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內(nèi)蒙古微量潤(rùn)滑——精密高速?zèng)_壓的“渦輪”

內(nèi)蒙古微量潤(rùn)滑——精密高速?zèng)_壓的“渦輪”

  • 所屬分類:內(nèi)蒙古沖壓潤(rùn)滑的重要性

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  • 發(fā)布日期:2023/10/28
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詳細(xì)介紹

微量潤(rùn)滑——精密高速?zèng)_壓的“渦輪”


·節(jié)約60%的油品消耗

·提高50%的生產(chǎn)速度

·無(wú)殘留潤(rùn)滑


隨著近幾年,汽車、電機(jī)、家電、五金、儀表、通信等行業(yè)的迅速發(fā)展,市場(chǎng)需求量較穩(wěn)定。因此,對(duì)沖壓件不僅在數(shù)量上,且在品質(zhì)上對(duì)零件精度和表面質(zhì)量的要求日益提高。尤其是沖壓行業(yè)對(duì)高效、精密的技術(shù)需求,因此,對(duì)高速精密級(jí)沖壓機(jī)的研制已成必然。正如上海交通大學(xué)工程院阮雪榆院士所講,高速精密沖壓技術(shù)“任重而道遠(yuǎn)”。本文就微量潤(rùn)滑的特性對(duì)高速精密沖壓的作用提出幾點(diǎn)論證。

微量潤(rùn)滑也叫至小量潤(rùn)滑,英文為Minimal Quantity Lubrication(MQL),是一種金屬加工的潤(rùn)滑方式,即通過(guò)壓縮氣體(空氣、氮?dú)?、二氧化碳?與極微量的潤(rùn)滑油混合霧化后,形成微米級(jí)的液滴,噴射到加工區(qū)進(jìn)行有效潤(rùn)滑的一種加工方法。壓縮空氣的流速一般是12米/秒,當(dāng)帶動(dòng)微米級(jí)液滴流動(dòng)時(shí),受油品粘度影響,速度會(huì)有所降低,400mm2/s粘度以內(nèi)的油品霧化后,流速不會(huì)低于6米/秒,相當(dāng)于步距20mm的送料機(jī)以1800次/分的超高頻率工作時(shí)的平均速度,充分滿足高速?zèng)_壓的潤(rùn)滑需求。有效數(shù)據(jù)顯示,高速?zèng)_壓機(jī)在微量潤(rùn)滑的幫助下,速度可從500次/分提高到800次/分。

圖1:厚度9mm板材沖壓——微量潤(rùn)滑解決方案

那么,如何在沖壓設(shè)備高速運(yùn)作的狀態(tài)下保障模具內(nèi)凸模的使用壽命,是影響零件精度、質(zhì)量及效率的主要因素。而潤(rùn)滑,是這些要素的關(guān)鍵點(diǎn)。眾所周知,高速精密級(jí)沖壓設(shè)備主要是通過(guò)附著在材料表面的油液來(lái)降低沖針的磨損度,而隨著沖孔數(shù)量的增多,模具長(zhǎng)度的加大,材料表面潤(rùn)滑油的消耗會(huì)逐漸形成一種“供不應(yīng)求”的狀態(tài),模具后半部沖針的潤(rùn)滑效果就會(huì)捉襟見(jiàn)肘。這是因?yàn)榇蟛糠譂?rùn)滑設(shè)備只能在給料系統(tǒng)后,進(jìn)料口前進(jìn)行一次性的上油潤(rùn)滑,使盡可能多的油液覆蓋材料以便其經(jīng)受更多沖針的“洗禮”。即便如此,油液在模具后半部分起到的潤(rùn)滑作用還是微乎其微的,因?yàn)椴牧媳砻孢^(guò)厚的油層在沖剪區(qū)前半部分,會(huì)逸散到材料兩側(cè)的沖孔中,形成浪費(fèi),這些油量是過(guò)剩的。受限于材料的寬度、機(jī)床空間條件,板材所能承載的油量有限,且只能在上表面涂油,遇到部分沖針在凹模內(nèi)的特殊模具,潤(rùn)滑目的將會(huì)更加難以實(shí)現(xiàn);另外,由于沖壓設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的閉合性,普通的潤(rùn)滑設(shè)備很難在板材進(jìn)給的后續(xù)行程中補(bǔ)充缺失的潤(rùn)滑油,特別是為了迎合沖頭閉合頻率,隨著給料速度的加快,沖頭的閉合角度會(huì)越來(lái)越小,開(kāi)角的空間也會(huì)越來(lái)越小。我們的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明,盡管大部分精沖機(jī)使用的模具都配備油槽,但是成本較高,且油槽內(nèi)潤(rùn)滑油的利用存在“真空”區(qū),不如在材料表面直接潤(rùn)滑的效果明顯。

