潤(rùn)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(yáng)尤尼克潤(rùn)楫技術(shù)有限公司)
摘要：本文回顧了潤(rùn)滑劑、潤(rùn)措方式和對(duì)油品評(píng)價(jià)的發(fā)展史．指出潤(rùn)滑技術(shù)已進(jìn)人到一個(gè)新階段。文章論述了潤(rùn)滑技術(shù)的發(fā)展：(1)設(shè)備潤(rùn)滑發(fā)展了油氣潤(rùn)滑：(2)工藝潤(rùn)滑發(fā)展了MQL潤(rùn)滑：(3)根據(jù)環(huán)保要求，礦物油和植物油己失去其優(yōu)勢(shì)，行將退出歷史舞臺(tái)。合成油，尤其是酯類油和某些聚醚油，將占領(lǐng)束來(lái)的潤(rùn)滑市場(chǎng)。
關(guān)鍵詞：臺(tái)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(huì)停督在一個(gè)水平上，“變”是永恒的。目前的潤(rùn)滑技術(shù)和潤(rùn)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(lái)的，而且必將更快地繼續(xù)發(fā)展下去�！白儭斌w現(xiàn)在潤(rùn)滑劑的種類、潤(rùn)滑方式和對(duì)油品的評(píng)價(jià)上。
1、潤(rùn)滑劑的變遷
潤(rùn)滑劑的發(fā)展歷程，首先是為了減少磨檫，將動(dòng)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(rùn)滑劑的成本、延長(zhǎng)油品使用壽命、改善其耐高低溫性能，致用礦物油。在工藝潤(rùn)滑領(lǐng)域里，為了改善潤(rùn)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(duì)機(jī)械設(shè)備提出節(jié)能、長(zhǎng)壽命的要求。新型、高效潤(rùn)滑油添加劑的種類和性能不斷發(fā)展，潤(rùn)滑劑的性能大幅度提高，帶來(lái)第瑩次油品更新?lián)Q代。潤(rùn)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(wèn)題已經(jīng)形成全世界共同遵守的準(zhǔn)則，并成為我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，國(guó)家制定了不少法規(guī)，加大了環(huán)境管理力度，“環(huán)保成聞?lì)}，已經(jīng)成為潤(rùn)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(zhǎng)、可生物降解的環(huán)保型潤(rùn)滑油。
2、潤(rùn)滑方式的現(xiàn)代化
原始的潤(rùn)滑方式，是手澆、油杯，逐漸發(fā)展到灌注式浸油潤(rùn)滑。其后．為了提高潤(rùn)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(rùn)滑。20世紀(jì)60'--70年代，為了獲得良好的、均勻潤(rùn)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(rùn)滑。其后，由于油霧潤(rùn)滑對(duì)潤(rùn)滑油的利用率低，只有60％；油霧化后，有20％-d0％的潤(rùn)滑油通過(guò)排氣進(jìn)入外界空氣中，成為可吸入油霧，對(duì)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(shí)現(xiàn)程控化，發(fā)展了油氣潤(rùn)滑和MQL(最小油量潤(rùn)滑)潤(rùn)滑】。潤(rùn)滑方式的“變”．進(jìn)人到一個(gè)新時(shí)代。
3、品評(píng)價(jià)的變化
傳統(tǒng)概念，認(rèn)為潤(rùn)滑油加到機(jī)器上，機(jī)器能轉(zhuǎn)，就是能用。能用的油品，價(jià)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(wèn)題出在認(rèn)識(shí)論上。是以宏觀的、穩(wěn)態(tài)的，孤立的思路去分析問(wèn)題，就是論事。正確的觀念應(yīng)該是微觀地、時(shí)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(diǎn)，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(duì)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(jià)、換油期、設(shè)備使用壽命、維護(hù)費(fèi)以及提高開工率創(chuàng)造的價(jià)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(zhǎng)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(wèn)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(wèn)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(zhǎng)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(lái)潤(rùn)滑油市場(chǎng)。
二、21世紀(jì)的潤(rùn)滑技術(shù)
1、設(shè)備潤(rùn)滑的發(fā)展方向
根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命的要求，設(shè)備潤(rùn)滑，宣發(fā)展油氣潤(rùn)滑。德國(guó)REBS公司首先提出油氣潤(rùn)概念，又發(fā)明了TURBOLUB油氣分配器，使油氣潤(rùn)滑得到了應(yīng)用和發(fā)展。油氣潤(rùn)滑的機(jī)理，如下圖。以步進(jìn)式給油器，定時(shí)、定量間斷地供給潤(rùn)滑油，用3~4×105 Pa的壓縮氣，沿油管內(nèi)壁將油吹向潤(rùn)滑點(diǎn)，將油品準(zhǔn)確地供應(yīng)到最需要的潤(rùn)滑部位上。
油氣潤(rùn)滑與油霧潤(rùn)滑在流體性質(zhì)上截然不同。油霧潤(rùn)滑時(shí)，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(rùn)滑時(shí)，油不被霧化，油是以連續(xù)油膜的方式被導(dǎo)入潤(rùn)滑點(diǎn)，并在潤(rùn)滑點(diǎn)處，以精細(xì)油滴方式，噴射到潤(rùn)滑點(diǎn)。在油氣潤(rùn)滑中，潤(rùn)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(rùn)滑帶來(lái)一系列優(yōu)點(diǎn)，
