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延长金属切削乳化液寿命的途径

时间: 2011-07-02 02:00 来源: 作者: 上海市机电设计研究院 汪星 点击:
1 乳化液的化学性能

乳化液的种类及特性

乳化液根据其不同的原液可以分为乳化油、合成乳化液和微乳化液。乳化油由乳化剂、矿物油、油性剂、防锈剂等组成。其中油性剂作之用,防锈剂有利于改善加工件的短期防锈,矿物油的存在是作为油性剂、防锈剂的载体。乳化油由于其组成是个多相体系,兑水后的乳化液是个热力学不稳定的体系,导致分散相颗粒直径随分子运动而增大,造成析油、乳皂,油皂覆盖乳化液表面,溶液因“呼吸”不畅而变质发臭。

合成乳化液因其含有有机水溶性润滑油和防锈剂,不含矿物油,不受相平衡值的限制,所以性能稳定,使用周期长,和乳化油相比更清洁,冷却性能也好。但也有缺陷:

缺乏矿物油及其乳化平衡性,使配制后的乳化液清洗性能变差,且易造成机床导轨面生锈;
只引入了单一的水溶性类防锈剂,难以满足工件的防锈需要;
由于其润滑剂也是单一的水溶性润滑油,难以适用于高光洁度表面,因此其最终不能全部取代乳化油。

微乳化液利用相平衡技术,合成相应的油性剂、极压剂、乳化剂,同时添加适量的矿物油、水性防锈剂和油性防锈剂等,充分发挥了各种成分的协同效应,使微乳化液具有良好的自消泡性能和防锈性能,又由于微乳化液同时含有连续相、分散相的油性剂,极压剂,故能有效满足各种加工的需要,其实用功效显著。但是其价格相对昂贵,不适用于大量使用和集中处理。

乳化液的主要功能及其影响因素

乳化液的主要功能有冷却、润滑、防锈等,不同的化学性能对其功能都有一定的影响。冷却功能主要是冷却工件和刀具,减少工件变形,提高加工精度,延长刀具寿命,进而能加大切削速度和进给量,提高生产率。水基的合成乳化液冷却性能相对较好,但如受杂油、污垢污染或有油乳析出,会降低冷却性能。冷却性能还和乳化液系统的设计,如乳化液流量、施加方式和系统容积等有关。

现有的乳化液中均加有各种润滑添加剂,如脂肪酸油、酰胺酯、聚合物等,它们可起到边界润滑、极压润滑的作用,能有效降低工件、切屑和刀具之间的摩擦,提高加工精度和表面光洁度,延长刀具寿命。

乳化液的防锈功能主要来自配方中的有机胺盐或无机盐类防锈添加剂及钝化剂,它对工件的防锈保护仅为工序间的防锈,一般为一周左右,并视环境温度和湿度而不同,此外也防止机床的锈蚀。乳化液有一个最低防锈粘度,它视产品而异,一般约4%。如配液中的Cl-含量较高,则Cl-会穿透金属表面钝化膜,造成工件点蚀,此时应适当提高其使用浓度。

2 乳化液的处理系统

乳化液的处理系统有两种:集中循环系统和单机循环系统,本文着重论述集中循环系统。集中循环处理乳化液的系统,其性能指标易于控制,质量易于保证,使用寿命延长。处理系统可保证整个生产线,乃至整个车间乳化液供应的稳定,提高加工质量和劳动生产率,同时集中循环系统可相对改善工作环境,废液与切屑的集中处理,可节省人力和物力,降低劳动力成本。

系统组成与流程(见附图) 一个典型的乳化液集中循环系统由液槽、过滤、维护、管道、配液、电气自动控制等子系统组成。乳化液由管道通过车间内供液系统输送到机床或自动线,并将切屑冲到回液系统,在压力喷嘴的作用下,切屑和乳化液混合体经架空或地下管道系统流回液槽。在液槽系统中的乳化液先进行粗过滤,较大的切屑由刮板输送机送到集屑箱内,然后乳化液再由送入过滤系统进行精过滤,两次过滤后的再生净液重新送回车间。

