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水溶性金屬切削液的基本知識性能與選取詳解

發表日期:2015-1-19 已經有952位讀者讀過此文

 水溶性金屬切削液的基本知識性能與選取詳解

  金屬切削液,即金屬及其合金在切削加工過程中使用的工藝潤滑油。金屬切削液通常可分為以冷卻為主的水溶性金屬切削液和以潤滑為主的純油性金屬切削液;水溶性金屬切削液又可細分為可溶性油(乳化液)、半合成切削液(微乳化液)和合成切削液三種。在所有潤滑油中,金屬切削液的用量視各國的具體情況不同,約占其潤滑油總用量的2%-3%,我國金屬切削液的年用量約為6萬噸左右,其中水溶性金屬切削液和純油性金屬切削液各占50%左右的份額。

  金屬的加工方法繁多,其中金屬切削加工是金屬加工中最常見、應用最廣泛的一種。根據工件的形狀、精度及表面質量的不同要求,金屬切削加工可分為車、銑、鉆、刨、鏜、鉸、拉削、齒輪切削、螺紋加工及磨削等。本文主要講述金屬切削液中水溶性金屬切削液的性能和選取。

  水溶性切削液的主要性能
  我們使用水溶性金屬切削液的主要目的是:①延長刀具的使用壽命;②保證和提高工件的加工尺寸精度;③改善工件表面的光潔度;④及時排除金屬屑,確保切削過程順利進行;⑤及時帶走切削熱,迅速均勻冷卻刀具和工件等;⑥防止機床和工件產生腐蝕和銹蝕;⑦提高切削加工效率,降低成本。為實現上述目的,要求水溶性金屬切液必須具備下列幾方面主要性能。

  冷卻性能。在金屬切削加工過程中,所消耗的能量,絕大部分(90%以上)都轉變成切削熱,它不但使刀具容易磨損,而且使工件容易產生局部燒傷或發暗,影響工件的表面的加工精度及加工質量。因此,要求水溶性金屬切削液必須具有良好的冷卻性能。
  潤滑性能。刀具在切削工件的瞬間,通常承受著極大的切削力作用,水溶性金屬切削液良好的潤滑性能可以減小刀具前刀面與切屑、后刀面與工件表面之間的摩擦與磨損,延長刀具的使用壽命,從而使工件獲得良好的加工精度和粗糙度;更重要的是減少切削過程中產生積屑瘤(即刀瘤)的機會。

  清洗性能。金屬在切削(或磨削)過程中,油污、細小的切屑、金屬粉末和砂輪砂粒等互相粘結,并粘附在工件、刀具和機床上,影響工件的加工質量,降低刀具和砂輪的使用壽命,影響機床的精度。因此,水溶性切削液應具有良好的清洗作用,減少細小的切屑及金屬粉末等的粘結以利清洗,同時迅速將細小的切屑及金屬粉末等及時沖走。
  防銹性能。水溶性金屬切削液在使用過程中大部分是水(約占80%-98%),為銹蝕的產生提供了有利的環境,而水溶性金屬切削液中的極壓劑和某些表面活性劑往往會加劇金屬的銹蝕;同時,水溶性金屬切削液必須具備一定的防銹性能,使工件在加工過程中和加工后的短時間內不產生銹蝕;同時,水溶性金屬切削液良好的防銹性能,也可保證切削液循環系統和機床內部不產生銹蝕及腐蝕現象,起到保養設備的功能。

  同時,因為水溶性金屬切削液的組成成分中含有如表面活性劑、基礎油、油性劑和殺菌劑等,以及其與水混合的應用方式特點,要求水溶性金屬切削液還必須具備良好的抗泡/消泡、抗菌性能,以及低毒/無毒性、硬水適應性和氣味柔和等特點。

  水溶性金屬切削液的選取
  選取金屬切削液,首先要根據切削加工的工藝條件及要求,初步判斷選取純油性金屬切削液或水溶性金屬切削液。通常我們可以根據機床供應商的推薦來選擇;其次,還可以根據常規經驗進行選取,如使用高速鋼刀具進行低速切削時,通常采用純油性金屬切削液,使用硬質合金刀具進行高速切削時,通常可以采用水溶性金屬切削液;對于供液困難或切削液不易達到切削區時采用純油性金屬切削液(如攻絲、內孔拉削等),其他情況下通常可采用水溶性金屬切削液等。總之,要根據具體切削加工條件及要求,根據純油性金屬切削液和水溶性金屬切削液的不同特點,同時考慮各個工廠的不同實際情況,如車間的通風條件、廢液處理能力及前后道工序的切削液使用情況等,來選取具體的切削液類型。

