潤滑技術(shù)的發(fā)展方向
馬先甓、丁律原、昌紹樂(東北大學(xué)，沈陽尤尼克潤楫技術(shù)有限公司)
摘要：本文回顧了潤滑劑、潤措方式和對油品評價的發(fā)展史．指出潤滑技術(shù)已進人到一個新階段。文章論述了潤滑技術(shù)的發(fā)展：(1)設(shè)備潤滑發(fā)展了油氣潤滑：(2)工藝潤滑發(fā)展了MQL潤滑：(3)根據(jù)環(huán)保要求，礦物油和植物油己失去其優(yōu)勢，行將退出歷史舞臺。合成油，尤其是酯類油和某些聚醚油，將占領(lǐng)束來的潤滑市場。
關(guān)鍵詞：臺成稠于哥油、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，永遠不會停督在一個水平上，“變”是永恒的。目前的潤滑技術(shù)和潤滑油品．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)展起來的，而且必將更快地繼續(xù)發(fā)展下去�！白儭斌w現(xiàn)在潤滑劑的種類、潤滑方式和對油品的評價上。
1、潤滑劑的變遷
潤滑劑的發(fā)展歷程，首先是為了減少磨檫，將動植油加到摩擦副的表面上，并取得顯著效果。其后．為了降低潤滑劑的成本、延長油品使用壽命、改善其耐高低溫性能，致用礦物油。在工藝潤滑領(lǐng)域里，為了改善潤滑劑的散熱性能、降低成本．逐漸大量使用乳化液、微乳液。20世紀50年代阻后，對機械設(shè)備提出節(jié)能、長壽命的要求。新型、高效潤滑油添加劑的種類和性能不斷發(fā)展，潤滑劑的性能大幅度提高，帶來第瑩次油品更新?lián)Q代。潤滑油向著“高性能億、低粘化、通用化”的方向發(fā)展。20世紀末。環(huán)保問題已經(jīng)形成全世界共同遵守的準則，并成為我國的一項基本國策，國家制定了不少法規(guī)，加大了環(huán)境管理力度，“環(huán)保成聞題，已經(jīng)成為潤滑技術(shù)發(fā)展必須跨越的難關(guān)。當前的任務(wù)，是迅速發(fā)展性能好：用量少、壽命長、可生物降解的環(huán)保型潤滑油。
2、潤滑方式的現(xiàn)代化
原始的潤滑方式，是手澆、油杯，逐漸發(fā)展到灌注式浸油潤滑。其后．為了提高潤滑劑的冷卻牲能、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)式噴油潤滑。20世紀60'--70年代，為了獲得良好的、均勻潤滑效果，帶走部分熱量．降低能耗，減少設(shè)備占用空間，發(fā)展丁油霧潤滑。其后，由于油霧潤滑對潤滑油的利用率低，只有60％；油霧化后，有20％-d0％的潤滑油通過排氣進入外界空氣中，成為可吸入油霧，對人體肺部極其有害，并污染環(huán)境。近20年．為了保護環(huán)境、節(jié)約油品、提高設(shè)備壽命、實現(xiàn)程控化，發(fā)展了油氣潤滑和MQL(最小油量潤滑)潤滑】。潤滑方式的“變”．進人到一個新時代。
3、品評價的變化
傳統(tǒng)概念，認為潤滑油加到機器上，機器能轉(zhuǎn)，就是能用。能用的油品，價格越低越好。油壞了，認為應(yīng)該換油；機器壞了，認為應(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，問題出在認識論上。是以宏觀的、穩(wěn)態(tài)的，孤立的思路去分析問題，就是論事。正確的觀念應(yīng)該是微觀地、時變地、系統(tǒng)地看待事物，跟著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷前進，依據(jù)當代觀點，判斷油品好壞，第一、看它是否能滿足機器的使用工況，是否適應(yīng)機器對高低溫性能的要求：第二、訪油品是否能保證機器和油品的使用壽命；第三、是否節(jié)能；第四、綜合經(jīng)濟效益（包括油價、換油期、設(shè)備使用壽命、維護費以及提高開工率創(chuàng)造的價值等）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、能成倍延長機器和油品的使用，算總帳，大大優(yōu)于礦物油和植物油。21世紀，合成油將迅速發(fā)展，將領(lǐng)導(dǎo)未來潤滑油市場。
二、21世紀的潤滑技術(shù)
1、設(shè)備潤滑的發(fā)展方向
根據(jù)節(jié)能、環(huán)保、長壽命的要求，設(shè)備潤滑，宣發(fā)展油氣潤滑。德國REBS公司首先提出油氣潤概念，又發(fā)明了TURBOLUB油氣分配器，使油氣潤滑得到了應(yīng)用和發(fā)展。油氣潤滑的機理，如下圖。以步進式給油器，定時、定量間斷地供給潤滑油，用3~4×105 Pa的壓縮氣，沿油管內(nèi)壁將油吹向潤滑點，將油品準確地供應(yīng)到最需要的潤滑部位上。
油氣潤滑與油霧潤滑在流體性質(zhì)上截然不同。油霧潤滑時，油被霧化成0.5~2μm的霧粒，霧化后的油霧隨空氣前進二者的流速相等；油氣潤滑時，油不被霧化，油是以連續(xù)油膜的方式被導(dǎo)入潤滑點，并在潤滑點處，以精細油滴方式，噴射到潤滑點。在油氣潤滑中，潤滑油的流速為2~5cm/s；而空氣速度為30～80m/s，特殊情況可高達150~200m/s。油氣潤滑帶來一系列優(yōu)點，
