微量润滑应用于发动机缸盖的加工

作者：Wolfgang Bahle 李如松 译

欢迎访问e展厅 展厅 2 钻头/丝锥/板牙展厅 麻花钻, 钻咀, 丝攻, 丝锥, 板牙, ... 大众汽车在驻萨尔茨吉特的工厂，采用微量润滑辅助加工最新一代发动机（EA211）的盖缸，在加工设备上采用了补偿卡头系统Softsynchro Modular/MQL，加工时极少的资源消耗令人印象深刻。 下列这些数字能给人留下深刻的印象：在大众汽车所驻的萨尔茨吉特（Salzgitter）工厂（1970年投产，目前是世界最大的发动机生产厂之一），每天生产3缸到16缸（功率达到55至736 kW，在布加迪威龙跑车上就使用了16缸发动机，功率达1001匹马力，即736 kW——译注）的、有370个变型品种的7000台汽油和柴油发动机。 在这家工厂，有6300名职工从事生产，3班制工作，为大众汽车集团生产用于波罗、高尔夫、帕萨特的动力装置，该装置同样也用于大众汽车商用车或集团品牌的西亚特和斯柯达轿车，还有诸如像辉腾、途锐、奥迪A8、保时捷、卡宴和布加迪威龙顶级车型的发动机，也产于萨尔茨吉特工厂。此外，生产的产品范围还包括船用发动机以及大量的部件，例如，为本厂自用和外厂客户生产的油泵等。 应用微量润滑的示范先锋 像可持续发展、环境保护和节约资源等这些课题，大众汽车厂从来不放空话。多年来一直致力于这方面的实践。并在试点项目的框架内顺利向前推进。这些项目不仅涉及到产品本身，而且还关系到生产工艺。在工厂驻地萨尔茨吉特就推行经过认证的环境管理。人们把大众汽车厂视作为在大批量加工中坚持不渝地采用微量润滑的先驱者。 “在10多年前，我们已在萨尔茨吉特工厂里开始采用微量润滑。从那时起，我们就把这一润滑技术逐步扩大到大批量生产中去，”大众汽车厂工艺规划和工厂规划部门Hayri Aydin先生解释道。 他举了一条于2010年投产的加工系列型号为EA211的1.2升汽油发动机新的缸盖生产线，作为微量润滑技术在当时达到的发展水平的一个绝佳实例。Aydin先生说：“对于所有采用一定几何形状和角度的切削刀刃所进行的加工，我们都采用微量润滑工艺，使所需加工的每一台缸盖，从约消耗4升冷却润滑液减少到消耗不足20毫升的微量润滑油。” 作为刀具管理部门的领导，这位有着丰富经验的工程师及其12人团队，每天需要处理各种问题。“认真测试由我们供货商开发的最新技术，并将此工艺落实到大批量的生产中去也是我们的任务。” 例如，对Emuge-Franken公司的具有最小长度补偿（±0.5mm）功能的Softsynchro Modular/MQL新型卡头系列进行测试，并在大批量条件下应用于生产。 这种新型夹头是Emuge-Franken公司专门针对大众汽车厂有关模块化和实现微量润滑的要求而设计的，数月以来，在EA-211系列缸盖的生产线上采用了这种夹头，生产线在加工螺孔时，在较高过程可靠性和较低资源消耗的情况有着较高的生产效率。 螺纹挤压成形可优先采用微量润滑 但是，我们首要的是通过更多采用微量润滑来减少冷却润滑液的消耗量。在10多年前，萨尔茨吉特厂就已经开始对当时（至少在大批量生产条件下）还是较少研究的加工工艺进行首次测试。 螺纹孔加工是首次应用这种微量润滑技术的工艺。因为，EA-211系列缸盖，曲轴箱和如像以前发动机EA-111系列的多数附件，都采用了铝合金材料。在这里，不是采用切削方式来加工螺孔，而是采用了挤压成形的工艺。 “在螺孔挤压成形时，不会产生切屑，就不会在刀具切削刃和内螺纹之间发生切屑卡住的现象。对微量润滑应用来说，这很重要。此外，夹持的刀具比较长，螺纹的质量也比较高，加工时不切断螺纹的金属组织纤维。” 在萨尔茨吉特的大众汽车厂负责微量润滑的专家Heiko Dormann先生解释道。较好的前提条件是通过气雾剂来替代冷却润滑液，即使所排出的变形热比攻丝（切削）时的要高。 人们把每小时消耗低于50毫升的润滑油称之为微量润滑。可以从外部通过喷嘴，也可以从内部通过主轴、夹紧系统和刀具，将油和空气的混合物（气雾剂）喷到加工部位上。在对微量润滑进行测试时，采用由Emuge-Franken公司开发的弹簧卡头Softsynchro Modular/MQL，气雾剂从内部喷到切削刀刃上。 