主要子系统功能剖析 乳化液集中处理系统的核心是过滤系统。目前用于乳化液集中过滤的形式很多,有沉淀、磁性过滤、缝隙式过滤、重力纸带过滤、正压纸带过滤、负压纸带过滤、涡旋分离等,还有用这些形式组合进行的多级过滤。在各种形式中,沉淀与缝隙式过滤精度低,却能满足大流量的使用要求。涡旋分离过滤精度高,但不能满足大流量的需要。常用的集中循环系统均采用先沉淀过滤,再进行正压或负压纸带过滤的两级过滤形式,这样就兼顾了过滤精度和过滤量。

集中循环系统的另一个优点是采用了压力、流量的自动控制。为了保证整个系统乳化液供应压力和流量的稳定,在供液管路上设置压力、流量自动控制系统。系统由压力传感器、流量传感器、电动蝶阀以及PC控制器组成,当车间内使用乳化液的设备数量变化时,管道中的压力也产生变化,压力传感器就会发出信号,信号通过控制器反馈到安装在旁路管道上的电动蝶阀上,蝶阀将自动调节开启度来调节流量,使车间管道系统内的压力稳定。

配液和维护系统是集中循环系统必不可少的辅助系统,也是延长乳化液使用寿命的保障系统。配液系统由配液槽与配液泵及相应的管道和调节阀组成,可根据设定的数值,按5%~13%的浓度进行自动配液。维护系统包括增氧装置、除油装置、高压清洗装置等,可对液槽中的乳化液进行定期增氧、去除油污等,以抑制厌氧菌的生长以及避免油污对乳化液的腐蚀。在液槽换液时,应及时清洗液槽,尽量避免残留细菌的污染。

3 乳化液的维护管理

维护管理乳化液的目标是使其pH值、浓度配比、含菌量等技术指标均在设定的范围内,从而达到延长使用寿命的目的。根据我院在不同企业的实践证明,性能再好的乳化液,如不注意日常的维护管理,也不能长期保持其性能,反而会缩短使用寿命;而性能一般的乳化液,如注意维护管理,也能长期保持其性能。

乳化液的维护管理包括:日常维护和定期维护。

日常维护要求每天都要对水质、系统清洁度、系统液量进行检测。配液可以用自来水,但硬度为150ppm左右。系统清洁度的保持对乳化液的性能稳定十分重要,系统清洁主要是除油污,因此每天都必须进行清洁。由于生产过程会带走部分乳化液,所以每天要及时补充,使系统总液量不变。补液时应注意倒入液槽的位置要低、速度要慢。此外,在较长的停止使用期间(如双休日和国定假日),乳化液系统仍需定时循环、搅拌或通入空气,或加杀菌剂、补充添加剂等,以防止乳化液中厌氧菌的大量繁殖,导致乳化液变质。

定期维护,要求定期检测乳化液的pH值、浓度、细菌含量等,如有变化及时采取相应的措施。乳化液pH值一般为9.0,呈碱性,以防止机床的锈蚀,同时也为了控制细菌和真菌的滋长。使用中乳化液的pH值会慢慢降低,所以必须及时加入调整剂。一般乳化液的常用浓度范围为5%~13%,浓度过高泡沫多,成本也高,剌激皮肤,冷却性差;浓度过低则防锈性能、抑制细菌能力和润滑性都变差。导致浓度下降的原因很多,如水硬度高、乳脂和油脂析出、细菌污染、乳化剂消耗、冷却液不稳定等,视情况及时补加新液,并添加杀菌剂。应规定每2周测一次细菌含量,细菌繁殖会消耗掉乳化剂,使油脂和乳脂析出,乳化液浓度和润滑性能下降。亲氧菌呼出CO2,使乳化液pH值下降。防锈性能变差;厌氧菌会产生H2S,产生臭味。合成乳化液虽不易滋长细菌,但有真菌滋长。当细菌数≥105/ml,或pH值、浓度有较大变化时,必须加原液或杀菌剂调整。

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