傳統(tǒng)潤(rùn)滑的概念圖

德國(guó)惠潤(rùn)HPM微量潤(rùn)滑的概念圖

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滴液、噴槍及滾軸的油耗

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德國(guó)惠潤(rùn)HPM微量潤(rùn)滑的油耗


綜合以上高速精密沖壓的潤(rùn)滑問(wèn)題,我們研究了多種常見(jiàn)的沖壓潤(rùn)滑設(shè)備,并結(jié)合這些設(shè)備的特點(diǎn),總結(jié)出潤(rùn)滑方式的種類、特點(diǎn)及優(yōu)劣性,具體如下:

一、 點(diǎn)滴潤(rùn)滑:是常見(jiàn)的一種方式,見(jiàn)圖2。適用于粘度較低的潤(rùn)滑油,由泵體產(chǎn)生一定負(fù)壓束縛軟管內(nèi)的潤(rùn)滑油,再將軟管垂掛在送料系統(tǒng)后,材料中心點(diǎn)正上方,通過(guò)重力引力與泵壓的差值來(lái)控制油液,以均勻的頻率滴落在材料上;為使油滴全面擴(kuò)散至材料表面,使用者一般會(huì)在進(jìn)料口前為材料纏上一圈棉布或海綿,通過(guò)纖維的傳導(dǎo)性將油滴吸收后再傳輸?shù)讲牧仙稀?/span>

優(yōu)勢(shì):

1、 安裝成本十分低廉、操作簡(jiǎn)單;

2、 常見(jiàn)于小噸位、速度適中、材料較薄的普通沖床;

劣勢(shì):

1、對(duì)材料寬度的限制:油滴體積一般是0.05ml左右,與油管的口徑無(wú)關(guān),單油管所能潤(rùn)滑的材料面積有限;

2、對(duì)沖壓速度的限制:油滴頻率無(wú)法太快,否則會(huì)形成“油流”,受到高速前進(jìn)的材料影響,潤(rùn)滑的均勻程度無(wú)法保證,造成浪費(fèi);而且,“油流狀態(tài)”下潤(rùn)滑油的消耗是非常大的;

3、由于纖維的不規(guī)則性,油液傳輸?shù)讲牧仙弦矔?huì)分布不均勻,材料表面一部分呈現(xiàn)潤(rùn)滑量不足,在沖針對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行沖剪、拉深等作業(yè)時(shí),磨損的程度會(huì)較平時(shí)大很多,造成模具壽命的不穩(wěn)定性。另一部分呈現(xiàn)潤(rùn)滑量過(guò)剩,表面過(guò)厚的油層通過(guò)陽(yáng)膜擠壓會(huì)溢散到模具內(nèi)死角,污染外部工作臺(tái),長(zhǎng)時(shí)間下來(lái),纖維吸附了粉塵及灰塵后,導(dǎo)致不純凈的油凝結(jié)在機(jī)床內(nèi)部,不易清洗,不僅造成油品的浪費(fèi),還會(huì)產(chǎn)生額外的機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)成本。

