引言

碘化絕晶體是一種無色透明無機(jī)晶體材料,密度為4.51g/cm3,可溶于水(44g/100mL,0℃:74g/100mL,20℃)和醇類,莫氏硬度2.0,對(duì)溫度和光變化敏感。碘化絕晶體切割加工多以內(nèi)圓切割機(jī)為主要加工設(shè)備,加工過程中主軸帶動(dòng)刃口鍍有金剛砂的內(nèi)圓刀片做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),被切割材料相對(duì)于刀片旋轉(zhuǎn)中心做徑向直線運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓刀片對(duì)材料的切割。相對(duì)于其他設(shè)備,內(nèi)圓切割具有切割刃口小、加工范圍大、效率高等優(yōu)勢(shì)。工作時(shí)為了減少加工缺陷、獲得理想的表面質(zhì)量,一般會(huì)使用切削油進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑。但是切削油的使用給企業(yè)帶來了很多風(fēng)險(xiǎn)因素,如貯存安全、廢液處理等。為了減少風(fēng)險(xiǎn)、降低生產(chǎn)制作成本,需要我們尋找一種新的、更安全環(huán)保的冷卻潤(rùn)滑方式。

1傳統(tǒng)冷卻潤(rùn)滑方式及其不足

在傳統(tǒng)的晶體加工過程中,通常采用大量澆注切削油來降低切削溫度,保護(hù)刀具和晶體表面及沖洗殘留碎屑,但在刀片刃口金剛砂對(duì)晶體材料高速磨削的過程中,向磨削部位澆注的切削油只有極少部分進(jìn)入磨削區(qū),難以實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體以及刀具的良好冷卻,仍會(huì)有部分產(chǎn)品存在加工缺陷。而且切削油也會(huì)揚(yáng)起氣霧或揮發(fā)到空氣中,影響工作車間的空氣質(zhì)量,對(duì)員工的皮膚以及呼吸道造成健康風(fēng)險(xiǎn)。使用過的廢切削油處理不當(dāng)也有環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。所以,在近兩年制造業(yè)普遍追求環(huán)境友好、綠色加工的大背景下,使用冷卻油進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑的方式已經(jīng)開始落后了。

2微量潤(rùn)滑技術(shù)

微量潤(rùn)滑(Minima1○uantityLubrication,MQL),是用少量的潤(rùn)滑油經(jīng)壓縮空氣霧化后的油霧顆粒對(duì)切削區(qū)域進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑的一種技術(shù)。該技術(shù)將切削液用量降低到極微量程度(通常MQL的用量?jī)H為0.03~0.2L/h,而傳統(tǒng)濕式切削的用量為20~100L/min),不僅可以降低切削液使用成本,而且通過使用無毒、可降解的植物型潤(rùn)滑劑,能夠減少切削液對(duì)環(huán)境和人體的危害:另一方面,由于MQL引入了冷卻潤(rùn)滑介質(zhì),使切削過程的冷卻潤(rùn)滑條件改善,刀具、工件和切屑之間的摩擦磨損減小,有助于降低切削力、切削溫度和刀具磨損。近年來,微量潤(rùn)滑MQL技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用、研究和發(fā)展,目前常用的相關(guān)技術(shù)有傳統(tǒng)的微量潤(rùn)滑(MQL)、低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑(低溫冷風(fēng)＋MQL)、油膜附水滴復(fù)合噴霧(OoW)、低溫冷風(fēng)油膜附水滴(低溫冷風(fēng)＋OoW)等。

傳統(tǒng)MQL裝置是由液位控制器、容器、控制系統(tǒng)和連接方式四部分組成的,詳細(xì)構(gòu)造又分為腔壁、上蓋、導(dǎo)液軟管、大螺紋連接柱、吸液裝置、套管、小螺紋連接柱、三通管、流量調(diào)節(jié)閥、傳輸管和噴嘴。工作時(shí),壓縮氣體由三通管的壓縮氣體入口進(jìn)入,流經(jīng)吸液裝置中的"收縮一擴(kuò)張"孔,由于孔截面變小,氣體壓強(qiáng)隨之降低,而腔室中壓強(qiáng)與壓縮氣體入口處相同,這就使得腔室內(nèi)氣體與直通孔處氣體產(chǎn)生壓強(qiáng)差,從而使腔室中的潤(rùn)滑劑流入到吸液裝置中。此時(shí),通過改變流量調(diào)節(jié)旋鈕的高度就可以改變導(dǎo)液軟管中潤(rùn)滑劑的流量,同時(shí),吸液裝置中的潤(rùn)滑劑在壓縮氣體的推動(dòng)下,流入傳輸管,并沿著管壁流動(dòng)到噴嘴處,在噴嘴的收縮作用下霧化并伴隨著壓縮氣體高速噴出。

