潤滑技術(shù)的發(fā)展方向
馬先甓、丁律原、昌紹樂(東北大學(xué),沈陽尤尼克潤楫技術(shù)有限公司)
摘要:本文回顧了潤滑劑、潤措方式和對油品評價的發(fā)展史.指出潤滑技術(shù)已進(jìn)人到一個新階段。文章論述了潤滑技術(shù)的發(fā)展:(1)設(shè)備潤滑發(fā)展了油氣潤滑:(2)工藝潤滑發(fā)展了MQL潤滑:(3)根據(jù)環(huán)保要求,礦物油和植物油己失去其優(yōu)勢,行將退出歷史舞臺。合成油,尤其是酯類油和某些聚醚油,將占領(lǐng)束來的潤滑市場。
關(guān)鍵詞:臺成稠于哥油、多元薛酯、聚醚、環(huán)保、生物辟解
一、概述
事物總是不斷發(fā)展的,永遠(yuǎn)不會停督在一個水平上,“變”是永恒的。目前的潤滑技術(shù)和潤滑油品.就是由于生產(chǎn)不斷發(fā)展,不斷提出新的、更苛刻的要求,一步步發(fā)展起來的,而且必將更快地繼續(xù)發(fā)展下去!白儭斌w現(xiàn)在潤滑劑的種類、潤滑方式和對油品的評價上。
1、潤滑劑的變遷
潤滑劑的發(fā)展歷程,首先是為了減少磨檫,將動植油加到摩擦副的表面上,并取得顯著效果。其后.為了降低潤滑劑的成本、延長油品使用壽命、改善其耐高低溫性能,致用礦物油。在工藝潤滑領(lǐng)域里,為了改善潤滑劑的散熱性能、降低成本.逐漸大量使用乳化液、微乳液。20世紀(jì)50年代阻后,對機(jī)械設(shè)備提出節(jié)能、長壽命的要求。新型、高效潤滑油添加劑的種類和性能不斷發(fā)展,潤滑劑的性能大幅度提高,帶來第瑩次油品更新?lián)Q代。潤滑油向著“高性能億、低粘化、通用化”的方向發(fā)展。20世紀(jì)末。環(huán)保問題已經(jīng)形成全世界共同遵守的準(zhǔn)則,并成為我國的一項基本國策,國家制定了不少法規(guī),加大了環(huán)境管理力度,“環(huán)保成聞題,已經(jīng)成為潤滑技術(shù)發(fā)展必須跨越的難關(guān)。當(dāng)前的任務(wù),是迅速發(fā)展性能好:用量少、壽命長、可生物降解的環(huán)保型潤滑油。
2、潤滑方式的現(xiàn)代化
原始的潤滑方式,是手澆、油杯,逐漸發(fā)展到灌注式浸油潤滑。其后.為了提高潤滑劑的冷卻牲能、便于清除污染物、保證油品能輸送到最需要的部位,發(fā)展了大油箱、循環(huán)式噴油潤滑。20世紀(jì)60'--70年代,為了獲得良好的、均勻潤滑效果,帶走部分熱量.降低能耗,減少設(shè)備占用空間,發(fā)展丁油霧潤滑。其后,由于油霧潤滑對潤滑油的利用率低,只有60%;油霧化后,有20%-d0%的潤滑油通過排氣進(jìn)入外界空氣中,成為可吸入油霧,對人體肺部極其有害,并污染環(huán)境。近20年.為了保護(hù)環(huán)境、節(jié)約油品、提高設(shè)備壽命、實現(xiàn)程控化,發(fā)展了油氣潤滑和MQL(最小油量潤滑)潤滑】。潤滑方式的“變”.進(jìn)人到一個新時代。
3、品評價的變化
傳統(tǒng)概念,認(rèn)為潤滑油加到機(jī)器上,機(jī)器能轉(zhuǎn),就是能用。能用的油品,價格越低越好。油壞了,認(rèn)為應(yīng)該換油;機(jī)器壞了,認(rèn)為應(yīng)該換零件,并給所謂“易損件”定出了使用壽命。這種觀念的形成,問題出在認(rèn)識論上。是以宏觀的、穩(wěn)態(tài)的,孤立的思路去分析問題,就是論事。正確的觀念應(yīng)該是微觀地、時變地、系統(tǒng)地看待事物,跟著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷前進(jìn),依據(jù)當(dāng)代觀點,判斷油品好壞,第一、看它是否能滿足機(jī)器的使用工況,是否適應(yīng)機(jī)器對高低溫性能的要求:第二、訪油品是否能保證機(jī)器和油品的使用壽命;第三、是否節(jié)能;第四、綜合經(jīng)濟(jì)效益(包括油價、換油期、設(shè)備使用壽命、維護(hù)費以及提高開工率創(chuàng)造的價值等)是否最高;最后,也是最重要的,是是否符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,滿足環(huán)保要求。