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金屬切削液的選用

作者:歐益爾實業 日期:2012/1/4 16:05:15
導讀:大部分金屬切削需要使用切削液,甚至在可以正常進行干切削的作業,如果選用適當的冷卻潤滑劑也可增加工效。早在1883年,F.W.泰勒(Taylor)曾證明用沖洗刀具和加工…

   大部分金屬切削需要使用切削液,甚至在可以正常進行干切削的作業,如果選用適當的冷卻潤滑劑也可增加工效。早在1883年,F.W.泰勒(Taylor)曾證明用沖洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。
  
    金屬切削液的品種繁多。ASTM D2881把金屬加工用的液體劃為三類:(1)油和油基液體;(2)水基乳液及分散體;(3)化學溶液(真溶液及膠體溶液)。2類與3類之間的基本區別在于分散體的粒度和粒度分布。溶解油乳化液的平均粒度大于1μm,真溶液及膠體溶液的粒度范圍為20~40nm。膠體乳液(Ⅱ-C)代表了一種介于化學溶液 與溶解油的乳液之間的中間狀態,其粒度分布介于上述兩等級之間。這種劃分原則 基本上是一個理論性的區分,因為從典型的礦物油到不含油的化學溶液之間,可能存在著無限度的等級。

     近年來,金屬切削液的發展和變化主要是在水溶性液體領域(2、3類)。由于這類液體以水為基質,其傳熱速度高(水的傳熱速度為油的2.5倍)。等量的水吸收一定熱量后,比油的溫升要慢得多,從而提高了冷卻效果,且可減少油霧,因此水基切削液的用量增大。以英國為例,水基切削液在整個切削液市場中約占60%。但是水基切削液與油相比存在著潤滑性差,其次是銹蝕、膠體穩定性、化學穩定性、生物穩定性、可濾性、泡沫性等問題。這些問題對切削液在機床應用時的“油池壽命(Sump Life)”至關重要。合理選擇、應用、監控和維護,對使用水基切削液特別重要。

一、金屬切削液的成分與選擇

(1)、根據我國目前市場情況,切削液的主要成分如下。
油或油基液體:屬于ASTM D 2881分類中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C,習慣稱為切削油(也稱凈切削油),主體為礦物油,含或不含添加劑。
 乳液:屬于ASTM D 2881分類中的Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C,有時稱為溶解油。根 據礦物油含量和油滴粒度可分為3種: 粗乳液:含油65%~80%,油滴粒度 2~10 μm; 微乳液:含油40%~50%,油滴粒度<1 μm; 半合成乳液:含油5%~40%,油滴粒度約0.1 μm;
合成液體:含油或不含油,以溶于水的高分子有機物為主要潤滑劑。
化學溶液:不含油,屬ASTM D 2881分類中的Ⅲ。從以上成分來看,以切削油的潤滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液,如配制得當也有相當好的潤滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范圍最廣泛 。用于重負荷切削的乳化液要含極壓添加劑。合成液是乳化液的補充產品。這種液體常用在特定的用途上。某些合成液體在 使用中由于濃度增大,清洗性增強而導致損傷操作人員的皮膚和機床涂層。化學溶液是不含礦物油的水溶液。使用前用水稀釋,有良好的沖洗、冷卻效果 ,并應能防止接觸區域的銹蝕。這類液體主要用于研磨,功能在于清洗和冷卻,沒有潤滑性。切削液的選擇,首先要避免使用那些對機床、刃具和加工材料有害的液體。通 常,不含游離硫的硫化油適用于加工鋼材和銅材。而有些銅合金和高鎳合金,在硫 劑(特別是含游離硫)作用下會產生暗色斑痕。水基切削液的成分比較復雜,這是因為要顧及乳化系統的穩定,既要考慮諸成 分的HLB值,又要達到各項性能的平衡。由于切削液以水為基質,還應考慮諸成分的 水溶性或在水中分散的性質。
選擇切削液前應充分了解下列情況。
(2)、加工材料的性質