圖2:典型的點(diǎn)滴式潤(rùn)滑裝置——微型精密產(chǎn)品的高速?zèng)_壓

二、 噴槍潤(rùn)滑:與點(diǎn)滴潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)相似,區(qū)別在于可以通過(guò)高壓,將粘度很高的油品打在進(jìn)料口處,可還是會(huì)利用海綿布進(jìn)行擴(kuò)散處理。

    優(yōu)勢(shì):

1、 可應(yīng)對(duì)高粘度潤(rùn)滑油,如沖壓拉伸油;

2、 適用于一些需要熱處理的油脂、油膏等常溫下呈固態(tài)的潤(rùn)滑品;

    劣勢(shì):

1、 安裝及使用成本比點(diǎn)滴式潤(rùn)滑設(shè)備高,其他缺陷相同;

2、 使用高粘度潤(rùn)滑品時(shí),過(guò)剩的部分會(huì)給機(jī)床的清潔帶來(lái)更多麻煩。

三、雙夾式滾筒潤(rùn)滑:油路與海棉布的結(jié)合形式。在進(jìn)料口端,材料上下各有一圓柱形滾筒,油管終端連接到滾筒內(nèi)部,將滾筒表面包裹的海綿布由內(nèi)到外的進(jìn)行“濕潤(rùn)”處理,從而達(dá)到板材上下表面的潤(rùn)滑效果。

  優(yōu)勢(shì):

相比簡(jiǎn)單的在材料表面纏一層海綿布,滾軸潤(rùn)滑效果較均勻,只要保證一定的注油頻率,滾軸上的油液始終是充足的,且當(dāng)給料停止時(shí),同步停止注油,由于纖維的吸油性良好,滾軸上飽和的油液也不會(huì)滴落形成浪費(fèi)。

  劣勢(shì):

1、安裝條件限制:滾軸尺寸根據(jù)機(jī)床所加工的較寬材料尺寸而定,要求有一定的安裝空間,必須保證送料系統(tǒng)與進(jìn)料口之間有一定的“峽谷式”間隙。而為了保證更高的送料精度,特別是在精密微型產(chǎn)品的沖壓線上,大部分情況下材料都是緊貼陰模上端沿水平方向傳輸,如圖2所示,只能夠從上面進(jìn)行單面潤(rùn)滑。這種類型的沖床,往往在沖壓后段存在對(duì)材料潤(rùn)滑不足的問(wèn)題?!獰o(wú)法適用于小型高速?zèng)_床

  2、速度限制:當(dāng)沖床加快到一定速度后,滾筒的潤(rùn)滑油消耗會(huì)比潤(rùn)滑油補(bǔ)充速度快,而且海綿布上的油會(huì)因離心力作用而被“甩出”,造成浪費(fèi)且污染工作臺(tái);另一原因則是高速的滾動(dòng)狀態(tài)所產(chǎn)生的振動(dòng)可能會(huì)影響給料精度。所以,滾筒潤(rùn)滑一般只適用在速度中下的沖壓設(shè)備上

四、微量潤(rùn)滑:

作為世界上早期(1945年)從事微量潤(rùn)滑的企業(yè),德國(guó)惠潤(rùn)(HPM)科技有限公司在沖壓領(lǐng)域已為全球超過(guò)15000家企業(yè)提供了專業(yè)服務(wù)和解決方案,特別是在汽車、電子及航空行業(yè)。2009年,德國(guó)惠潤(rùn)(HPM)公司榮獲德國(guó)TOP100Top-Innovator(德國(guó)創(chuàng)新獎(jiǎng))。

針對(duì)傳統(tǒng)三類潤(rùn)滑方式的不足之處,我們的解決之道是:

圖3:控制模塊置于機(jī)床外部

圖4:噴頭組延伸到內(nèi)部對(duì)模具或輸送帶實(shí)時(shí)潤(rùn)滑

特點(diǎn):

