金屬加工液及切削液知識整合.doc

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一．金屬加工液的性能及其應用的添加劑 1.金屬加工液簡介 金屬加工液（Metalworking fluids）主要是金屬加工用的液體，根據加工工藝類型的不同，可分為金屬成型、金屬切削、金屬防護和金屬處理四大類。按形態(tài)分為：油型、可溶性油、半合成液、合成液。主要起潤滑和冷卻作用，兼有防銹清洗等作用。一般的金屬加工液包括切削液、切削油、乳化液、沖壓油、淬火劑、高溫油、極壓切削液、磨削液、防銹油、清洗劑、發(fā)黑劑、拉深油等。 2.金屬加工液的常見問題與解決方案（水溶性切削液） 金屬加工液的常見問題與解決方案（水溶性切削液） ◆工件表面光潔度◆ ●可能原因　　 １、稀釋液濃度太低 ２、切削液定向噴射不好或流量過低　 ３、金屬加工屑污染 ４、水質影響，溶液不穩(wěn)定 ５、使用刀具與材料或加工工藝錯配 　　●解決辦法 　　１、調整稀釋液濃度 　?。?、檢查金屬加工液供應系統(tǒng)有否堵塞并加以清潔，直接噴在刀刃上 　?。?、過濾稀釋液 　?。础⒂菜畷乐履承┣邢饕翰环€(wěn)定影響到表面切削液 金屬加工液. 　?。?、與刀具供應商協(xié)商，選擇正確型號金屬加工液論壇,切削液,乳化液,半合成,全合成, ◆工件腐蝕◆ ●可能原因 　　１、濃度太低度 　?。?、水質硬度太高 　?。?、溶液被污染 ４、防腐劑已降解或消耗 ５、溶液酸性值過低度 　　６、高溫以及潮濕環(huán)境 　?。?、工件處理和儲存 　　●解決辦法 　?。?、增加并校正使用濃度 　?。?、檢測水硬度，使用150ppm硬度的水 　?。?、確定及除去污染物，或更換新的溶液 　　４、添加新溶液 　　５、適當添加PH調整劑 　　６、降低溫度和濕度，在成品上施涂防銹劑 　?。?、工件存放干燥通風的環(huán)境中，長時間存放時需要施涂防銹劑 ◆刀具/砂輪壽命下降◆ ●可能原因 　?。?、大量金屬屑 　?。病⑷芤何廴? 　?。?、濃度太低 切削液 金屬加工液 　?。?、水質影響 　　５、使用刀具/砂輪與材料工藝錯配 　?。丁⑶邢饕簼櫥阅懿缓? 　　●解決辦法 　?。薄艋邢饕海ǜ鼡Q/過濾） 　?。?、確定及去除污染物 　?。?、調整濃度 　?。?、正確地調配切削液 　　５、與刀具供應商協(xié)商，選配正確型號金屬加工液論壇 　?。丁Q用潤滑性能好的產品 ◆發(fā)熱量大，刀具使用壽命短◆ ●可能原因 　?。?、冷卻性能差 最專業(yè)的金屬加工液論壇|切削液|切削油|沖壓油|防銹油|清洗劑|添加劑|防銹劑|乳化液|半合成|全合成|潤滑油|潤滑脂 　?。?、切削液定向噴射不好或流量過低 　　●解決辦法 　?。薄⑦x擇冷卻性能好的產品金屬加工液論壇,切削液,乳化液,半合成,全合成,切削油,防銹油,防銹劑,潤滑油, 水溶性,配方 　?。?、增加流量或直接噴在刀刃上 ◆稀釋液上面有浮油◆ ●可能原因 １、設備潤滑油污染 ２、混合條件差 　?。场⒔浖冇图庸さ牧慵? 　　●解決辦法 　?。?、用撇油器撇除漏油 　?。?、重新配制稀釋液，確保邊攪拌邊將油加入水中 　?。?、用撇油器除去，加工前將零件清洗干凈屑污染 ◆氣味難聞和顏色變化◆ ●可能原因 　?。?、水質太差 　?。?