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微乳化液的应用

时间: 2011-07-09 13:03 来源: 作者: 郑工科技公司 杨金晓 郑家敏 苏晓峰点击:
在金属切削过程中,因被加工的金属发生变形,刀具与切屑、刀具与工件间不断摩擦而产生切削力和切削温度,严重地影响了切削效率、加工质量以及刀具的使用寿命。因此,如何减小切削力和降低切削温度,是切削加工中的一个重要问题。实践证明,合理选用,可以提高加工效率、降低已加工表面粗糙度、延长刀具寿命等。

按切削液的性质划分,切削液可分为纯油性和水溶性两大类。水溶性切削液根据成分的不同,又可分为乳化液、半合成液(微乳化液)、合成液三种。微乳化液是介于乳化液和合成液之间的新型切削液,是继乳化切削液、合成切削液之后,水基切削液的新一代产品,它是微乳化油经水高倍稀释后形成的微乳状、半透明的液体。微乳化液克服了乳化液易腐败、清洗性能差及合成切削液侵蚀机床漆面、润滑性能差等缺陷,避免了油污污染、发霉变质等弊病,综合了乳化液和合成液的优点,有油性、水性双重的极压、润滑、冷却、防锈和清洗能力,是新一代的理想机加工润滑冷却介质。

原理及应用

(1)原理 在金属切削加工过程中刀具与工件之间的关系十分复杂,因不同的切削过程也存在着很大差异,但其润滑过程中的特征基本相似。在金属切削过程中主要存在着三种变形区:(如图)第Ⅰ变形区,被切削金属层在刀具的作用下发生塑性变形,产生剪切滑移。第Ⅱ变形区,切屑沿前刀面排出时,进一步受到前刀面的挤压和摩擦,使靠近前刀面处的金属纤维化。第Ⅲ变形区,已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压、摩擦和回弹,造成纤维化加工硬化。

从这三个变形区来看切削液几乎不可能进入第Ⅰ变形区,有可能进入的是第Ⅱ、第Ⅲ变形区。切削液通过切屑与前刀面之间,及切削刃与工件表面之间存在的微小间隙渗透到变形区,在刀具与切屑、刀具与工件的表面上形成吸附薄膜,呈边界润滑状态,它减小了前刀面与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦和变形,起到了润滑、冷却的作用。因此,切削液的选用是极其重要的,其润滑性、冷却性及清洗性是机械加工中要求具备的基本性能。

根据加工的不同,选用的切削液的性能也有其侧重点,如在用丝锥攻螺纹时,一般情况下侧重于切削液的润滑性能;但在加工盲孔螺纹时,切削液的清洗性及加工后清除的难易程度则又极其重要;而在磨削加工过程中,则侧重于切削液的冷却及清洗性能等。因此,在选用切削液时必须慎重,要根据不同的加工方法、零件材质等方面来全面考虑。而微乳化液在润滑、冷却及清洗等各方面综合的优良性能,为我们选用切削液时节约了很多挑选的时间。下面就我们在微乳液在攻螺纹加工及磨削加工等方面的应用情况做简介。

(2)在攻螺纹加工中的应用 通常,攻螺纹时使用的是一种纯油性、糊状的切削液,即白厚漆+适量的机油或煤油制成的切削液,俗称“铅油”,攻螺纹时需要不断的将铅油涂抹到刀具(丝锥)上。由于铅油的形态,决定了铅油的冷却、清洗能力严重不足。在实践中我们知道,用铅油作切削液,尽管攻螺纹质量能满足设计要求,但生产效率低,切屑清除困难,而且铅油容易粘附在螺纹表面,清洗十分困难,对加工大型零件上的螺纹盲孔,困难尤其严重。

为解决这一难题,用水溶性切削液代替铅油,是我们考虑的一个办法。为此,我们实验了不同厂家生产的多种合成切削液,但均不甚理想。合成切削液虽然有良好的冷却、清洗功能,但润滑性能差,导致攻螺纹质量不能满足设计要求,并且刀具寿命也较低。铅油或合成切削液两者各有优缺点,攻螺纹时用这两种切削液,很难将它们的优点统一起来。

后来,我们用微乳化液作为切削液进行攻螺纹试验。经过多次试验比较,我们筛选出合适的切削参数,并与微乳化液生产厂家协商,调整原液配方和切削液配比浓度后,加工的螺孔质量比用合成切削液时的加工质量显著提高,完全达到设计质量要求。使用铅油及微乳化液切削液加工螺纹孔的实验结果对比如表1、表2。

表1

注:材料ZG310-570 螺纹孔M12-7H 深25mm(盲孔)
丝锥M12-H2 机床Z3040

表2

注:材料 ZG310-570 螺纹孔 M20X1.5-7H 深40mm(盲孔)
丝锥 M20Xl.5-H2 机床Z3040

从以上两表的统计结果可以看出,用微乳化液作为攻螺纹的切削液,在加工效率、清洗性能等方面,比用铅油作为切削液时的性能有明显的改善,在大批量加工螺纹孔,特别是盲孔螺纹时,用微乳化液作为切削液,应该得到大力推广应用。

(3)微乳化液在磨削加工中的应用 我公司磨削使用的切削液,一直沿用的是乳化油+水稀释后形成的乳化液。该切削液从热力学观点看属于不稳定体系,易腐败生菌,使用期短,同时对水的要求较高,遇硬水或水中电解质含量过多时,乳化液稳定性会降低,甚至破乳影响使用。微乳化液从热力学观点看属于稳定体系,不怕硬水,稀释水可含有较多电解质,不易生菌,使用期长。我们与微乳化油生产厂家又合作配制了适用于磨削加工的微乳化液,其润滑、冷却、防锈及冲洗性能均达到要求,特别是在加工中心、数控车床等机床上微乳化液的应用已经取得了很好的效果。

注意事项

微乳化液是介于乳化液和合成液之间的切削液,有其特殊性,在使用时需要注意以下问题:

(1)配液前应将水箱、管路清洗干净。
(2)按规定比例配制。
(3)不同牌号、不同厂家生产的微乳化液不要混用。
(4)不能与乳化液混用。
(5)补充液体时,应将水和微乳化油按比例配制好后再补充,禁止只加水不加原液。
(6)微乳化液不得用于润滑、冷却采用同一系统的设备,仅能用于润滑、冷却分离的设备。
(7)应定期更换。当觉察到有恶臭气味、或微乳化液分层、变色时应更换新液。
(8)微乳化液呈弱碱性,皮肤呈弱酸性,其中的表面活性剂对皮肤有脱脂作用,所以长期接触会使皮肤变得粗糙、干燥,故应注意加强劳动保护。

结语

目前国内水溶性润滑添加剂的研制缓慢,制约了合成液润滑性能的提高;而微乳化油中,水溶性添加剂和油溶性添加剂的使用提高了它的润滑性,同常用的乳化液相比,其渗透、清洗能力要大大增强,并且价格适中,因此微乳化液的应用会越来越广泛。

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