化液并彻底清洗循环系统。

3. 细菌在切削液中滋生的机理

　　乳化液中的细菌可以分为亲氧菌和厌氧菌两类。其中厌氧菌是造成乳化液黑臭的罪魁祸首。乳化液中总是含有一定量的不溶氧，因此总有亲氧菌在这种环境下繁殖生长，同时消耗掉乳化液中的不溶氧，造成水体缺氧，这时厌氧菌就会趁机繁衍增生，厌氧菌以乳化液中的有机成分和盐类为营养，同时分解出氨、硫化氢等难闻刺鼻的气体，厌氧菌分解出的有机酸使乳化液的PH值下降并与铁反应，使乳化液呈现出灰黑色，这一过程在一定温度和一定杂质量的“死水”环境中进行的相当快，乳化液处理系统的目的就是要设法延缓这一过程。

4. 切削液的使用和维护

　　4.1配置（稀释） 切削液的配置就是按一定比例加水稀释。水基切削液特别是乳化液在稀释时注意以下几点：

　　1)水质 一般情况下不宜使用超过推荐硬度的水，因为高硬度的水中所含有的钙、镁离子会使阴离子表面活性剂失效，乳液分解，出现不溶于水的金属皂。即使乳化液是用非离子表面活性剂制成，大量的金属离子也可以使胶束聚集，从而影响乳化液的稳定。太软的水也不宜使用，用太软的水配置的乳化液在使用过程中易产生大量泡沫。

　　2)稀释 切削液的稀释关系到乳化液的稳定。切削液使用前，要先确定稀释的比例和所需乳化液的体积，然后算出所使用切削液原液量和水量。在稀释时，要选取洁净的容器，将所需的全部水倒入容器内，然后在低速搅拌下加入原液，配置时，原液的加入速度以不出现未乳化原液为准。注意原液和水的加入程序不能颠倒。

4.2维护

　　延长乳化液的使用寿命除了选择合适的冷却液的质量和合理使用外，切削液的维护也是非常重要的因素。切削液的维护工作主要包括以下几项：

　　⑴ 确保液体循环线路的畅通及时排除循环线路的金属屑、金属粉末、霉菌粘液、切削液本身的分解物、砂轮灰等，以免造成堵塞。
　　⑵ 抑菌 切削液（特别是乳化液）抑菌生长至关重要，在切削液的使用过程中，要定期检查细菌含量，及时采取相应措施。
　　⑶ 净化 要及时除掉切削液中的金属粉末等切屑及飘浮油，消除细菌滋生环境。
　　⑷ 定时检查切削液PH值，有较大变化，及时采取相应措施。
　　⑸ 及时补加切削液，由于切削液在循环使用过程中因飞溅、雾化、蒸发以及加工材料和切屑的携带，会不断消耗，因此要及时补加新液，以满足系统的循环液总量不变。

5. 切削液的净化

　　切削液的过滤净化即将切削液中一定比例、相对较大的固体颗粒，从切削液中去除的过程。经过过滤净化后的切削液能够再用于机械加工中达到循环使用的目的。对切削液过滤净化的优点主要表现在以下几个方面：

　　1） 延长切削液的更换周期：根据我厂的实践证明，经过滤净化后的切削液的更换周期可以大大加长。
　　2） 提高刀具及砂轮的使用寿命：近几年的研究表明，如将切削液中的杂质（如碎屑、砂轮粉末等）从40μm降低到10μm以下，刀具（或砂轮）寿命可延长1-3倍。
　　3） 提高工件表面粗糙度，降低废品率。
　　4） 延长管路及泵组使用寿命，切削液中的固体颗粒等切屑会加速管路及泵等部件的磨损。

6. 切削液的过滤净化型式

　　对切削液的过滤净化大致可以分为过滤和分离两大类，但在实际生产中常将他们结合使用。

6.1 分离装置：

　　1） 沉淀箱：如图1，在沉淀箱内设有隔除悬浮污物和浮油的分离挡板和隔板，切屑和固体污物则沉淀于箱底。经沉淀和隔离浮悬物和浮油的净化液，流过隔板上方流入沉淀箱的净液存储部分。这种装置适用于净化各种切削液的切屑和磨屑，特别适应切屑大和比重大的切屑分离。图2是另一种沉淀箱，它带有刮板链，可将沉淀于箱底的细切屑和固体污物刮出箱外，落入污物箱。它适合于水基切削液的集中冷却系统，特别适合于净化磨削铸铁时的磨削液，沉淀箱对切屑细末、细粒子和高粘度的切削油的分离效果不好。

图1 沉淀箱

图2 刮板式沉淀箱

　　2）磁性分离器：磁性分离器早已应用于磨削加工过程净化磨削液，它利用磁性吸附原理，依靠连续转动的磁鼓清除铁屑和其他导磁金属末。分离过程：当脏的磨削液流过缓慢旋转的磁鼓吸附区域时，在磁场作用下磁性的固体粒子被磁化，吸附到磁鼓表面，并被带出磨削液流动区，经橡胶压辊挤压脱水，然后依靠贴着磁鼓的刮板把磁鼓上的磨屑刮下。这种磁性分离器在分离出磁性的固体颗粒的同时，也能清除部分其他非磁性杂质。见图3。它适用于乳化液、水基合成液和低粘度切削油的净化。