(1)可以提高軸承壽命3～6倍：(2)潤滑油耗量只相當于噴油潤滑的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)性流體侵蝕的場合：(4)大幅度降低潤滑設(shè)備運行和維護費用；(5)往外界排放的潤滑劑照少，油不霧化，有利于“環(huán)保”。本溪鋼鐵公司冷軋廠，冷軋機工作輥軸承．采用油汽潤滑以后，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)濟效益500萬元，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。攀鋼冷軋廠主軋機改用油氣潤滑后，耗油量降低到油霧潤滑的1／5，延長軸承壽命三倍以上。目前．80％以上高速線材軋機滾動導(dǎo)衛(wèi)軸承，都采用了油汽潤滑。
油汽潤滑，不僅用于滾動軸承和滑動軸承，還在齒輪，尤其是開式齒輪、蝸輪、滑動面、機車輪緣與軌道、鏈條等領(lǐng)域，得到廣泛應(yīng)用。
2．工藝潤滑的發(fā)展動向
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)�！眴栴}，傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)，必須作重大調(diào)整。例如：(1)切削加工時使用的氯系切削液，由于它性能良好、價格便宜，特別是在苛刻的條件下，更顯得優(yōu)越，長期以來被廣泛應(yīng)用。但是．由于含氯廢液燃燒時，會產(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切削液標準時，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)適當調(diào)節(jié)乳化液的供給量，可以收到良好的效果。有人認為高效微乳液的合理應(yīng)用，可以徹底解決切削液的問題。但是由于環(huán)保要求，潤滑液的廢液必須經(jīng)過處理，達標后才能排放，廢液處理耗資巨大，使人們不得不對切削液作重新評價。德國對汽車制造廠作過調(diào)查，得到的結(jié)果是：工具費只占加工成本的2％～4％；但與切削液有關(guān)的費用，卻占成本的7％～17％，是工具費用的3～5倍，機械加工中的能量消耗，主軸運轉(zhuǎn)需要的動力只占20％；與冷卻潤滑有關(guān)的能量消耗卻占53％“’。這說明由于“環(huán)保”要求，乳化液的廉價優(yōu)勢已不存在，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)�！眴栴}，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)保”角度看，干切削最理想，但是在干切削加工時，由于發(fā)熱量大、振動大．會縮短刀具壽命、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)展起來的MQL(Minimal Q uointity Lubricants)(最小量潤滑)加工方法，導(dǎo)致潤滑技術(shù)發(fā)生了劃時代的變化。
MQL潤滑系統(tǒng)的具體實例(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滑劑。霧狀潤滑劑，由于經(jīng)過的回轉(zhuǎn)部分很短，不受離心力的影響，霧狀潤滑劑通過工具前端的孔，高效率地噴出，準確地噴到切削部位。供油的定量泉，崩CNC(Compufer Numerical Contr01)(計算機數(shù)字控制)控制，可以任意設(shè)定供油量。
MQL潤滑系統(tǒng)用油量極少，一般供油量不大于50ml／h。運送油的壓縮空氣，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)切屑上幾乎無油：(3)工件上附著的油很少，可阻簡化工件清洗工序，或大幅度延長清洗劑的壽命；(4)省去消耗大量能耗的冷卻循環(huán)系統(tǒng)：(5)不需要潤滑管理；(6)可以把MQL裝置安到已有的機床上。
使用中發(fā)現(xiàn)MQL潤滑，還存在冷卻效果有限的問題。針對這個不足，進一步開發(fā)了油一水復(fù)合霧MQL加工方法。
該方法是將潤滑油和水分別霧化．同時噴到切削點。油、水的混合比，自由度很大。可以根據(jù)加工情況進行調(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)長壽、節(jié)能和環(huán)保要求，設(shè)備潤滑和工藝潤滑，都提出應(yīng)當使用環(huán)保型、高性能油品。
3．潤滑劑的發(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。雖然它的價格比合成油低．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
科技在進步，時代在變化，“環(huán)�！眴栴}，提高到突出位置，必然會促使生產(chǎn)變化、工藝變化、人的觀念變化。(1)設(shè)備潤滑發(fā)展到油氣潤滑．用油量降到原用油量的Ill0對油品的性能要求大幅度提高，最佳方案是使用合成油。(2)T藝潤滑發(fā)展到MQL潤滑．用油量只有原用油量的1120~l／50，要求油品潤滑性能高、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用過高，礦物油型潤滑油已失去其優(yōu)勢。潤滑油的明天，必將是臺成油的天下，尤其是酯類油和聚醚油，將是前途無量。 |
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