、外來油品的嚴重污染 　?。?、產品更新率低 　?。?、設備（油箱、管道、噴射系統(tǒng)）上污穢 　　●解決辦法切削液 　?。?、確保水質好，無微污染 　　２、除去稀釋液上層浮油 　?。?、添加新產品 　?。?、如果微生物＞10６/ml加入適量的殺菌劑，并清洗干凈設備 ◆泡沫多◆ ●可能原因 　?。?、濃度太高 　　２、水太軟 　?。场⑾♂屢何廴? 　?。?、油箱液量過少 　　５、機械故障 　　６、切削液消泡性能差 　　●解決方案 　　１、用折光濃度針核正濃度 　　２、檢查水質（總硬度），加入消泡劑或醋酸鈣 　?。?、除去污染物 　?。?、維持油箱溶液量充足 　　５、檢查過濾系統(tǒng)，輸油管和回流系統(tǒng)是否泄漏和堵塞；防止回流溶液進入油泵進油口 　　６、選擇另一種切削液 ◆ 細菌和發(fā)臭◆ ★ 細菌：生存於水相中，以幾乎所有存在於其中的物質為食。冷卻劑是細菌的大餐，溫床。 　　★ 細菌的種類： 　　☆好氧菌（需要氧氣） 　　☆厭氧菌（需要硫） 　　☆酵母菌和霉菌 ★ 細菌的危害： ☆破壞乳化液 　　☆引起腐蝕 　　☆增加機器中的沉積 　　☆引起惡臭味 　　☆使操作者煩躁不安 　　☆阻塞過濾器切削液 　　☆可能引起呼吸問題 　　☆浪費金錢 　　★細菌產生的原因： 　　☆污染物 　　◎操作者操作時帶入 　　◎煙頭 　　◎咖啡/茶渣 　　◎食物（三明治） 二．金屬切削液 1.金屬切削液的作用 金屬切削是機械工程加工零部件的主要手段，特別是高精度金屬零件，在金屬加工過程中，如果在機床精度、工件材質、刀具材質、加工條件、工人技術水平等條件相同的條件下合理選擇金屬切削液，對減少摩擦、改善散熱條件、降低加工區(qū)域溫度、延長刀具、砂輪的使用壽命、提高工件精度、降低工件表面粗糙度從而降低切削液使用成本和提高企業(yè)經濟效益具有十分重要的作用。切削液具有冷卻、潤滑、清洗、防銹四大功能。油基切削液靠油的優(yōu)良潤滑作用降低摩擦生熱，達到冷卻的目的，水基切削液靠水的熱導率、比熱容、汽化熱比油大，粘度比油小的特點達到冷卻的目的。 2.切削液的分類 按類型大體上分為非水溶性（油基）切削液和水溶性（水基）切削液。一般以水稀釋而使用的稱為水基切削液；不以水稀釋而使用的稱為油基切削液。 油基切削液分為： 非活性型（礦物油、動物油、植物油+活性極壓劑+油性劑） 活性型（礦物油+活性極壓劑+油性劑） 水基切削液分為： 乳化油型（礦物油+表面活性劑+乳化劑+極壓劑或油性劑+防銹劑） 合成液型（不含礦物油和動植物油，只含大量表面活性劑+極壓劑添加劑+油性劑+防銹劑等） 半合成液型（含少量礦物油+表面活性劑+極壓劑+油性劑+防銹劑） 化學溶液型（無機鹽類、有機胺+表面活性劑等） 乳化油通常稱為“可溶行油”，其中含油量一般在70%以上。半合成切削液又稱“微乳液”，含油量約為5～30%，兼有乳化液和合成液的優(yōu)點，冷卻、潤滑、清洗、防銹性能均較好，與乳化液相比，能阻止細菌的分解繁殖，因而使用壽命長。合成切削液是一種完全不含油的，由水溶行EP劑防銹劑表面活性劑等組成的切削液濃縮物。此類切削液最突出的優(yōu)點是：工件可見度好使用壽命長節(jié)約油料資源具有獨特的冷卻清洗性，潤滑性和清洗性各有不同，但用于有切削液流過活動導軌的切削機床，應避免合成液將導軌上的潤滑油膜沖洗掉，而造成阻塞和卡咬。 