金属加工切削液工程分析

优胜编程龚老师

金属加工切削液工程分析:



传统的油基切削液成分复杂，由油、洗涤剂，润滑液和其他可能具有毒性的成分组成。切削液制造商开发出复杂添加剂和基于可回收配料的新配方延长其使用寿命，并且比传统油基产品更加安全，需要更少的人工。新里的切削液必须能够防止生物和化学反应，它们可能改变其化学成分从而不利于环境和降低自身稳定性。并且，金属加工过程中所使用的其他流体和润滑液都转变为与冷却液更加兼容，以降低杂质油的风险。
防止雾化的添加剂

在对刀具和移除的切削屑进行冷却与润滑时，切削液不可避免会以雾状小颗粒进人空气中。雾化与很多因素有关，高的切削压力和加工速度，高速旋转的刀具与工件的几何形状，切屑的形成，油的品质和油压比等。未定义切边的加工工艺，例如磨削．会产生大量的油雾。当切削能转化为热能使会释放出大量能量，所以刀具和零件都变得非常热使切削液部分汽化。
根据所选择的添加剂减少油的雾化，通过选择不同基油可以减少汽化。例如，一家汽车制造商通过测试不同种类基油产品，可以将其齿轮箱加工过程中的汽化减少70%。
先进的化学添加剂有助于减少切削液通常具有的对健康和安全的危害。“这些发展包括通过干预使油基或合成切削液更加无害，经创新，改进添加剂的合成切削液，以及自乳化植物油，”Lubrizol Corp.(www.lubrizol.com)的金属加工市场经理Joe Pumhagen说。
以往，与加工中油雾挥发相关的打扫和安全危害都由机械手段来进行控制，如复杂的通风和过滤系统．最近．引入化学干涉手段来抑制油雾。
金属加工切削液通常希望更长的使用寿命，因此，防止雾化的品质在整个寿命期内都应当为恒定，这泥要使用更高降解稳定性的防雾化添加剂。
最早的减少雾化的化学干预剂是高分子聚合物添加剂，稳定切削液并抑制雾化形成。油基切削液通常使用聚异丁烯作为防雾化添加剂。水基则采用聚乙烯氧化物(PEO)。由于PEO降解的敏感性，盖要重复的添加PEO以确保雾化的减少。
已经开发出新里降解稳定聚合物能够克服PEO产生的降解。源自2-丙烯酸胺-2-甲基丙磺酸的单聚合物保证可循环水基切削液更长时间用的优异性能。“所有减少雾化的化学剂应该与机械解决方案同时使用，如油雾收集器，提高通风和空气过滤。当从空气中去除大最的杂质时．化学性减少雾化可有减少相关装置的压力，延长使用寿命增大投资回报，”Purnloagen说道。
杀虫剂是另外一个使切削液安全的可选方法。该化学剂杀死金属加工过程中喜欢潮湿、高温环境的微生物。
合成切削液和植物基切削液

由于工人和制造商对健康安全和环境危害的关注，现在合成切削液的策略是使其更加安全。这些切削液分为两大类：使用可回收原料，如植物基，和含化学成分诸如酯、碳氢聚合物和聚二醇羟基。植物基油是最常见的可回收合成液，可代替传统切削液。它们满足标准工艺指标，并且有植物基配方的所独有的优点．如优良的润滑性，高薄膜强度(更好的与金属的黏结性)以及高闪点高燃点。例如，一家工厂将其经常使用的闪点约为350°F到400°F(约合177～204℃，切削技术网站注)的直馏油换成闪点约为640°F(约合338℃，切削技术网站注)植物基切削液后获得更佳的热消散，加工时产生更少的烟雾和更长的刀具寿命。
合成切削液的生态优势众所周知。由于酯和植物合成物都具有极性，它们天然的与金属表面相互吸引，和无极性的油基切削液相比，能够使合成切削液更有效的润滑。例如，在磨削加工中，生物基水水乳冷却液的超级润滑性使每年所使用砂轮成本减少的40%，节省了58%更换砂轮的人工成本。象油基切削液，合成切削液在主要的方面都有高效的特点，通过添加特定增强性能的化学成份，如防腐蚀。
生物基的切削液比油基切削液相比，不容易产生操作人员的皮肤过敏和皮炎．切削液配方中一些植物种子结合液态蜡酯，与人类皮肤表面的油几乎相同，对操作人员的皮肤城有润滑并有益。
有两个困难限制了生物基切削液的使用。首先，它们的成本高于油基产品，然而成本的差异正在缩小。实际上，从季节变化的来看，植物基产品的成本低于油基产品。
第二个是关于乳化的配方难题，但更新的植物基切削液能够自乳化。稳定、植物基的合成切削液能够减少金属加工环境的影响并保持甚至增强其润滑性。
开发半合成切削液——配方中含油成分为10%到40%——是产生更稳定切削液的另外一个方法。这种切削液综合了油基切削液的润滑性和合成切削液的冷却性能。“防止生物，半合成切削液不会由于生物活动腐蚀，可产生更清洁的零件和设备，更少的雾化，更稳定的刀具性能和更少的产生皮炎的风险。”Henkel Corp.(www.henkelna.com)的技术服务经理说，“我们己经开发出了能和全合成切削液具有相同阻止杂质油性能的半合成切削液产品。”
多功能切削液

加工操作中所使用的其他液体不可避免会进入切削液成为杂质油，如液压油和导轨润滑油。消除杂质油影响的方法之一是使用多功能油。这些产品延长了冷却液的寿命，由于其即使包含了杂质仍然能够保持其性能。多功能的概念是防止由于这些液体流入积液槽而产生性能的损失，在所有加工过程中使用的液体都含有与冷却液相同的添加剂。例如，在一个引擎加工厂所有加工操作均使用一种多功能油，其黏度为40℃时10mm2/s。设备的液压部件使用含有相同添加剂的更高黏度的多功能油品。