被加工的材料物理化學性質各異,反映在切削操作上就會有切削的難易和與切削液相容性等新問題。對較難加工的材料及其與切削液的相容性分別簡略介紹如下 。

 鋁:質軟,切割易粘切具。乳化液如堿性強,與鋁產生化學反應,造成乳液分層。應選用專用乳化液或石蠟基礦物油作冷卻潤滑劑。
黃銅:切削時產生大量細屑,易使乳化油變綠。含活性硫的油劑可使加工材料變色,如選油劑要有過濾設備。
青銅:剪切前產生顯著的塑性變形,可使乳化液變成綠色。如選油劑要有過濾設備。
銅:粘韌,切削時產生微細卷曲的屑,可使乳化液變成綠色,影響乳化液的穩定,在活性硫作用下生污斑。如選用油劑要配備過濾設備。
可鍛鑄鐵:切削時產生大量微細的具有化學活性的磨蝕性屑。這些活性細屑好似過濾介質,削弱了乳化液的活性,而且可生成鐵皂,使乳化液變為紅褐色,乳化 液的穩定性變劣。如使用油劑,必須用離心機或過濾器把鐵屑除去
鉛及其合金:易切削,可生成鉛皂,破壞乳化液的穩定。如使用油劑,對油劑有稠化傾向,要防止使用含大量脂肪的油劑。
鎂:切削時產生細屑,可燃。一般不使用水基切削液,可采用低粘度油作為切削液。
鎳及高鎳合金:切削時局部產生高熱,切屑可能燒結。可選用重負荷乳化液或非活性硫化油。
鈦:產生磨蝕性、可燃的切削,易發生加工硬化現象,應用重負荷乳化油或極壓油劑。
鋅:切削面不規整,難以取得良好的光潔度,與乳化液生成鋅皂,使乳化液分離,應選專用乳化液
(3)、加工工況


   刀具的作用是在主剪切區域把加工材料用強剪切力切除剝落。刀具的推進面和暴露的新鮮金屬面之間,由于強烈的附著作用使推進面受到高的應力。因切割剝落 的屑要移過刀具推進面,從而形成了第二剪切區域。在第二剪切區域產生的剪切作 用使刀具受到最大摩擦力。潤滑和冷卻作用在此時同樣重要。但屬于金屬去除的機械加工種類很多,又各有其獨特的工況。一般認為,在低速加工(螺紋切削、擴孔和 齒面切削)時,切削潤滑劑的主要任務是縮小推進面與屑的粘結,作為邊界潤滑劑。在高速切削加工時,切削液的主要作用是降低摩擦熱,帶走熱量。
那些切削液難以到達剪切區域的加工作業,給潤滑、冷卻造成很大的困難。通常對擴孔、齒輪切削(特別是滾齒)、深孔鉆和鏜孔、攻絲(特別是盲孔)、深套孔、 車螺紋加工要精心選擇適用的切削液。
(4)、油基和水基的特點


油基切削液指含添加劑的礦物油。水基切削液指乳液、合成液及化學溶液。籠統地說,低速重負荷切削需要充分的潤滑,通常選用極壓切削油劑。高速淺層切削 ,冷卻是首要的,一般選用水基切削液。有些極壓乳化液具有很好的潤滑和冷卻性 ,可以用于重負荷切削。一般的研磨加工,有時潤滑反而有害,故可使用合成液或化學溶液。加工材料、刀具材質、機床構造也是確定選用油基液或水基液的重要依據。
二、使用和維護


