金屬切削液的作用原理_切削液市場現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
世界機械制造工業(yè)是以切削、磨削與鑄鍛造三大加工工藝為主要支柱的。其中切削加工的應(yīng)用比例最高,約占機械加工總勞動的30%～40%,金屬切削液約占整個金屬加工液總量的52%。近年來,金屬切削加工技術(shù)發(fā)展迅速、日新月異,要求與之配套的切削液不斷更新?lián)Q代,以適應(yīng)機床切削的要求。下面就由宜興華青潤滑材料科技有限公司(http://www.0510hq.cn)與大家一起從切削液的作用機理、研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景三個方面進行探討、學(xué)習(xí)。
1 切削液的作用原理
切削液與一般潤滑油使用狀態(tài)不同,一般潤滑油是處在反復(fù)移動的不變的摩擦面之間,盡管有時壓力很大,但容易形成潤滑膜。而切削液是時時接觸切削所形成的新鮮表面,加工面連續(xù)發(fā)生彈性變形,因而刀具與被加工面間所承受的壓力,要比一般摩擦狀態(tài)大得多。另外,切削時除外摩擦熱之外,還有刀具與切入金屬內(nèi)部分子的內(nèi)摩擦熱(剪切面應(yīng)力變化產(chǎn)生的熱),因此切削區(qū)可達到600～800℃的高溫,這就要求切削液除有良好的潤滑性能外,必須具有良好的冷卻性能。由于在切削加工時產(chǎn)生大量碎屑和磨粉,會影響刀具和磨料的性能,因此切削液還需要有良好的清洗和排屑作用。此外,為了使工件在加工和短暫的工序間不生銹,以及與切削液接觸的機床和刀具不生銹,要求切削液具有良好的防銹作用。
1.1 潤滑機理
金屬切削加工,多數(shù)屬邊界摩擦。在切削高溫高壓條件下,切削液中的某些添加劑與刀具和工件發(fā)生物理吸附和化學(xué)吸附或發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成低剪切強度的潤滑膜。切削液是通過滲透、潤濕,建立潤滑膜,改善摩擦狀態(tài)來實現(xiàn)潤滑的。
1.2 冷卻機理
切削液的冷卻作用是將產(chǎn)生的切削熱迅速地從切削區(qū)帶走,以降低刀具的最高溫度,延長其耐用度;減少工件的熱變形,減少其產(chǎn)生的熱應(yīng)力,從而提高加工精度。其冷卻機理是通過滲入切削摩擦和變形區(qū)(熱源)的切削液來實現(xiàn)散熱冷卻的。切削液的冷卻作用取決于它本身的導(dǎo)熱性能、對金屬表面的潤滑性和供液方式。
1.3 清洗排屑機理
切削中加入的某些表面活性劑,對工件表面的油污潤濕、滲透、乳化和分散,降低油污在金屬表面上的附著能力,并借助切削液的流速和壓力將碎屑、磨粉和油污等沖走。114 防銹機理 切削液中的防銹添加劑,通過吸附在機床和工件表面形成保護膜隔絕外界環(huán)境,或通過增強切削液的堿性(在使用時切削液的pH值應(yīng)保持在8～10之間,通常用碳酸鈉或三乙醇胺調(diào)節(jié)切削液的pH值),避免產(chǎn)生腐蝕反應(yīng),達到防銹目的。
2 切削液的研究現(xiàn)狀
目前國內(nèi)使用的切削液主要是油基型切削液,其中含有硫、磷、氯等極壓抗磨添加劑。以前考慮了用動、植物油或兩者的混合油再加入潤滑劑,但由于動植物油容易腐敗變質(zhì),粘附在金屬表面不易清洗,目前應(yīng)用越來越少。當前國外有人采用被稱為惰性極壓劑(PEP)的油溶性磺酸鹽作為油基型金屬切削液的添加劑。總的來說,油基型切削液的潤滑性好,但其存在發(fā)煙、產(chǎn)生有毒氣體、冷卻性差和消耗較多等缺點。
1999年作者對安陽鋼鐵公司進行了考察,發(fā)現(xiàn)該公司引進的最新設(shè)備(從德國引進)都用了水溶性切削液。目前,國內(nèi)切削液研究人員都在研究一種既 有優(yōu)異潤滑性,又能符合國家標準,通過生物降解對環(huán)境無公害的金屬切削液。
3 切削液的發(fā)展趨勢
從切削液的作用機理和研究現(xiàn)狀,大致可以看出其發(fā)展趨勢,主要有以下幾個方面:
①將納米材料加入油中,或?qū)η邢骷庸さ慕饘偌{米化處理、微金屬滲透技術(shù)處理等手段,來提高金屬切削液的性能;
②用微乳化方法對油基型切削液添加劑進行處理,提高切削液的環(huán)保性能,增強它的實用性;
③向水基型金屬 切削液方向發(fā)展。
下面著重談?wù)勊邢饕旱陌l(fā)展問題。
(1)金屬切削液正逐步向水基方向發(fā)展,英國油基切削液的需求從1979年占60%降到1990年的42%,而水基切削液則從38%上升到58%,另外,為滿足環(huán)保和健康法規(guī)的要求,水基切削液正向無氯、無酚、不含亞硝酸鈉及使用壽命長,處理費用低的方向發(fā)展。
(2)水基切削液是將濃縮液用大量水稀釋后使用,因而不會產(chǎn)生油煙和引發(fā)火災(zāi)。水的比熱容大,熱導(dǎo)率高,汽化熱大,是非常優(yōu)良的冷卻劑,且成本低廉。另外,加工后的脫脂清洗也比較簡單。和油基切削液相比,它的潤滑性、防銹性稍差,且易受細菌影響,發(fā)生腐蝕,排放后處理費用大。近年來,隨著潤滑劑、防銹劑和抗銹劑和抗菌劑等研究的深入和排放后處理工藝技術(shù)的完善,水基切削液在越來越多的場合取代了油基切削液。水基切削液分為乳化液、半合成液和合成液三種,它們的性能特點見表1。
(3)水基合成切削液是由各種水溶性添加劑和水 組成,在其成分中完全不含礦物油。使用時用一定比例的水稀釋后,形成透明或半透明的稀釋液,具有極好的冷卻和清洗作用、易過濾和循環(huán)使用、使用期 長、環(huán)境衛(wèi)生好等優(yōu)點。配制1000kg乳化油,需用600～800kg機械油,除了造成能源浪費外,還會污染環(huán)境。因此,采用水基合成切削液可以大量節(jié)約能源,并減少對環(huán)境的污染。根據(jù)水基合成切削液的性能和用途,大致可以分成以下四種類型:普通型、防銹型、極壓型和綜合型水基合成切削液。
從表1中可以看出在三種水基切削液中,除了潤滑性較差外,合成液的性能優(yōu)勢是很明顯的。制約水基合成切削液發(fā)展的重要因素就是如何提高其潤滑性能,亦就是水溶性潤滑添加劑的研究問題。無論是從經(jīng)濟性,還是環(huán)境保護的角度出發(fā),發(fā)展水基合成切削液是一種必然趨勢。隨著國內(nèi)外對水溶性潤滑添加劑研究的逐步深入,合成液潤滑性能的提高,必將使合成液有更大的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用前景。
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