3.原液和使用液 油基切削液的原液就是其本身，水基切削液的原液系指稀釋前的母液?！笆褂靡骸笔恰艾F(xiàn)場使用著的切削液”的簡稱。又城為“稀釋液”。 4.油基切削液和水基切削液各自的特性 油基金屬切削液的優(yōu)點： 1)在機械加工中質量穩(wěn)定，使用壽命長，并能再生利用。 2)具有良好的潤滑性。在用高速鋼刀具切削而且切削速度較慢時可延長刀具壽命，降低工件表面粗糙度。 3)除偶爾需要過濾外，不需要多花費混合及維護費用。 4)不受細菌侵蝕影響，幾乎不會引起皮膚病，使用中混入其他潤滑油除了會降低添加劑濃度外，無其他不良影響。 其缺點是： 冷卻性差，而且高溫下易揮發(fā)，產生油霧，污染環(huán)境，必須安裝排油污設備，甚至有引起火災的危險。 水基金屬切削液的優(yōu)點： 冷卻效果好，克服了使用切削油冒煙、易燃以及加工后黏附于金屬表面上的油脂難以清洗的弊病，綜合使用成本低。良好的產品均具有冷卻、潤滑、清洗、防銹四大功能。 其缺點是： 因為是用水作稀釋劑，故使機床和被切削金屬材料容易生銹；若與機床上的其他潤滑油混合，就會使?jié)櫥偷臐櫥芰ψ儔模瑥亩档蜋C床壽命和破壞自身的使用性能。此外，水基切削液容易受細菌和霉菌的影響而腐敗變質，降低有效使用期限。在水基切削液中含油的乳化液由于穩(wěn)定性較全化學合成切削液差，使用壽命一般較短。 5.切削液的推薦和選用 市面上切削液的品種很多，其組成和性質也很復雜。當我們向用戶推薦一種切削液時之前，首先應熟悉用戶現(xiàn)正在使用的切削液屬于那一類，加工的工件材質（碳鋼、鑄鐵、銅、鋁合金、鎂鋁合金、耐熱合金、不銹鋼、鎳合金、鈦合金等）、刀具材料（高速鋼刀具、硬質合金鋼刀具）、切削條件（切削速度、進給量、切削深度）、加工方式（車削、銑削、刨削、鉸削、鏜削、鉆削、磨削、攻螺紋、拉削、滾齒、剃齒等）、和機床種類（國產一般機床、數(shù)控機床、加工中心等），根據具體應用條件的不同，對切削液的冷卻、潤滑、清洗、防銹四個功能的要求應有所側重，只有具有很強的針對性才能達到最佳的使用效果，性價比方可達到極致。 一般情況下，有（無）鉛黃銅、鋁及低鋁合金、鎂、鋅合金容易加工,但切削液對其腐蝕問題較難解決，用戶一般選用煤油或其與礦物油的混合油來保證工件的表面亮度，也有用中性或弱酸性的水基切削液（其中以乳化液用的較多）。高強度青銅、鑄鐵、低碳鋼、中碳鋼等比較容易加工，通常選用水基切削液，耐熱合金、不銹鋼、鎳合金、鈦合金等屬于難加工材料，主要選用油基切削液和極壓性很好的、高濃度的水基切削液。拉削、滾齒、剃齒等操作由于切削速度低、切削量大、屬于重負荷切削，幾乎都選用油基切削液。 粗加工時，加工余量和切削用量較大，切削速度較高，對表面質量的要求不太高，一般用以冷卻為主的乳化液、合成液和微乳液。車、銑、刨、鉸、鏜、鉆、磨、通?？捎盟饘偾邢饕海ソz和打深孔要用極壓、潤滑性好的切削液。 6.切削液現(xiàn)狀 國外產品的主要品牌：德國的亞納、福斯；瑞士的巴索，美國的美孚、奎克、馬斯達、好富頓、米朗可龍；英國的嘉實多（BP）等。國內的上海海營化工、天津泰倫特化學、蘇州的特種油品等屬于規(guī)模較大的生產商。國外產品總體性能上有較大的優(yōu)勢，但很多產品不適應我國的水質要求，普遍售價較高，產品的實際性價比并無國內的優(yōu)勢品牌高，從而給我們留下了太多的發(fā)展空間。