(1)、 配制(稀釋) 只有水基切削液需要配制,即按一定比例加水稀釋。水基切削液特別是乳化型 的,在用水稀釋時要注意以下幾個方面。
1、 水質 一般情況下不宜使用硬度超過400的水,因高硬度的水中所含的鈣、鎂離子會使 陰離子表面活性劑失效,乳液分解,出現不溶于水的金屬皂。即使乳化液是用非離子表面活性劑制成,大量的金屬離子也可使膠束聚集,從而影響乳液的穩定性。太 軟的水也不宜使用。用太軟的水配制的乳化液在使用過程中易產生大量泡沫。
配制乳化液的水的適宜硬度應為50~200。可用去離子水和未經處理的工業水混 配使用。我國幅員遼闊,切削液品種極多,因此在選購水基切削液之前,最好用當 地的水作調配試驗。一般禁止使用處理后的污水、含化學物質的水和二次水來配制乳化液。鍋爐用的軟化水也要慎用。
硬水地區的用戶可采用碳酸鈉法把水軟化后使用。軟化劑用量最好經試驗確定。要防止軟水后水的pH值過高。軟水劑使用過度會破壞乳化液的穩定。
2、 稀釋
切削液的稀釋關系到乳化液的穩定。切削液在使用前,要先確定稀釋的比例和所需乳化液的體積。然后算出所用切削液(原液)量和水量。
選取潔凈的容器,將所需的全部水倒入容器內,然后在低速攪拌下加入切削液原液。配制乳化液時,原液的加入速度以不出現未乳化原液為準。切削液原液和水 的加入程序不能顛倒。不要在機床的油池(槽)內直接調配乳液。
(2)、切削液的使用
切削液的使用效果,首先取決于正確選用適合加工工況的切削品種,以及合理地調配稀釋。但以下諸因素亦值得重視。
     循環液體總量
機加工過程中循環使用的切削液因飛濺、霧化、蒸發以及加工材料和切屑攜帶,不斷地消耗。這種消耗以a(攜帶值)表示。其定義是:為了維持機床油槽原有切削 液的體積,每月需補加切削液量,以原有體積倍數表示。例如,一個切削液循環系統的a=1,是指一個V為20 m3液體循環系統,每月需補充稀釋后的切削液(或 油)20 m3。歐洲汽車工業機加工的a值為1~1.5。個別切削液循環系統可低至0.25 ,即原來投入的切削液,假設不進行補充,4個月就會被攜帶完,也有高達a=4的。
攜帶值a與加工材料的形狀關系很大。攜帶值a無疑與機加工費用相關。但攜帶 值太小會增大切削液的維護費用。每立方米冷卻劑一年的總費用K為:
K=k1+k2+k3(元/m3•年)
式中,k1為變換冷卻劑的費用(原液+水)、廢冷卻液排放費用(勞力、清洗、 充入水以及停工時間);k2為攜帶值費用(液體因工件、切屑攜出的損失及液體霧化、蒸發的損失);k3為冷卻劑的維護費用。從上式可知,攜帶值過大或過小都會增大費用。
冷卻液的逐漸消耗,使循環系統的液體減少,液體溫度上升甚至過熱,冷卻效力下降。冷卻效力下降會影響加工件的精度,并使刀具硬度下降。切削液溫度升高 會加劇液體的霧化和蒸發,污染車間環境,進而增大液體消耗,形成惡性循環。通 常機床的液槽(油槽)如處于半滿狀態就不能發揮液體的應有功效,而且液體易變質 。
當使用油劑切削液(凈切削油)的溫度過高,危害更為嚴重。凈切削油的冷卻能 力較低,且多用在那些難加工、發熱量大的切削中。油槽內凈切削油超溫不但具有 前述危害,還可能導致添加劑分解(分解可能產生有害物質),損壞機床、加工材料和刀具,惡化環境。特別是含大量氯化物添加劑的凈切削油,大多用于苛刻的機加 工,產生的熱量大。這時油槽應增多充油量,以增加熱容量。

    切削液的流量
一般的機加工應保證壓力、大流量。鏜深孔和空心桿刀具可采用高壓噴射冷卻液,以利于把切屑沖刷出來。有些中低碳鋼和鈦材的鉆孔加工采用脈沖式注射冷卻 液更有利,但要注意適合油泵的性能。苛刻的加工所使用的含氯凈切削油,要加大流量。
流量的大小可用循環系數f表示。定義是每小時循環量為總容量的倍數。切削液循環系統的溫度、泡沫、污染物含量對f都有影響。

     油嘴形狀
油嘴的形狀應適合被加工件的形狀和大小,以及刀具種類和操作程序。良好的油嘴應使切削液一直保持液流平坦,使加工件各部分充分浴于液體內。油嘴形狀要按實際效果來調整,基本要求是使最需要冷卻和潤滑之處得到足夠的冷卻液。

     泡沫
水基切削液和凈切削油在使用中會發生泡沫過多的問題。泵速過大會造成液體湍流,或者油管阻力形成噴射會增大液體的泡沫。特別是水基切削液的泡沫性是其 主要性能指標之一。
不同性質的切削液相混(如凈切削油與乳化液相混)也會使泡沫增多。機床變更 切削液前要洗凈油槽和循環路線。此外配制乳化液時要避免激烈攪拌和空氣攪拌。
過度軟化的水和含堿的水會增加乳化液的泡沫。流體循環泵密封不嚴也會增大液體的泡沫。泡沫的危害使冷卻潤滑液失效和油槽容積的浪費。泡沫嚴重的冷卻液 會造成機床、刀具和工件損壞。

     機床的密封
經常檢查機床的軸封(特別是用乳化液作為冷卻劑時),防止切削液串入機床齒 輪箱、床頭箱或其它密封的傳動機構內。乳化液如果進入礦物油潤滑系統將使機床 磨損。含極壓劑的凈切削油串入機床傳動或液壓系統,危害較小蕪湖歐益爾實業有限公司,是一家從事安徽BP嘉實多潤滑油銷售的專營公司。現為碧辟(BP)、嘉實多(Castrol)品牌工業潤滑油、切削液、船舶潤滑油安徽地區一級經銷商,同時還代理昆侖潤滑油,聯系電話0553-5856517



 
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