　　3）离心分离器：离心式分离器是依据冷却润滑液和切屑的比重差，通过分离器的高速回转产生离心力来分离切屑的。同样依据不同液体的比重差来分离油和水。其净化过程是带细末粒子的冷却润滑液由污液管进入转子内部，并随转子一起高速旋转，靠旋转而产生的离心力，促使细末粒子抛向壁周，净液由顶部溢出。当分离器转子内部切屑积聚过多时，要停止过滤，清理转子。见图4。分离器的性能是由其回转数、回转半径所决定。手动卸料和半自动卸料离心分离器可用于乳化液、合成液及低粘度切削油的净化。离心式分离器分离精度高，但高速回转易发生气泡，故不适合大容量分离。

　　４）涡旋分离器：它能分离出切屑细末和细粒子，但不能分离出轻的污物和浮油。涡旋分离器原理如图5。其净化过程是：带细末粒子的冷却润滑液沿着圆柱段内壁切向压入，并在圆柱段充分旋转，顺着内壁盘旋而下进入圆锥段分离区，在分离区其盘旋强度愈往下愈快，靠盘旋而产生的离心力，促使细末粒子抛向壁周，而后细末粒子顺着内壁下落，由底流口流出。作用于细末粒子的离心力往往大于细末粒子身重量的几倍至几十倍，所以细末粒子很易抛出。圆锥体中心由于盘旋而形成一个空气柱，并在此相邻处出现低压区，促使净化过的切削液上升，由顶端的溢流口流出。这种分离器一般供给压力为0.25~0.4Mpa，出口压力为0.04~0.06Mpa。用来分离含切屑量大或含大切屑的切液时，为了防止圆锥体底流口被堵塞，必须预先把切削液作重力沉淀或磁性分离处理后才能进行。这种分离器适用于高速磨削、强力磨削、一般精磨加工中净化合成液、乳化液和低粘度油基切削液。

　　各种沉淀箱和分离器在选择时可以合并使用以提高净化率和净化程度，例如沉淀箱与磁性分离器并用，可以清除浮油、磨屑、切屑和砂轮末，磁性分离器、沉淀箱和涡旋分离器串联使用，可获得10μm左右的精度。但这种方式只适合单机小流量的工况，处理量一般不大。

6.2 过滤装置

　　1）重力式纸带过滤机：如图6，用于轴承磨削加工中对磨削液净化处理的单机循环系统。该系统采用磁性分离器与重力式纸带过滤机，过滤机过滤介质采用无纺布，过滤精度20μm。来自机床的污液自然回流至磁性分离器，经过磁性分离器的初级过滤，其中大部分磁性颗粒被吸附出来，然后由磁性分离器出水口流入过滤机带漏网的接水盘中，并流到过滤纸上，过滤纸铺设在输送网上，输送网根据液位开关的开关信号自动输送污纸。乳化液经过过滤纸进入过滤机下部的净水箱，而杂质和污油则被截留到过滤纸上表面。当过滤纸被堵塞后，液位开关的浮球升起，接通液位开关，驱动输送链网输出脏纸，同时走入新纸，滤纸上面的液面很快下降，浮球复位，走纸结束，滤纸和滤渣落入污纸箱。该系统可以自动独立控制，操作简单易行，应用最为广泛，过滤精度根据滤纸的选择而定，我公司生产的该系列过滤机规格有25L/min~2000L/min。

　　2） 平床纸带过滤机（正压纸带过滤机）

　　正压式平床过滤机本体由活动的上箱体和固定的下箱体组成。我公司生产的平床纸带过滤机各部分结构名称如图7所示。上箱体与两个油缸连接，可垂直升降。工作时由油缸或气缸夹紧。上箱体与下箱体之间有滤纸和金属钢带，钢带有支撑和输送滤纸的作用。过滤机上箱体和下箱体结合处装橡胶密封件。工作时，污浮液以一定压力经管道进入上箱体，污浮液中的颗粒杂质被滤纸截留，过滤后的净液体收集到净液箱。当滤纸使用一段时间后，浮液的通过能力降低，内压升高到一定程度时，系统将自动切断乳液的输入，通过压缩空气，将上箱体中乳液驱除，经过一段设定时间，油缸将上箱体升起，过滤网带做水平移动，输入新纸，然后上箱体压下闭合，开始下一循环周期。整个控制过程由PLC控制完成预定动作，控制方式有压力控制和时间控制可供选择，实现连续过滤，可调预设值并自动换纸。

图7 平床纸带过滤机
1污液入口 2 入口自动控制阀门 3 柔性软管 4 过滤网带 5 气囊 6 上箱体 7 下箱体 8 净液出口 9 压力控制阀门10 集污车 11压缩空气入口 12 四位阀门13 污液分配器 14 清洗喷嘴 15 清洗液回流管 16 清洗液收集箱 17 净液箱