上海潔司化工有限公司與太原卓能精細化工有限公司聯(lián)合研發(fā)的KCUT系列全化學合成水基金屬切削液，綜合性能比優(yōu)勢完全可以替代進口同類產品，與國內市場上的同類產品相比：在防銹性和工作液使用壽命方面有絕對優(yōu)勢。 7.實際使用注意的問題 1.水基產品用于數(shù)控機床時，由于數(shù)控機床的刀具通常是處于橫向進給狀態(tài)，切削液在切削區(qū)的澆注只能接觸到活動主軸的一部分，背向的部分實際上無法接觸到；用于加工中心時，刀具通常是垂直的，切削液也無法接觸到刀套附近的部分，這樣就帶來了銹蝕的問題，因為這部分死角長期暴露在的水氣中而無法受到防銹劑的保護。建議操作人員在每天下班時用機床上攜帶的水槍沖洗死角部分，或用干凈的棉紗蘸取工作液涂敷死角，確保無銹，也可在刀套中或其附近涂上黃油或防銹油。機床的部件出現(xiàn)輕銹時可用干凈的棉紗蘸取工作液擦拭掉。 2.水基產品在使用過程中保持濃度的穩(wěn)定特別重要，首先要堅持勤補水和少補水的原則，同時要用手持式折光儀定期測定工作液的濃度在廠家規(guī)定的范圍內。長期維持過高的濃度容易對機床油漆和操作者的皮膚造成腐蝕和刺激，使用成本相應增加；濃度過低容易對機床臺面和工件造成銹蝕，還會引起工作液過早產生異味而腐敗變質。 8.極壓性能的概念 為了減少摩擦和磨損而使用的添加劑，叫油性劑，有時叫減摩劑，為了防止燒結而使用的添加劑叫極壓劑。油性劑在金屬表面上所形成的吸附膜承受溫度不高。其解吸溫度如脂肪酸是在熔點或熔點附近，一般油性劑在200℃以前就會解吸而失去作用。極壓劑的作用機理一般可以認為是由于摩擦熱或摩擦面上的摩擦化學反應，在金屬表面上生成一種低剪切強度和低于被切金屬熔點的固體潤滑膜，而起到有效的潤滑作用。 9.切削液的配方 9.1、 透明水溶性切削液 配方1（%）透明水溶性切削液 乙二醇 65.8;四硼酸鈉 3.0;偏硅酸鈉 1.0;磷酸鈉 0.2;水 余量。 本液用于結構鋼的車削、研磨和鉆孔，使用時用水稀釋3倍。 共三種配方。 9.2、 乳化切削油 配方1（%）石油磺酸鈉 13;聚氧乙烯烷基酚醚（OP-10） 6.5;氯化石蠟 10~30；環(huán)烷酸鉛 5;三乙醇胺油酸皂 2.5;高速機械油（5號） 余量。 本油用于金屬加工的擠壓、車、鉆等到工序，使用濃度為本乳化油的5%~30%.。 配方2（%）妥爾油酸鈉鹽 4.5~5.5;石油酸鈉鹽 4.5~5.5;C1-4合成脂肪酸 2.5~4;聚乙二醇 1.5;工業(yè)機械油 余量。 …… 共五種配方。 9.3、 防銹極壓乳化油 配方1（%）氯化石蠟 10;硫化油酸 9;石油磺酸鋇 20;油酸 2;三乙醇胺 5;機械油（10號） 余量。 本油主要用于重載切削加工，可代替植物油及硫化切削油。以20%的濃度使用。防銹性能良好。 …… 共兩種配方。 9.4、 其他切削液 配方1（份）硫化切削油 硫化棉子油 500;棉子油 1350;硫磺 70;機械油（10號） 2200.。 配方2…… 共有四種配方。 10.切削液的配方研究： 水基切削液具有優(yōu)良的冷卻和清洗性能，但潤滑和防銹性能差，因而應用范圍受到限制。以松香、順酐和多元胺等原料合成了非離子表面活性劑H，同是以油酸和三乙醇胺為原料合成油酸三乙醇胺酯，經實用證明：以非離子表面活性劑H和油酸三乙醇胺酯等復合配制而成的水基切削液，具有優(yōu)良的潤滑性、防銹性、冷卻性和清洗性。