長期使用的餾分油,不能滿足高性能油品的要求;加氫油,性能可以大幅度提高,但環(huán)保問題仍然解決不了。植物油可以100%的生物降解,滿足環(huán)保要求。但其高低溫性能、氧化安定性、水解穩(wěn)定性都存在問題。只有合成油,尤其是酯類油和某些聚醚,具有性能優(yōu)越、生物降解性能好、能成倍延長機(jī)器和油品的使用,算總帳,大大優(yōu)于礦物油和植物油。21世紀(jì),合成油將迅速發(fā)展,將領(lǐng)導(dǎo)未來潤滑油市場。
二、21世紀(jì)的潤滑技術(shù)
1、設(shè)備潤滑的發(fā)展方向
根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、長壽命的要求,設(shè)備潤滑,宣發(fā)展油氣潤滑。德國REBS公司首先提出油氣潤概念,又發(fā)明了TURBOLUB油氣分配器,使油氣潤滑得到了應(yīng)用和發(fā)展。油氣潤滑的機(jī)理,如下圖。以步進(jìn)式給油器,定時、定量間斷地供給潤滑油,用3~4×105 Pa的壓縮氣,沿油管內(nèi)壁將油吹向潤滑點,將油品準(zhǔn)確地供應(yīng)到最需要的潤滑部位上。
油氣潤滑與油霧潤滑在流體性質(zhì)上截然不同。油霧潤滑時,油被霧化成0.5~2μm的霧粒,霧化后的油霧隨空氣前進(jìn)二者的流速相等;油氣潤滑時,油不被霧化,油是以連續(xù)油膜的方式被導(dǎo)入潤滑點,并在潤滑點處,以精細(xì)油滴方式,噴射到潤滑點。在油氣潤滑中,潤滑油的流速為2~5cm/s;而空氣速度為30~80m/s,特殊情況可高達(dá)150~200m/s。油氣潤滑帶來一系列優(yōu)點,
(1)可以提高軸承壽命3~6倍:(2)潤滑油耗量只相當(dāng)于噴油潤滑的l/lO~1/30;(3)適用于高速、重載、高溫工況,以及受贓物、水和化學(xué)性流體侵蝕的場合:(4)大幅度降低潤滑設(shè)備運行和維護(hù)費用;(5)往外界排放的潤滑劑照少,油不霧化,有利于“環(huán)!。本溪鋼鐵公司冷軋廠,冷軋機(jī)工作輥軸承.采用油汽潤滑以后,2000年2月到2 001年2月的一年期間.減少軸承燒箝和降低油耗取得經(jīng)濟(jì)效益500萬元,并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。攀鋼冷軋廠主軋機(jī)改用油氣潤滑后,耗油量降低到油霧潤滑的1/5,延長軸承壽命三倍以上。目前.80%以上高速線材軋機(jī)滾動導(dǎo)衛(wèi)軸承,都采用了油汽潤滑。
油汽潤滑,不僅用于滾動軸承和滑動軸承,還在齒輪,尤其是開式齒輪、蝸輪、滑動面、機(jī)車輪緣與軌道、鏈條等領(lǐng)域,得到廣泛應(yīng)用。
2.工藝潤滑的發(fā)展動向
根據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,工業(yè)生產(chǎn)必須首先解決“環(huán)!眴栴},傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù),必須作重大調(diào)整。例如:(1)切削加工時使用的氯系切削液,由于它性能良好、價格便宜,特別是在苛刻的條件下,更顯得優(yōu)越,長期以來被廣泛應(yīng)用。但是.由于含氯廢液燃燒時,會產(chǎn)生致癌物質(zhì)一一二嚆英,從環(huán)保的角度看,必須淘汰。日本在2000年修訂JIS切削液標(biāo)準(zhǔn)時,就刪去了一切含氯的切削液。(2)切削加工,產(chǎn)生大量的熱,希望切削液具有好的散熱性和潤滑性能。水的導(dǎo)熱系數(shù)是礦物油的6倍…,水中加入部分礦物油和少許添加劑,可以得到成本低、散熱性能好的乳化液和微乳液。根據(jù)切削情況(輕切削、重切削、高速切削)適當(dāng)調(diào)節(jié)乳化液的供給量,可以收到良好的效果。有人認(rèn)為高效微乳液的合理應(yīng)用,可以徹底解決切削液的問題。但是由于環(huán)保要求,潤滑液的廢液必須經(jīng)過處理,達(dá)標(biāo)后才能排放,廢液處理耗資巨大,使人們不得不對切削液作重新評價。德國對汽車制造廠作過調(diào)查,得到的結(jié)果是:工具費只占加工成本的2%~4%;但與切削液有關(guān)的費用,卻占成本的7%~17%,是工具費用的3~5倍,機(jī)械加工中的能量消耗,主軸運轉(zhuǎn)需要的動力只占20%;與冷卻潤滑有關(guān)的能量消耗卻占53%“’。這說明由于“環(huán)!币,乳化液的廉價優(yōu)勢已不存在,已經(jīng)變成影響生產(chǎn)發(fā)展的障礙。