本文應(yīng)用設(shè)備為傳統(tǒng)MQL裝置,如圖1所示。

3加工實(shí)驗(yàn)與分析

筆者使用內(nèi)圓切割機(jī)配合不同的冷卻潤(rùn)滑方式進(jìn)行了碘化絕晶體的切割加工實(shí)驗(yàn),對(duì)比了采用微量潤(rùn)滑技術(shù)與傳統(tǒng)澆注潤(rùn)滑技術(shù)加工的碘化絕晶體樣品的外觀和表面粗糙度。其中,微量潤(rùn)滑技術(shù)實(shí)驗(yàn)了三個(gè)方案,對(duì)應(yīng)不同的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。

3.1加工參數(shù)設(shè)置

加工尺寸24mmx27mm×4mm,加工參數(shù)如表1所示。

3.2加工樣品圖片和表面光潔度Ra值

加工樣品圖片和表面光潔度Ra值如表2所示。

3.3對(duì)比結(jié)果

對(duì)比發(fā)現(xiàn),隨著加工參數(shù)的變化,晶體表面光潔度也在變化。相同的條件下MQL比傳統(tǒng)潤(rùn)滑加工表面Ra值低0.2μm左右:隨著轉(zhuǎn)速以及切割速度的調(diào)整,表面加工質(zhì)量逐漸提升,在2300r/min的轉(zhuǎn)速下,切割速度降到5mm/min時(shí),MQL切割表面Ra值可達(dá)到0.21μm,不僅驗(yàn)證了MQL加工時(shí)的可行性,而且可滿足更高的制作需求。

3.4制造成本分析

可以減少企業(yè)切削油的在線積壓,每臺(tái)設(shè)備可減少現(xiàn)階段用量的60%,從而能夠有效降低生產(chǎn)成本。

3.5環(huán)保、安全方面

廢油的回收會(huì)大幅度減少,符合國(guó)家提倡的節(jié)能、降耗、減排的要求。

3.6存在問題

(1)隨著加工晶體尺寸的加大(超過40mmx40mm),我們發(fā)現(xiàn),無論是調(diào)整機(jī)床的參數(shù)還是MQL的參數(shù),都存在加工質(zhì)量波動(dòng),且容易發(fā)生物料掉落,故加工尺寸受限。

(2)切割過程中刀盤處物料易集聚,容易造成機(jī)床抖動(dòng),需及時(shí)清理。

4結(jié)語

本文進(jìn)行了微量潤(rùn)滑技術(shù)應(yīng)用于碘化絕晶體的可行性研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用微量潤(rùn)滑技術(shù)進(jìn)行碘化絕晶體的內(nèi)圓鋸切可以獲得比傳統(tǒng)澆注潤(rùn)滑更理想的表面質(zhì)量。同時(shí),摸索了微量潤(rùn)滑下晶體表面質(zhì)量與主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等參數(shù)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是微量潤(rùn)滑技術(shù)可以應(yīng)用于碘化絕晶體的內(nèi)圓鋸切加工。

雖然人工晶體材料種類繁多,特性也各不相同,但是內(nèi)圓切割仍然是一種主流的晶體加工方式。近些年來,各類晶體的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)w加工質(zhì)量提出的要求越來越高,而且中國(guó)政府和民眾對(duì)環(huán)保問題也越來越重視,在這樣的背景下,微量潤(rùn)滑技術(shù)應(yīng)用于人工晶體加工,應(yīng)該能夠很好地解決或改善傳統(tǒng)潤(rùn)滑技術(shù)存在的問題。總而言之,微量潤(rùn)滑技術(shù)符合當(dāng)前制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),但仍有一些具體細(xì)節(jié)問題需要在應(yīng)用場(chǎng)景中進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討。