在螺纹孔加工时Softsynchro卡头有利于提高螺孔的加工质量和提高刀具的寿命。因为与工艺过程有关的螺距误差，可通过由Emuge-Franken公司已申报了专利的长度最小的补偿卡头（±0.5mm）来补偿。剩余精度，可通过CNC的计算速度、轴传感器的分辨率、机床的运动状态、温度灵敏度特性和螺距公差来进行补偿，使加工螺孔达到一个绝对稳定的过程。 通过测试，对卡头得出进一步的要求 Aydin先生及其团队在批量生产的条件下，通过采用当时第一代Softsynchro卡头对微量润滑进行试验，表明螺纹质量还是很高的。然而他也发现了这种工艺的弱点。就是HSK\接口、卡头和刀具之间的油气混合物的输送问题。 “起初，我们甚至没有注意到泄漏，因为，出于安全原因，我们将油路的阀门几乎完全拧开的。因此，每小时的油耗略低于50毫升”。Dormann先生回忆道。当刀具进行加工时，要是油气润滑剂供给不充分，那么刀具就不可避免地发生折断，这就是他的经验。“目前，我们仅采用约7毫升的油气润滑剂，尽管这样少，而加工过程是绝对可靠的。” 另一个关键性问题是刀具夹头缺少模块化的功能。当时所测试的Softsynchro卡头结构系列，根据刀具的直径和型式是有不同设计的油气混合剂供给的，用户不可自行更换。而且，不同的卡头只是供不同规格的刀具使用，但是，由于大众汽车厂提出了要求，应使卡头的油气混合剂的供给要适应不同刀具的应用，并确保绝对的密封。 所采用的微量润滑系统种类的繁多，这导致用于单通道或双通道微量润滑的输送元件的种类繁多，这就需要有一个模块化的系统结构。这还涉及到向刀具输送润滑剂部位的可变结构安排。因为应该考虑各个丝锥直径上的不同。 新发展带来新突破 “在这种背景下，我们决定扩大Softsynchro系列，来进一步新的开发。” Dietmar Liebau先生解释说。他是Emuge公司作为重点技术客户的萨尔茨吉特工厂的两个生产服务人员之一。公司要求确保一个专家几乎总在生产现场。 结果是，2011年6月新开发的大众汽车集团的萨尔茨吉特工厂里，出现了以Softsynchro Modular为命名的卡头系统。Aydin先生和他的团队对新开发产品的优点充满信心，在对螺孔加工进行了一个紧张的测试阶段后，于是批准了这个卡头系统的使用。 Emuge-Franken公司的开发人员出色地完成了整个工作，新开发的卡头具有可更换的微量润滑输送部件，安置在HSK-A 和HSK-C的主轴接口上，并可用于单通道和双通道的微量润滑系统。对于单通道技术，油气混合是直接在微量润滑装置里进行的，而双通道系统两种介质先是在旋转接头处进行混合，然后输送到Softsynchro-Modular卡头。在萨尔茨吉特工厂主要采用的是双通道微量润滑系统，单通道润滑系统也有部分使用，而卡头在单、双通道方面是可以变换的。同时新开发的卡头，油气混合剂的输送是绝对密封的，并装有一个内、外园定心的、用于刀柄长度调整的可更换的螺栓。迄今在Softsynchro卡头上已为人们所熟悉的、申报了专利的长度小尺寸补偿装置（卡头分别传递扭矩和轴向力）很自然是新的Softsynchro Modular卡头系列的组成部分。 在刀具寿命期内，加工的工件数超过30% 目前，在大众汽车厂，在采用微量润滑的条件下进行螺孔加工，使用了由Emuge-Franken公司的Softsynchro-Modular卡头和德国其他刀具和夹紧装置生产厂所提供的两种卡头，在引进Emuge-Franken公司新式卡头的同时，与在此期间萨尔茨吉特厂所采用的另外厂家的卡头进行了在刀具在寿命期间的加工工件数方面的对比试验。结果是：采用Softsynchro-Modular卡头，用相同的螺纹刀具可以加工多30%的工件。 “最新一代的Softsynchro卡头达到了一个相当高的技术水平，加工效果相当好，尤其在微量润滑的条件下”，Dormann先生总结道：“其实只要你掌握了这种技术，使用微量润滑是相当简单的事。”(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/10/2013)