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机床设计之家

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在精密机器应用中降低成本、提高质量  

2013-11-28 18:00:13|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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冷冻剂和润滑油的高效性能对全世界的工程师和机床操作员来说都是一个巨大的挑战。保持液体清洁无金属杂质对研磨、钻孔、珩磨、抛光、EDM和其它精加工等工艺至关重要。效率低下的过滤严重影响生产线的成品质量,对制造效率和废物管理等也有影响。本文将介绍目前市场上常见的几种过滤方法并评估了它们对加工工艺的影响。

屏障过滤(滤筒、滤袋和滤片)

也许最常见的过滤方式就是利用某种形式的屏障,在液体流经屏障或循环时去除液体中的颗粒。屏障有很多种形式,不过通常都是滤筒、滤袋或滤片的形式。它们都采用了一定长度的介质(主要是流延、编织或纺织聚丙烯、聚酯或纤维素材料),可以打褶并做成滤筒的样子(从而增加表面积),展开或绕在轴芯上(用于深度过滤器),做成滤袋(便于使用或装下更多的灰尘)或者干脆在框架上撑起一卷平展的滤片材料。
基本原理是:在这些屏障上有很多小孔(比如40微米大小),在液体流过时,大于这个尺寸的污染物就会被滤出。
屏障过滤会导致压力下降,这对使用介质的过滤有利有弊。以滤筒为例(当然滤袋和滤片的工作原理也是大同小异):如果尺寸正确的话,滤筒系统在开始用时的压差非常小(压差是指过滤器上游或之前和过滤器下游或之后的压力之间的差);随着污染物从系统中被滤出,这些污染物开始堵塞部分滤筒介质,导致压差升高;这种情况将会持续,直到压差高到上游压力无法克服,这时滤筒就会被彻底堵塞。
实际使用中,下游压力会降到一个无法使用的水平,或出现断流。在发生这种情况之前,通常会设定一个最大压差,当达到最大压差时,滤筒基本已经堵塞,可以加以清洁,但更常见的是取出、丢弃并更换新滤筒。
压差的好处是能清楚地为操作员或机器制造商指示过滤器的使用寿命,以及何时取出或更换滤筒,还可使用一个简单的系统来读取下游压力降,以触发自动加工中心绕开过滤器(或在双工系统中切换至另一个并联的过滤器)或关闭机器。
介质过滤的另一个好处是价格相对较低(尽管性价比不一定高!)。过滤器供应商通常会降低过滤器外壳的成本,因为一台新安装的机器会在之后很多年里因为一次性介质的销售而带来丰厚的收入。在污染水平较低的应用中,屏障过滤器能体现出很高的价值。
但屏障过滤法也存在缺陷,比如:滤筒或滤纸被污染颗粒堵塞后需要加以更换,久而久之过滤器替换件的购置费用会很高,而且取出和更换旧过滤器还会产生停工时间。在某些工艺中,过滤器可能几天就要更换一次。
此外,处置成本也是一个越来越受到关注的问题。对于受到油污染的过滤器,处置成本相当高。随着ISO 14001的推出和对企业社会责任的重视,很多公司都制订了革新的环保政策,持续致力于减少工艺废物。
这种压力损失的另一个缺点是,它限制了可行条件下可以达到的过滤水平。因此,在兼顾所需的过滤水平和保持流速且经济可行的过滤水平之间,介质过滤始终是一种折中途径。一般为了避免影响流速,过滤能力可以设为40微米。但这就意味着小于这个尺寸的颗粒仍然存在于流动的液体中,从而导致磨损,降低零件表面加工质量,缩短机油/冷冻剂使用寿命。
当然工业中还有多种其它类型的屏障过滤系统(粉末、错流等),但是都不如滤筒、滤袋和滤片常见,而且也具有上述几项缺点。粉末或烛形系统还有其它缺点,比如粉末处理以及与此相关的健康和安全问题,错流系统(有希望使用数年后再更换滤筒介质)是一种减少对耗材依赖性的好方法,有很多可重复使用过滤的好处,但成本非常高,对能源的依赖性更高。

沉降槽

有些工艺没有特别的过滤介质,而是依靠污染颗粒的自然沉降。液体在循环期间被抽入到一个存储槽中,在那里较大的颗粒会在重力作用下沉降出来。随后,在某些情况下,这些颗粒会由刮板输送机清除,或在某些情况下直到这些颗粒积累至一定临界点,再通过人工手动清洁。
沉降的主要好处是没有要更换的一次性过滤器,所以持续运行成本低于其它方法。但沉降并非真正的过滤,没有屏障或分离颗粒的方法。它依靠的是颗粒自身的重量,且取决于液体在沉降槽中停留的时间。如果液体快速流过,沉降效果则微乎其微。因此沉降只对滤除较大或较重的颗粒有效。较轻的颗粒仍留在液体中继续流通。对成品或机器来说存在损坏风险。
在没有任何自动去除污染沉淀物方法的工艺中,清洁存储槽成本相当高——因为它需要较长的停工时间,还得彻底更换液体。

气旋分离

气旋、离心或旋液分离系统在世界各地都有广泛应用。这些系统的尺寸、价格和复杂程度各有不同,但是通用原理都是利用液体和污染物的密度不同来加速自然沉降。
被污染的液体被吸入一个垂直安装的圆锥形分离器,液体沿容器壁高速流动。污染颗粒在离心力的作用下被甩出,并受到回压的作用落下。污染物从液体中分离出来,通过下溢口排出,而清洁的液体通过溢出口流入清洁的液槽。
气旋分离的好处是没有更换和维护屏障过滤器的问题。因此不会产生耗材成本和需要处置的废弃过滤器。气旋过滤通常没有任何运动部件,所以出现故障的可能性更小。但气旋系统通常只能滤出较大的污染颗粒。受工艺限制,它们对于低密度或5微米以下的小颗粒过滤效果并不好,所以单独使用这种方法会给高精度加工带来问题。
很多气旋系统都需要定期清洁,除去积累的污染物,防止下溢口堵塞。在大型机床应用中,气旋系统的资本投资要高于其它过滤方法。在精密机器应用中降低成本、提高质量 - LSWEDM - 机床设计之家
原载:荣格
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