1、易操作:由于采用模塊化設(shè)計(jì),德國(guó)惠潤(rùn)(HPM)微量潤(rùn)滑系統(tǒng)(MQL)可以單獨(dú)或組合應(yīng)用于多種場(chǎng)合,只需將噴頭固定在需要潤(rùn)滑的加工位置即可。

2、環(huán)境保護(hù):我們以綠色制造為服務(wù)理念,視工人的健康安全為首要前提,將氣壓控制在1~2.5bar,在保證噴霧速度的同時(shí),降低了油霧的擴(kuò)散力,使油霧形成一層均勻地油膜附著在材料上,不會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi),避免了環(huán)境的污染。

3、節(jié)約油耗、均勻潤(rùn)滑:系統(tǒng)電磁閥可與沖床角度信號(hào)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng),在材料進(jìn)給時(shí)能確保精確噴霧。潤(rùn)滑油的用量一般僅為15~25ml/h,相當(dāng)于傳統(tǒng)潤(rùn)滑設(shè)備的30%用量。

4、提高產(chǎn)品質(zhì)量:由于采用熱阻溫度達(dá)350℃的冷卻介質(zhì),可有效減小沖針、工件及切屑三者之間的摩擦,防止粘結(jié),大大延長(zhǎng)了模具的使用周期,也提高了加工產(chǎn)品表面的質(zhì)量。

5、提高沖壓速度:油霧的傳輸速度至低可達(dá)到6米/分,即使是瑞士bruderer的超高速精沖機(jī),德國(guó)惠潤(rùn)(HPM)微量潤(rùn)滑也能保證板材的實(shí)時(shí)潤(rùn)滑效果。

6、模內(nèi)噴油:在材料表面潤(rùn)滑油消耗過(guò)多時(shí),我們的噴頭可以從模具外側(cè)向內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充潤(rùn)滑,這也是針對(duì)大多數(shù)精沖機(jī)的解決之道。

綜上所述,從潤(rùn)滑方式的優(yōu)點(diǎn)來(lái)看,我國(guó)沖壓領(lǐng)域在對(duì)材料的潤(rùn)滑效果上是不斷提高的,更好的潤(rùn)滑效果意味著模具使用周期更長(zhǎng),為更快的沖壓頻率提供安全保障,使設(shè)備有效工作時(shí)間更長(zhǎng),產(chǎn)品在沖針磨損度低的情況下質(zhì)量更高,企業(yè)因而產(chǎn)能增加。這一切的前提,都起源于“理想潤(rùn)滑效果”的穩(wěn)定性。

我們從劣勢(shì)的種種情況可以看出,潤(rùn)滑設(shè)備在演變的過(guò)程中,所帶來(lái)的問(wèn)題大都表現(xiàn)在速率限制、空間限制和維護(hù)周期這三點(diǎn)上。

1、速率限制:是三種潤(rùn)滑設(shè)備共存的問(wèn)題,即當(dāng)給料或沖軸閉合頻率過(guò)快時(shí),潤(rùn)滑效果呈幾何式下降,導(dǎo)致在很多擁有先進(jìn)沖壓設(shè)備的企業(yè)里,工人即使面對(duì)好的機(jī)床,但卻不敢開(kāi)的過(guò)快而損傷模具和材料。因此,速率限制是造成“理想潤(rùn)滑效果”不穩(wěn)定的較大因素。