　　3)负压过滤机

　　负压过滤机是目前应用最为广泛的一种过滤形式，负压过滤机又有多种形式。负压过滤机主要有纸带负压过滤机、霍夫曼负压过滤机等几种形式。

　　3.1）纸带式负压过滤机

　　图8为我公司生产的纸带负压过滤机。纸带负压过滤机是一个大箱体，在箱体的底部有一个负压室，负压室上部与脏液箱之间用一个不锈钢滤纸支架分开。污液进入污液箱后，切削液通过过滤介质进入负压室，泵从负压室抽走净液供给机床使用。在泵的抽吸作用下，负压室会形成一个负压，加速介质的过滤速度，当杂质在滤纸上堆积形成的“滤饼”，达到一定厚度时，负压室内的真空继电器会启动排污刮板驱动滤纸运行一段距离，使脏纸走出过滤区，同时走入一段新纸，继续过滤。纸带负压过滤机过滤速度快，过滤精度高，对切削液无要求。

　　3.2）霍夫曼过滤机

　　污液进入过滤介质上部，过滤介质以金属排链作为托架，使用风机在负压室抽吸空气，从而形成负压，迫使切削液通过过滤介质，进入负压室。切削液表面的浮油等杂质可以被吹到滤饼末端，随滤饼一起排出过滤区。当滤饼增厚，阻力增加，负压达到设定值时，排链拖动滤布走出过滤区，同时走入新纸，继续过滤。整机由PLC可编程序控制器自动控制，具有故障自诊断功能，适合现代无人加工环境的要求。如图9所示。

　　7)切削液的集中过滤

　　切削液的循环方式有单机过滤和集中过滤两种型式。单机循环过滤就是每台机床的过滤系统各自独立。单机循环过滤系统一般是轴承加工机床出厂时设备自带的，一般比较简陋，过滤精度比较低，只能满足低精度轴承生产要求，不能满足高精度、低噪音轴承的需要。这种独立的过滤循环方式，一般适合与机床数量不多或使用不同切削液的工况。对于采用湿式加工的大型机械加工厂，推荐采用集中过滤方式。集中过滤系统是现代湿式加工过滤的趋势，与单机循环系统相比，集中过滤的优越性表现在以下几个方面：

　　1)占地面积小：大型集中过滤系统比单机过滤相对占地面积小得多。
　　2)便于管理：添加切削液时点数少，可以减少切削液管理人员，废切削液可以集中处理，环境污染小；排出的铁屑集中，便于运输处理；切削液的使用情况可以集中检测。
　　3)过滤精度容易控制；
　　4)容易实现自动控制。

　　图10是典型集中过滤系统示意图。该系统有自动配液系统、供液管道、刮板粗过滤、纸带负压过滤机精过滤、增氧灭菌、浮油清理、供液泵组及电气自动控制系统组成。

　　切削液由管道通过车间内供液管道输送到机床或自动线，并将切屑冲到回液系统，在压力喷嘴的作用下，切屑和乳化液经过架空管道或地下管道系统回流到过滤系统。在过滤系统中的乳化液先经过刮板沉淀槽粗过滤，较大的切屑由刮板输送机送到集屑箱内，然后乳化液再由负压过滤机精过滤，两次过滤后的净液由泵组重新送回到车间。该系统供液泵组采用变频恒压供液技术，保证整个过滤系统供应压力和流量的稳定，当车间内使用切削液的设备数量变化时，管道中的压力也产生变化，压力传感器就会发出信号，泵组将自动调节流量，使车间管道系统内的压力恒定。配液系统由配液槽与配液泵及相应的管道和调节阀组成，可根据设定的数值自动配液。增氧装置对液槽定期增氧，抑制厌氧菌的增长，有效延长切削液的使用寿命。除油装置自动清除液面浮油，避免浮油对切削液的腐蚀。系统设有液位检测系统，对液位自动检测，并输出信号。设有自动补水功能，对系统自动补水。电气控制有手动／自动／半自动／假日循环四中模式，以满足不同工况下的使用。在厂休及节假日期间，为防止切削液长期静置腐败，系统增设再循环泵，在系统停止运行后，在控制面板选择假日循环模式，系统自动启动再循环泵，使切削液保持流动，可以有效抑制细菌滋长，大大延长切削液的使用寿命，达到节约成本的目的。

　　冷却液集中过滤系统对生产车间的磨削液进行集中供液、集中处理，可以对冷却液进行集中过滤、除油、增氧、杀菌，实现对其浓度、pH 值和菌落数的控制，从而保证冷却液不发生变质，延长冷却液的使用寿命。冷却液的集中过滤，循环使用，在降低生产成本，降低工人劳动强度，改善车间工作环境，减少环境污染的同时，还可以实现对废冷却液的集中处理，从而进一步减少对环境的污染。重要的是，冷却液集中过滤系统使冷却液质量长期稳定，保证了轴承套圈磨削加工的需要。

　　磨削液集中供应与过滤系统具有很大的推广价值，一次性投入并不算大，但是资源节约效果明显，社会效应好，对厂房改造要求不高。