切削液净化处理方法及其装置

回忆 · 发表于 2017-11-7 22:20:51

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。目前的研究认为，无论是精密加工，还是钻、扩、铰、镗孔等普通加工，为了提高刀具寿命及其可靠性，改善零件加工质量，均应使用净化的切削液。此外，清洁的切削液还可防止微生物的生长。常用的切削液净化方法有过滤法和分离法。实际生产中常将它们综合使用。
一、切削液净化处理装置
1、切削液多级过滤净化装置
图1所示是一种切削液的多级过滤净化装置，它制造简单、结构紧凑、过滤效果好，能保证切削液有较高的清洁度。

1、8.控制阀 2、5.涡旋分离器 3.溢流阀 4.高压密封箱 6.液压泵 7.储液箱 9.管路 10.磁性分离器 11.过滤箱 12.接收器
图1 切削液多级过滤净化装置
  工作时，液压泵6将切削液从储液箱7内抽出并压入第一级涡旋分离器5内，使切削液中10～25µm的杂质被分离出来，然后充满整个密封箱4内并产生高压。当压力达到一定值时，切削液被压入到第二级涡旋分离器) 内，进行精滤净化处理，并将5～10µm的细小微粒分离出来。经过上述净化处理后的切削液可输向机床工作区使用。而使用过的含杂质较多的切削液，以及从涡旋分离器2和5中产生的沉淀物则通过接收器12的锥体流入到过滤箱11内。经过磁性分离器10，将其中含有切屑的杂质进行初步处理，然后再流回到储液箱7。使用中，如需暂时切断切削液的供给，只要关闭控制阀，切削液就会通过溢流阀3而流回储液箱7内。
  2、重力式纸带过滤装置
图2所示为重力式纸带过滤装置，它以水基来净化切削液。来自机床的污液回送至过滤装置中带漏网的托盘! 内并流到过滤纸上，而过滤纸座落在钢丝网上，后者由链轮链条根据发令器(浮子开关)3的信号而移动。屑渣和浮油沉积在纸带上，而净化的切削液在重力作用下将渗透过滤纸，进入到下面的净液箱7中。当过滤纸的毛细孔被屑渣或油污漂浮物堵塞时，过滤能力下降，过滤纸上的液面将会升高，抬起浮子3接通发令器信号，启动链轮电机，带动过滤纸移动一段距离(200～400mm)，于是新的过滤纸就参加工作，纸带上液面很快下降，浮子复位，过滤纸带的移动停止，与此同时粘附有屑渣的过滤纸则掉入到污纸箱5内。这种净化装置已有专业厂生产，过滤精度主要取决于所使用的滤纸密度，其流有25、50、75、100、150、200L/min等多种规格。

  1.过滤纸 2.滤液箱 3.浮子开关 4.漏网托盘 5.污纸箱 6.传动链条 7.净液箱
图2 重力式纸带过滤装置
  3、负压式纸带过滤装置
  图3所示为负压式纸带过滤装置。

  1.液压泵 2.启动阀 3.储液箱 4.传动装置 5.污纸箱 6.真空(负压)室 7.过滤箱 8.污液入口 9.过滤纸
图3 负压式纸带过滤装置
  来自机床的污液经入口8注入过滤箱7内，在重力作用下经过滤纸漏入栅板底下的负压室6内，而悬浮的污物则截留在纸带上。启动液压泵1，将净化切削液的大部分抽送至工作区，小部分输入储液箱。当净液抽出后，负压室6内的液面下降，并产生真空，从而可提高过滤能力与效率。待纸带上的屑渣聚积到一定厚度时，形成渣饼，此时过滤速度下降，即使在负压下过滤下来的液体仍渐渐少于抽出的液体，使室6内的液面不断下降，负压增大，待负压大至一定数值时压力传送器便发出信号，打开储液箱3下面的阀，由储液箱放液进入负压室6。当注满负压室时，装有刮板的传动装置! 开始启动，带动过滤纸9移动一段距离(200～400mm)，使新的过滤纸开始过滤，于是过滤速度加快，储液箱下面的阀关闭，进入正常过滤状态，继续下一个负压过滤工作循环。使用表明，这种装置毋需用专门的真空泵就能自然形成负压，是一种较好的切削液过滤净化装置。
  4、转子-定子式切削液净化处理装置
  图4所示为国外研制出的一种利用转子-定子系统净化切削液的装置(俄罗斯发明专利号No1503895)，其原理是根据流动的切削液在通过变截面孔时具有较大压力降和速度梯度的原理，故能获得高度弥散细小的切削液，切削液中微粒可破碎成0.8～1.2µm。据称，这是目前净化切削液最有效的一种装置。

  1.本体 2.涡流工作室 3.通道口 4.定子 5.转子 6.小孔 7.进口管 8.出口管
  图4 转子-定子式切削液净化处理装置
  该装置主要由本体1、定子4和转子5等组成。工作时，从储液箱里经过液压泵抽上来的切削液被输送到装置中或依靠重力经装置进口管7进入不断回转的转子5的内腔里，形成了较大的柱滴，在液流压力和转子盘所产生的离心力作用下，它们将迅速沿径向带走并经旋涡分离出粒径30～40µm的微粒杂质，然后液流穿过转子上的小孔6 急速流向定子的通道口3内，同时部分液流则进入到转子和定子组成的径向间隙d内，而将5～20µm细小微粒分离出来。由于转子转速很高(达3000r/min)，所以从定子通道口3中喷出的液流将形成一股强烈的螺旋形涡流，并集中在本体和定子所组成的涡流工作室2内。此外，因高速回转的转子还能周期性地堵塞住定子出液孔的通道口3，从而达到脉动供给切削液的要求，起激振破碎作用，促使切削液中微粒进一步分裂，故最终从工作室出口管8中流出的切削液将是弥散度细小的切削液。
  二、切削液供给净化系统
生产中切削液一般采用单机分散供给净化方式，而近几年在一些工业发达国家里已使用集中供给与净化系统，即把多台温式加工的、相同切削形式和材料的、每台机床上各自独立的切削液供给和净化装置，合并为一个供给系统，如图5所示。