是水基切削液的重大突破。 現(xiàn)代機械加工向高速、強力、精密方向發(fā)展，超硬、超強度等難加工材料的發(fā)展也使切削加工的難度日益增加。這兩方面的原因導致切削加工過程中的摩擦力、摩擦熱大幅度提高，這就要求金屬加工液具有更好的潤滑、冷卻、清洗、防銹性能，以便獲得理想的加工表面。礦物潤滑油的潤滑、防銹性能優(yōu)越，但冷卻、清洗性能差;乳化液和水基切削液的冷卻、清洗性能優(yōu)良，但潤滑、防銹性能差。水基切削液除具有乳化液的所有性能外，其潤滑、冷卻、防銹性能亦達到或超過乳化液的標準要求。因而水基切削液已成為國內外機械加工中提高加工性能的發(fā)展方向[l]。在水基切削液中添加油性添加劑和極壓添加劑，是改善水基切削液潤滑和防銹性能的有效途徑。以松香、順酐和多元胺等原料合成的非離子表面活性劑H具有優(yōu)異的潤滑和防銹性能，油酸三已醇胺酯是優(yōu)良的油性添加劑，以非離子表面活性劑H和油酸三乙醇胺酯等復合配制而成的水基切削液，具有優(yōu)良的潤滑性、防銹性、冷卻性和清洗性。是水基切削液的重大突破。 10.1 非離子表面活性劑H的合成 在催化劑存在下，反應溫度為160～200℃時，松香[3]與順酐進行共聚反應，共聚物進一步與多元胺發(fā)生中和反應，生成了非離子表面活性劑H。產物為紅棕色粘稠液體。實驗測定了順酐，松香及其聚合物的紅外光譜[2]，證明了反應的發(fā)生。 10.2 油酸三乙醇胺酯的合成 油酸是重要脂肪酸之一，其潤滑性能很好，但它是非水溶性的。要把它添加在水基切削液中，必須在其分子鏈中引入親水基團。三乙醇胺分子中含有三個一OH基團，它可與酸發(fā)生酯化反應[4]。 在130～160。C條件下，油酸與三已醇胺的初始反應摩爾比不超過1：3時，油酸的COOH基團與三乙醇胺的一0H基團發(fā)生酯化反應，生成了油酸三乙醇胺酯，油酸三乙醇胺酯是一種優(yōu)良的水溶性油性劑。經四球機檢測：5%的油酸三乙醇胺水溶液的最大無卡咬負荷PB值可達700N，用MPV一200摩擦磨損試驗機測定其摩系數(shù)為0.070。 10.3 新型水基切削液的配方及工藝流程 (1)新型水基切削液的配方 作者研制的新型水基合成切削液，主要成份有：非離子表面活性劑H、油酸三乙醇胺、極壓抗磨劑、防腐劑及消泡劑等。其中非離子表面活性劑H、油酸三乙醇胺由自己合成，其他組分均為市售。各組分配比通過實驗選定如表1所示。 (2)工藝流程 新型水基合成切削液的工藝流程如下： 非離子表面活性劑H的制備一油酸三乙醇胺的合成一各組分混合一攪拌一一+加入消泡劑一裝桶。4新型水基切削液的質量指標 按照國標(GB6144—85)進行檢測，新型水基切削液的質量指標如表2所示。 10.4 應用結果及理論分析 (1)應用結果 新型水基切削液研制完成之后，先后在渝州齒輪廠、大江車輛制造廠進行試用，都獲得了比較理想的效果。綜合起來，產品有如下特點： 1)冷卻性能突出。能大大帶走切削熱和充分冷卻刃具的切削刃，使其保持硬度、強度和銳利的切削能力，從而提高了工作效率。 2)潤滑性能優(yōu)越。在切削區(qū)能形成潤滑油膜，切削液最大無卡咬負荷PB值達到686N以上。因而能大大降低切削力和降低刀具及砂輪的消耗。