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水基金属切削液介绍
发布时间:2010/1/20  阅读次数:9756  字体大小: 【】 【】【

水基切削液是微乳切削液、高性能的乳化液和合成切削液的总称。一、机床对金属切削液的要求随着机械制造业的快速发展,机床正在发生着重大变化。数 控机床、机械加工中心、柔性制造单元和柔性制造系统等相继问世,使机床的加工功能增多,切削 速度加快,精度提高,因此对金属切削液的要求也更加严格。1.能满足多种加工需要要求切削液 全面具备润滑极压、冷却和清洗功能,满足多种加工需要。既能用于车、铣、钻、攻丝和拉铰等切 削加工,又能用于磨削加工,甚至电切割加工,还要适应被加工材料多样化的趋势。保证加工件的 尺寸精度、表面精度和切削速度以及足够的刀具寿命。2.有良好的作业性能主要包括切削分离性 能、对机床和工件的防锈以及对机床漆面的保护性能、切削液的使用寿命及抗腐败劣化性能、防止 发烟和着火的危险性、人体安全和对环境污染与废液处理性能等。3.经济性应当考虑到润滑材料 费用、管理费用和处理费用。切削液的基本加工性能固然重要,但其操作性能也不可忽略。随着工 业污染加重和人的环境意识的提高,国外对于生产和使用无毒性、防锈性和抗腐败性优良的切削液 及切削液在使用中的科学管理十分重视,进入中国市场的某些产品,在严格管理的条件下使用寿命 可达半年。二、水基切grlJ液的特性在探索多功能切削液时,除了开发特殊合成油剂外,普遍 看好微乳切削液、高性能的乳化液和合成切削液。它们被统称为水基切削液。在工业发达国家已经 走过了从乳化液向合成切削液,再向微乳液发展的过程。我国使用的水基切削液目前仍以乳化油为 主,机械行业在80年代出现了研制生产和应用合成切削液的热潮。由于合成切削液的某些缺点在 使用过程中不断暴露出来,从90年代才比较普遍地注重微乳切削液的研制和应用。一般说来,乳 化液的润滑性能较好,合成切削液的冷却清洗性能较好,而微乳切削液具备较好的综合性能和对多 种金属材料的适应性,它既适用于切削,又适用于磨削,甚至还用于电切割加工。它们的这些差别 是由不同的化学组成决定的。1.乳化液乳化液是继碳酸钠水之后最早应用的水基切削液,其原液 称为乳化油。乳化油的最基本成分是65%~80%的矿物油、15%~20%乳化剂和2%~5 %稳定剂,构成了最简单的乳化油。在此基础上可以添加碘酸钡盐、环烷酸盐等多种防锈添加剂, 添加氯化石蜡、硫化油等极压添加剂,添加脂肪酸、酯类化合物等油性剂,还可以添加防霉剂、消 泡剂、抗氧化剂等等。现在的乳化油的化学组成已十分复杂,性能也有很大差别,按照SY137 4-88标准可分为四个类型。但其形成乳化液的基本原理仍然是具有亲水亲油基团的乳化剂(表 面活性剂),众多分子对矿物油和多种油溶性①第一作者系强力切削液厂厂长--编者注添加剂微 滴加以包溶,形成胶柬,在水中成为水包油型乳化液。由于油性物与乳化剂的比值大,所形成的胶 束也就大,当大到lum左右时便形成白色乳液。乳化切削液的化学组成及其物理化学性能决定了 它应有的优缺点。首先,因为乳化油含油量大并且较容易添加油溶性极压剂和油性剂,所以它的润 滑性是水基切削液中最好的,能适应多种金属切削加工要求。然而,也因为其油性物含量高,在水 溶液中游离的表面活性剂分子和不包油的"空包胶束"极少,不但表面张力通常大于5.0X10 'N/m,而且在切削区的高温高压条件下容易破乳,随后的复乳能力不强,所以乳化液的清洗能 力是水基切削液中最差的。这就是乳化液用于磨削加工时常常"糊砂轮"的主要原因。另外,乳化 油对稀释用水的水质硬度适性不强。不同硬度的稀释水对阴离子表面活性剂的"消耗"不同,不同 程度地改变着乳化剂的亲水亲油平衡值。当平衡值改变很大时,超出了乳化区域,便破坏了乳比剂 与被乳化油性物之间的平衡,导致析油、析皂,甚至破乳。所以适合软水区的乳化油不宜在硬水区 便用,反之亦然。当前国内使用乳化油的最大障碍还是它的腐败劣化问题。含有大量油性物的乳化 液给细菌、霉菌和酵母菌的生成和快速增殖提供了充分的营养和环境。当介质的PH值小于8.5 ,温度为30~37C(霉菌温度为20~30C)时,微生物快速繁殖,使乳化液极容易发生腐 败劣变,特别是含硫极压剂在硫酸还原厌氧菌的作用下,产生硫化氢,发生恶臭。伴随乳化液劣变 的是其切削功能和防锈性能的急剧下降,乳化液过早报废。目前,乳化液的使用寿命一般只有1~ 3周。为了解决这一问题,加强管理是十分必要的。同时还需要生产和使用抗劣变的乳化油。有人 用苯酚及五氯酚、对硝基苯甲醛等蒸型防霉剂杀菌,不但效果不佳,毒性也较大。三唤类和废哇淋 类低毒防腐剂国外已广泛用于乳化液,国内也有了类似产品,可以使乳化液的使用寿命延长到3个 月。