(1)可以提高軸承壽命3～6倍：(2)潤(rùn)滑油耗量只相當(dāng)于噴油潤(rùn)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(chǎng)合：(4)大幅度降低潤(rùn)滑設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用；(5)往外界排放的潤(rùn)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(rùn)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(wàn)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(rùn)滑后，耗油量降低到油霧潤(rùn)滑的1／5，延長(zhǎng)軸承壽命三倍以上。目前．80％以上高速線材軋機(jī)滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)軸承，都采用了油汽潤(rùn)滑。
油汽潤(rùn)滑，不僅用于滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承，還在齒輪，尤其是開式齒輪、蝸輪、滑動(dòng)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(rùn)滑的發(fā)展動(dòng)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�(wèn)題，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(shí)使用的氯系切削液，由于它性能良好、價(jià)格便宜，特別是在苛刻的條件下，更顯得優(yōu)越，長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用。但是．由于含氯廢液燃燒時(shí)，會(huì)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(shí)，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(rùn)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(wèn)題。但是由于環(huán)保要求，潤(rùn)滑液的廢液必須經(jīng)過(guò)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(duì)切削液作重新評(píng)價(jià)。德國(guó)對(duì)汽車制造廠作過(guò)調(diào)查，得到的結(jié)果是：工具費(fèi)只占加工成本的2％～4％；但與切削液有關(guān)的費(fèi)用，卻占成本的7％～17％，是工具費(fèi)用的3～5倍，機(jī)械加工中的能量消耗，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)需要的動(dòng)力只占20％；與冷卻潤(rùn)滑有關(guān)的能量消耗卻占53％“’。這說(shuō)明由于“環(huán)�！币�，乳化液的廉價(jià)優(yōu)勢(shì)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�(wèn)題，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�，干切削最理想，但是在干切削加工時(shí)，由于發(fā)熱量大、振動(dòng)大．會(huì)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(rùn)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(lái)的MQL(Minimal Q uointity Lubricants)(最小量潤(rùn)滑)加工方法，導(dǎo)致潤(rùn)滑技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。
MQL潤(rùn)滑系統(tǒng)的具體實(shí)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(rùn)滑劑。霧狀潤(rùn)滑劑，由于經(jīng)過(guò)的回轉(zhuǎn)部分很短，不受離心力的影響，霧狀潤(rùn)滑劑通過(guò)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(jì)算機(jī)數(shù)字控制)控制，可以任意設(shè)定供油量。
MQL潤(rùn)滑系統(tǒng)用油量極少，一般供油量不大于50ml／h。運(yùn)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(wú)油：(3)工件上附著的油很少，可阻簡(jiǎn)化工件清洗工序，或大幅度延長(zhǎng)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(rùn)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(rùn)滑，還存在冷卻效果有限的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)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(rùn)滑油和水分別霧化．同時(shí)噴到切削點(diǎn)。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(zhǎng)壽、節(jié)能和環(huán)保要求，設(shè)備潤(rùn)滑和工藝潤(rùn)滑，都提出應(yīng)當(dāng)使用環(huán)保型、高性能油品。
3．潤(rùn)滑劑的發(fā)展方向
發(fā)展?jié)櫥瑒┑目傇瓌t，是“節(jié)能”、“環(huán)�！�、“長(zhǎng)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(diǎn)。雖然它的價(jià)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(yǔ)
科技在進(jìn)步，時(shí)代在變化，“環(huán)�！眴�(wèn)題，提高到突出位置，必然會(huì)促使生產(chǎn)變化、工藝變化、人的觀念變化。(1)設(shè)備潤(rùn)滑發(fā)展到油氣潤(rùn)滑．用油量降到原用油量的Ill0對(duì)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(rùn)滑發(fā)展到MQL潤(rùn)滑．用油量只有原用油量的1120~l／50，要求油品潤(rùn)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(fèi)用過(guò)高，礦物油型潤(rùn)滑油已失去其優(yōu)勢(shì)。潤(rùn)滑油的明天，必將是臺(tái)成油的天下，尤其是酯類油和聚醚油，將是前途無(wú)量。 |
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