  其次,在選取了切削液類型后,還要根據切削加工工藝、被加工件材質及對工件的加工精度和粗糙度的要求等,初步選取切削液的品種。如選取磨削加工切削液時,我們不但要考慮普通切削加工的條件,更要考慮磨削加工工藝本身的特點:我們都知道,磨削加工實際上是多刀同時切削的加工工藝,磨削加工的進給量較小,切削力通常也不大,但磨削速度較高(30-80m/s),因此磨削區域的溫度通常都較高,可高達800-1000℃,容易引起工件表面局部燒傷,磨削加工熱應力會使工件變形,甚至使工件表面產生裂紋;同時,因為磨削加工過程中會產生大量的金屬磨屑和砂輪砂末,會影響加工工件的表面粗糙度等;因此,在選取磨削加工的水溶性金屬切削液時,我們更要求該切削液具有良好的冷卻性、潤滑性和清洗沖刷性。而根據工件材質的不同,在選取水溶性金屬切削液時也要從不同材質的不同特性選取不同的切削液產品,如切削高硬度不銹鋼,就要根據其硬度高、強度大、難切削等特點,選取極壓性能好的極壓型水溶性金屬切削液,來滿足切削過程中對切削液的極壓潤滑性能要求;而對于如鋁合金、銅合金等材質時,由于其材質本身的韌性大、活性大等特點,在選取水溶性金屬切削液時,則更要求切削液的潤滑性、清洗性等,同時,不能腐蝕工件。

  在上述初步選取了金屬切削液后,還應該從切削液產品對人身的刺激性/毒性、使用壽命、廢液處理、等方面綜合考慮,最終選取正確的金屬切削液的品種及使用濃度。在選取水溶性金屬切削液時,我們首先要考慮產品的低刺激性、低毒性,以確保操作人員的人身安全;同時,各個使用廠家都強調切削液產品的使用壽命的長短,都要求所選水溶性金屬切削液具有一個相對長的使用壽命,來滿足工廠降低綜合成本的要求,而且,較長的切削液使用壽命,不但降低了水溶性金屬切削液的使用量,更減少了換液次數,減少機床停機時間,降低了人工費用,以及減少水溶性金屬切削液的廢液處理次數和處理以及由此而產生的大量廢液處理費用;第三,隨著各國對環境環保要求的不斷提高,要求水溶性金屬切削液的廢液必須經過廢液處理并達到國家及地方的三廢排放標準,方可進行排放,因此,各工廠在選取水溶性金屬切削液時,也把其廢液處理難易程度列入選取標準之一。
  根據水溶性金屬切削液使用的特點,就使得任何一個水溶性金屬切削液產品在使用過程中都難免會出現一些問題;因此,各用戶通常還會把供應商的售后技術服務工作作為一個選取切削液產品的依據。所以,在選取正確的水溶性金屬切削液之后,我們要十分重視對使用過程中的切削液產品進行有效的維護及保養工作。通常,可根據水溶性金屬切削液使用條件、使用環境等的不同,確定一個合理的定期/不定期取樣檢測方案,通過取樣檢測分析,及時發現或預見使用過程中的切削液可能或已經出現的問題,及早加以處理或采取預防措施,避免問題的突出,給生產帶來損失。水溶性金屬切削液的維護及保養通常由切削液供應商的技術服務人員和用戶的現場技術人員共同完成,通常可以通過檢測使用中水溶性金屬切削液的:濃度、PH值、防銹性、切削液穩定性(靜置后浮油/浮皂量)、微生物含量(細菌、真菌、霉菌等)以及切削液的電導率(或總硬度)來加以評定分析,保證切削液的良好使用效果。

  同時,由于水溶性金屬切削液中通常都含有表面活性劑、油性劑、礦物油及少量水分,這要求水溶性金屬切削液的儲存周期不能太長;因此,為確保水溶性金屬切削液產品的新鮮,供應商的生產能力、供貨周期也應在水溶性金屬切削液選取時加以考慮。

  在金屬切削液的選取中,水溶性金屬切削液的選取因其使用特點則更顯重要。

  在國外,一些發達國家在進行水溶性金屬切削液的選取時,在滿足切削加工工藝要求的同時,更注重其對人身健康的危害、廢液處理和綜合成本等方面的選取;這一觀點逐漸被國內金屬切削加工行業所接受。根據這種情況,一些國外知名公司相繼在80年代后期將其優質的水溶性金屬切削液產品引進到中國,來滿足中國市場的要求。

  總之,在金屬切削加工過程中,必然要用到水溶性金屬切削液,為了我們的人身健康及對環境的保護,降低綜合成本而提高效益;我們必須從多方面考慮,綜合分析,選取更為適合的水溶性金屬切削液產品

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