这类产品的缺点是对霉菌和酵母菌的抑制能力不够,国外正在研制的环烷基胺类、环氧丙烷加 成胺类等特殊胺类,可望有所改进。据报导,可防劣化6个月。2.合成切削液合成切削液也叫化 学切削液,它不含矿物油,是在水中加入多种化学制剂构成的。合成切削液常用的润滑剂是聚乙二 醇、丙三醇等多元醇和分子上带有硫、磷、氯的环氧乙烷聚合物以及多种表面活性剂。乙醇胺及其 多种酯类则是较好的防锈剂。此外,亚硝酸钠、碳酸钠、硫代硫酸钠、磷酸三钠等无机盐也常被采 用。合成切削液实际上是真溶液和极细小的胶体溶液的混合物。以前者为主的产品含大量无机盐, 以后者为主的产品含大量表面活性剂。合成切削液的组成使得这种切削液清洗性能非常好,用于磨 削加工特别是高速磨削时,与乳化液相比,表面粗糙度等级高,延长砂轮寿命和提高加工效率。合 成切削液也不容易腐败劣化,使用寿命是乳化液的4~6倍,长达3个月。但合成切削液也存在着 润滑性能差,对切削加工不太适用等缺点,同时,又因其清洗性能极好,用于车削加工时,导轨上 的润滑油很容易被洗掉,致使走刀不平衡。许多合成切削液对机床油漆面都有不同程度的浸蚀。在 30士2'C下进行浸泡过氯乙烯机床漆试板试验,6种国产合成切削液和1种国外合成切削液与 自来水进行对比。结果自来水浸泡的试板第14天开始出现小泡并透镜,国产的有2种切削液浸泡 结果与自来水一样,第14天开始出现小泡但不透锈,另外4种是在第3天至第7天使漆板出现小 泡至大泡;而那种国外产品第2天即使漆面全面起泡。在实际使用中,机床上的过氯乙烯漆面出现 被侵蚀现象的时间一般是半年到一年,也有超过这一时间的。市售合成切削液存在的另一个问题是 相当数量的产品用亚硝酸钠作为主防锈剂。亚硝酸盐进入人体后形成的亚硝酸胺是公认的致癌物质 。从70年代开始,许多工业发达国家便开始在切削液中停止使用亚硝酸钠,在国内寻找亚硝酸钠 代替品的研究中也有了可喜的进展。南京开源润滑油厂生产的KY系列防锈剂,其10%水溶液的 防锈性能与5%亚硝酸钠和0.5%碳酸钠混合液相当。该厂生产的KY系列合成切削液添加KY系列防锈剂后对铸铁的单片防锈和腐蚀加速试验均超过了48h。3.微乳化切削液微乳化切 削液原称半合成切削液,可见它的化学组成和性能具有乳化液和合成切削液的特点,但又不是两者 的简单加合,它依然遵从乳化液的形成规律。微乳切削液的原液含矿物油5%~35%,乳化剂含 量与油性物含量的比值要比乳化液高出3~6倍。由于含油量低,油溶性润滑剂、防锈剂等的添加 量受到限制,但可用一定数量的水溶性添加剂加以补充。微乳液中乳化剂相对含量高,加上选择分 子结构适宜的乳化剂,结果油性物则被表面活性剂所加溶,其水溶液呈透明状,看似真溶液。此时 乳化剂加溶油性物的微滴比乳化液中的乳化微滴要小得多,小到0.05pm以下,同时还存有一 定数量的游离表面活性剂分子,或是单分子或是自聚成"空包胶束"分散在水中。不难看出,微乳 切削液的润滑、清洗和冷却性能,介于乳化液和合成切削液之间,基本上克服了乳化液清洗性能欠 佳和易腐败劣化的缺点,也克服了合成切削液润滑性能差、浸蚀机床漆面的缺点,表现出较好的综 合性能。下面就以南京开源润滑油厂生产的KY系列微乳切削液为例,看看此类产品.在实用中 表现出来的基本特点(见表)。KY切削液主要性能指标体。(1)具有良好的润滑、冷却和清洗性能 经北京、山东、河北、内蒙古和新疆等地区的机床、汽车、轴承、拖拉机、工模具、量卡具、冶金 、农机具、液压件和起重设备制造等机械加工行业的使用证明,KY型微乳液具有良好的润滑、冷 却和清洗性能,使之在车、铣、钻、攻丝和磨削等多种加工机床上得到长期应用,并已成功地用于 加工中心。在轴承行业的多种磨削加工机床上应用也取得较好的效果,突出表现在使加工面粗糙度 降低1~2/J\级,磨削效率提高20%~30%。该微乳液已用于钢铁、铜合金、铝合金等多 种金属材料加工。(2)对机床漆面无浸蚀作用KY系列微乳液已连续使用3年多,没有发现对机床 漆面的浸蚀作用。除个别使用不当外,也没有出现锈蚀现象。(3)具有较好的抗腐败劣化性能KY系列在不同季节的使用寿命是4~10周,KY-1型的使用寿命是8~15周,是乳化液 的4倍以上。(4)对水质硬度的适应性强水质硬度在50~600ppm范围内稀释液都是稳定 的,且在硬度400PPm以下的水中,稀释液呈透明或半透明状,这对加工过程中的观察十分有 利。对于微乳切削液的加工性能有两种不同看法,否定意见看到的是它的"平庸"之处,肯定意见则认为其良好的综合性能和通用性,正符合现代机床对切削液的多功能要求。三、水基切削液的管理水基切削液的特殊性能及其经济性是油剂切削液所不能代替的,因而使用范围在不断扩大,但水基切削液不易管理也是众所周知的。水基切削液的使用寿命长短是与使用者的管理水平密不可分的。

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