2、空間限制:雙夾式滾筒的雙面潤(rùn)滑是目前看來(lái)效果較佳的潤(rùn)滑設(shè)備,能滿足沖壓行業(yè)較佳的潤(rùn)滑效果。然而,滾軸要求的安裝空間較大,一般只能適用在材料寬度較大的高噸位沖壓機(jī)上,在更換較窄材料時(shí),定制的滾軸還會(huì)因?yàn)榕c材料的接觸面過(guò)剩而浪費(fèi)潤(rùn)滑油。三種潤(rùn)滑設(shè)備都僅在進(jìn)料口處進(jìn)行潤(rùn)滑,為滿足模具內(nèi)部的潤(rùn)滑需求,潤(rùn)滑的途徑不應(yīng)僅局限在進(jìn)料口的材料表面上,應(yīng)該可以考慮在進(jìn)給潤(rùn)滑的同時(shí),向模具內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)充潤(rùn)滑。

3、維護(hù)周期:模具使用久了,需要保養(yǎng)、換模。根據(jù)模具的尺寸規(guī)格,潤(rùn)滑油的效果,模具維護(hù)周期也不一樣。優(yōu)質(zhì)的沖壓油不僅在潤(rùn)滑性能上表現(xiàn)較優(yōu)秀,且在揮發(fā)性上也很理想,便于模具的清洗。模具的使用壽命和周期越高,企業(yè)所需的備用模具數(shù)量就越少,更換次數(shù)也越少,對(duì)生產(chǎn)成本的管控及效率的提升亦起到至關(guān)重要的改善作用。

補(bǔ)充潤(rùn)滑油的速度跟不上材料進(jìn)給的速度,就像后勤跟不上主力部隊(duì)?!昂笄凇毙枰獡Q一種“快速”地輸送方式,這種輸送方式應(yīng)該像機(jī)車一樣不被交通堵塞所影響,并且,還能兼容“汽油”、“柴油”等不同的介質(zhì)。

如果能解決此三類困難,那么沖壓行業(yè)必將迎來(lái)高效、節(jié)約、綠色的新時(shí)代。而這個(gè)領(lǐng)域,就是微量潤(rùn)滑的專屬領(lǐng)域。

   

圖3:德國(guó)惠潤(rùn)HPM替代傳統(tǒng)潤(rùn)滑方式——小型高速開(kāi)式?jīng)_床

為了確保沖壓產(chǎn)品的表面光潔度,我們HPM自我研發(fā)了SURVOS及SAMNOS水基(無(wú)油)潤(rùn)滑液,針對(duì)銅、鋁、鋅、鋼等材料達(dá)到無(wú)殘留效果,可以省去后續(xù)的清洗及甩干工序。同時(shí),考慮到材料寬度、厚度及模具的特殊結(jié)構(gòu),我們還研制了多種針對(duì)復(fù)雜環(huán)境的噴條及小型噴頭。

360°旋轉(zhuǎn)型雙噴頭組

前端可延長(zhǎng)——針對(duì)狹小空間

噴條覆蓋面積

整套TCJ標(biāo)準(zhǔn)型微量潤(rùn)滑系統(tǒng)實(shí)物


結(jié)束語(yǔ):

  微量潤(rùn)滑系統(tǒng)噴嘴呈15°圓錐角噴出油霧,單個(gè)噴嘴能夠形成300mm2直徑的圓形油膜,較佳工作距離在100mm至300mm之間;通過(guò)提高潤(rùn)滑油在板材表面的均勻度,使其在有限平面范圍內(nèi)更持久的發(fā)揮潤(rùn)滑作用,是微量潤(rùn)滑系統(tǒng)的基本概念。系統(tǒng)較高可應(yīng)對(duì)2300mm2/s粘度的油品,經(jīng)測(cè)試,400mm2/s粘度的極壓油,其噴霧速度在6m/s左右,充分滿足高速進(jìn)給或大步距進(jìn)給的潤(rùn)滑需求。

  噴頭耗油量為15-25ml/h,節(jié)約60%的油品成本。

  獨(dú)立的噴頭模塊,能夠固定在模具兩側(cè),并根據(jù)角度信號(hào)實(shí)時(shí)向模內(nèi)注油,對(duì)潤(rùn)滑難以實(shí)現(xiàn)的部位進(jìn)行全面潤(rùn)滑。


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