  L—切削液集中供给净化装置 L1—含杂质切削液流 L2—净化后切削液流 C—内循环 M1、M2……Mn—机床
  图5 切削液集中供给示意图
该系统由于采用了大循环，大流量、大行程液体回流，切削液的热量散发快，供液系统温度低，并且在周末和节假日等停工期间还设有内循环(见图5中C回路)，使大流量的切削液能不间断地流动，有效地抑制了细菌的生长，同时也易于对切削液的性能指标(如PH酸碱值、浓度以及泡沫等)实现自动控制，确保切削液的质量。此外，集中供给也便于污液集中净化处理，保护生态环境。据报导，上海大众汽车有限公司发动机厂对切削液试用集中供给净化系统后，使切削液的平均寿命比单机分散供液时提高了2.5倍。
  三、金属切削液废液的处理

  即使采用了最佳的管理程序，水基金属切削液也不可能被无限期使用……今天，我们一直强调金属切削液的长效使用性能和循环利用。但有一点非常重要，需要用户记住：水基金属切削液有自身的使用寿命，到期的金属切削液最终还是会被处理和处置。选择合适的处理和处置方式，取决于一系列的参数，包括待处理废水容量、废水特征，以及当地和国家的相应法规。
  有几种情形也表明金属切削液需要处理：污染物超标、腐臭或过滤器故障。尽管一些标准带有主观性，很多金属切削液的排放、清洗和换液决定，是金属切削液本身太油腻、变脏或者有异味。然而，更慎重的决定需要以测试为基础，如：反映金属切削液性能的pH值、浓度、细菌含量、霉菌含量、废油量或者其它指标。其它项目也可能影响业务发展，如生产、运输、仓储和废水处理等责任。每一个废水处理步骤，都要符合当地习俗和法规要求，这一点非常重要。任何情况下，最有效的处理和处置方法，都需要考虑尽可能降低后期连带责任。
  大多数可行的废水处理和处置方法，都基于多方面的考虑，如: 有害和无害废弃物(按照资源保护和回收法分类[The Resource Conservation and Recovery Act-RCRA])

·       废水容量
·       废水特性
·       污水处理能力
·       协议拖走服务的可行性和相关费用
·       辅助废水处理的可行性
·       现场处理所需的设备、劳动力和化学品
·       责任和义务
·       成本
·       可适用的预处理标准

  对工厂来说，主要的处置方法是协议拖走或污水处理。污水排放标准对废水的pH值、油脂、固体和金属含量都有严格限制。由于金属切削液含多种污染物，需要处理并达到当地规定的废水处理标准后才能被排放。对产生少量含油废水，如每天95至11,300升的工厂来说，最典型和经济的废水处理方式是协议拖走，或物理处理，如蒸发浓缩法。多数国家、地区和当地协议运输公司被授权，按照RCRA标准和指南协议拖走和处理有害废水。蒸发浓缩法是通过加热，使水分从使用过的废水中蒸发，达到浓缩油的目的。这样避免了污水的排放，然而它可能被要求有空气排放许可。另一种常用的物理处理方式是膜分离，包括两种形式：超滤 (UF)和反透(RO)。

  超滤是通过渗透膜，将大分子量的油滴和水分开，使水达到排放标准。超滤非常适合去除油、脂和悬浮固体，但无法萃取已溶解的固体。超滤可处理每天大约190至56,800升的废水，过程相对简单，并且和处理含油废水的程序兼容。如果工厂需要进一步提高水质，那么反渗透(RO)是最好的二级处理方式。这种反渗透处理工艺和超滤相类似，但它采用了更高压力和更致密的半透膜。和自然渗透相反，它使水从半透膜的高浓度一侧流向低浓度一侧。不断改善膜的孔径、材料和结构，优化了含油废水的处理。
  无论经过超滤还是反渗透处理的物质，通常不再使用。处理最终的油性浓缩物和有害废物，焚烧是一种解决方案。处理大量的含油废水，化学处理法通常比物理处理法更经济。化学处理法利用各种各样的无机物(如硫酸铝或氯化铁)和有机物(阳离子或阴离子聚合体)使含油废水破乳。另外，处理和去除含油废水中的金属，化学处理法非常有效。对每天产生190升至甚至超过3,785,000升废水的工厂来说，化学处理法是最好的方式。化学处理法的副产物是淤泥和含油废弃浓缩物，它们需要进一步处理以回收油。
  虽然不是最基本的处理方式，作为二级或三级处理，生物处理法在降低金属切削液中的有机物方面表现非常出色。废水处理时，由于金属切削液含有大量的有机物，使细菌降解成为可能。无论物理处理还是化学处理过程，几乎总是伴随着生物处理过程。再次声明，化学处理法对大用户来说非常经济，尤其适合无法下水道排放的情况。