同乳化油相比，表面加工精度顯著提高。 3)該潤滑切削液在使用中可以滲入工件切削表面的極細微裂縫中，使表面金屬晶格脆化，使切削加工容易進行。 4)具有很好的流動性和良好的清洗性。同乳化油相比，可提高工件光潔度l～2級。 5)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。在存儲和使用時，不分層及析出沉淀物，不易腐敗，不產生防礙工人健康的氣體。同時該產品不含對人體有害的亞硝酸鈉和礦物油，工作環(huán)境干凈無味，加工時能清晰觀察工件表面。 6)具有優(yōu)良的化學、熱安定性和防銹性。在高溫、高壓與空氣接觸中不分解、不變質、不腐蝕金屬表面。加工件常溫下兩周內不生銹。 7)新型水基切削液的總體性能與礦物油相當，但成本不到礦物油的一半。 8)新型水基切削液的工作廢液少，易于處理，大大地減少了環(huán)境污染。 (2)理論分析 1)潤滑性能分析 在金屬切削加工中，大多數(shù)摩擦屬于邊界潤滑摩擦。在邊界潤滑中，由于不存在完全的油膜，其承載能力已與油的粘度無關，而取決于潤滑液的油性，即潤滑成分是否包含著對金屬存在強烈吸附的原子 團，能在切削界面形成物理吸附膜。 非離子表面活性劑H中的極性基團對金屬有較大的親合能力，很容易吸附在金屬表面上，形成吸附潤滑膜。因其疏水基團較大，并有芳環(huán)結構，具有油性劑的作用。同時非離子表面活性劑H含有N非活性極壓元素，它兼有油性劑和極壓劑的雙重功效。再與加入的極壓抗磨劑協(xié)同作用，形成高強度物理和化學吸附膜，使之在高壓、高溫和激烈摩擦作用下不致于破壞。能防止或減小工件、切屑、刀具三者之間的直接接觸，達到減小摩擦及粘結的目的，起到極好的潤滑作用。 油酸三乙醇胺是一種陽離子表面活性劑，作為油性劑添加在切削液中，易在刃具與切削工件之間形成物理吸附膜，從而起到潤滑作用。另外，油酸三乙醇胺與極壓抗磨劑也有良好的協(xié)同抗磨作用，亦可使?jié)櫥阅茱@著提高。 2)清洗性能分析 切削液清洗性能的好壞，與切削液的滲透性和流動性緊密相關，表面張力低、滲透性和流動性好的切削液，清洗性能就好。 新型水基切削液中由于有含量不低的非離子表面活性劑H和陽離子表面活性劑油酸三乙醇胺的存在，二者協(xié)調作用，極大地降低了切削液的表面張力，明顯地增強了切削液的滲透性和流動性。因而具有很好的清洗性能。 3)冷卻性能分析 切削液的冷卻作用，取決于它的導熱系數(shù)、比熱、汽化熱及汽化速度等。水的導熱系數(shù)為油的3～5倍，比熱為油的2～2.5倍，故水的冷卻性能比油優(yōu)越很多。新型水基切削液中含有90%以上的水分，所以冷卻性能突出。 4)防銹性能分析 非離子表面活性劑H本身具有防銹和防腐作用，與加入的防腐劑產生復合增效作用，在金屬表面形成吸附保護膜層，鈍化膜層，從而阻滯了陰、陽極腐蝕過程，由于有致密的履蓋膜，能有效地抗拒介質中的水分子、氧及其他腐蝕性物質的浸入，具有優(yōu)良的防腐、防銹性能。 10.5 結論 (1)以松香、順酐和多元胺等原料合成的非離子表面活性劑H，具有優(yōu)異的潤滑、防銹和清洗性能。 (2)油酸三乙醇胺酯是一種優(yōu)良的水溶性油性劑。 (3)以非離子表面活性劑H和油酸三乙醇胺酯等復合配制而成的水基切削液，具有優(yōu)良的潤滑性、防銹性、冷卻性和清洗性。是水基切削液的重大突破。