近些年,為了解決“環(huán)!眴栴},在研究少排放甚至零排放的加工工藝,研究干切削和半干切削。從“環(huán)!苯嵌瓤矗汕邢髯罾硐,但是在干切削加工時,由于發(fā)熱量大、振動大.會縮短刀具壽命、影響加工精度和表面光潔度。所以,干切削只能適用特殊條件下。半干切削,是在確保潤滑性能和冷卻效果的前提下,使用最小限度的切削液。目前新發(fā)展起來的MQL(Minimal Q uointity Lubricants)(最小量潤滑)加工方法,導(dǎo)致潤滑技術(shù)發(fā)生了劃時代的變化。
MQL潤滑系統(tǒng)的具體實例(主軸內(nèi)部混合式)如圖2”’所示,該結(jié)構(gòu)是由改裝的機(jī)床主軸和供油系統(tǒng)、供汽系統(tǒng)組成。中空的主軸中放入套管。內(nèi)管通油,外管通氣,由設(shè)在主軸前端的混合裝置使油氣混合,向切削工具輸入霧狀潤滑劑。霧狀潤滑劑,由于經(jīng)過的回轉(zhuǎn)部分很短,不受離心力的影響,霧狀潤滑劑通過工具前端的孔,高效率地噴出,準(zhǔn)確地噴到切削部位。供油的定量泉,崩CNC(Compufer Numerical Contr01)(計算機(jī)數(shù)字控制)控制,可以任意設(shè)定供油量。
MQL潤滑系統(tǒng)用油量極少,一般供油量不大于50ml/h。運送油的壓縮空氣,還可以起到排除切削和冷卻作用。MqL加工,具有一系列優(yōu)越性:(1)用油少,只有傳統(tǒng)加工方法的1/20~1/50:(2)切屑上幾乎無油:(3)工件上附著的油很少,可阻簡化工件清洗工序,或大幅度延長清洗劑的壽命;(4)省去消耗大量能耗的冷卻循環(huán)系統(tǒng):(5)不需要潤滑管理;(6)可以把MQL裝置安到已有的機(jī)床上。
使用中發(fā)現(xiàn)MQL潤滑,還存在冷卻效果有限的問題。針對這個不足,進(jìn)一步開發(fā)了油一水復(fù)合霧MQL加工方法。
該方法是將潤滑油和水分別霧化.同時噴到切削點。油、水的混合比,自由度很大?梢愿鶕(jù)加工情況進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)噴嘴的形狀和配置情況,可以做成水包油的同軸供應(yīng)方式也可以做成混合供應(yīng)方式。
根據(jù)長壽、節(jié)能和環(huán)保要求,設(shè)備潤滑和工藝潤滑,都提出應(yīng)當(dāng)使用環(huán)保型、高性能油品。
3.潤滑劑的發(fā)展方向
發(fā)展?jié)櫥瑒┑目傇瓌t,是“節(jié)能”、“環(huán)!薄ⅰ伴L壽命”。從環(huán)保角度看,植物油生物降解最好。但植物油存在氧化安定性差:高低溫性能差、水解安定性不好等致命弱點。雖然它的價格比合成油低.但是它的性能差、壽命短,算總帳使用植物油并不便宜。
三、結(jié)語
科技在進(jìn)步,時代在變化,“環(huán)!眴栴},提高到突出位置,必然會促使生產(chǎn)變化、工藝變化、人的觀念變化。(1)設(shè)備潤滑發(fā)展到油氣潤滑.用油量降到原用油量的Ill0對油品的性能要求大幅度提高,最佳方案是使用合成油。(2)T藝潤滑發(fā)展到MQL潤滑.用油量只有原用油量的1120~l/50,要求油品潤滑性能高、高低溫性能好、蒸發(fā)量小、不結(jié)焦,推薦使用酯類油和聚醚油。(3)基于環(huán)保要求.礦物油、乳化液廢液的處理費用過高,礦物油型潤滑油已失去其優(yōu)勢。潤滑油的明天,必將是臺成油的天下,尤其是酯類油和聚醚油,將是前途無量。 |