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金属加工液在模具制造中的试用

时间: 2011-07-12 06:05 来源: 作者: 点击:

随着模具工业技术的不断发展和进步,新材料、新工艺不断涌现,在模具加工过程中选择合适的切削液对於保证产品加工质量,提高加工效率,减少环境污染都是至关重要的。

金属加工液最基本的功能是润滑、冷却、排屑、防銹 。这四个性能不是完全孤立的,既有统一面,又有对立面。如切削油的润滑、防 性能较好,但冷却、清洗性能差;水溶液的冷却、洗涤性能较好,但润滑和防 性能差。

一般认为,在低速重负荷切削加工(螺纹切削、扩孔和齿面切削)时,需要充分的润滑,通常选用极压切削油剂,切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结,作为边界润滑剂。在高速浅层切削加工时,冷却是首要的,一般选用水基切削液——它的主要作用是降低摩擦热,带走热量。那些切削液难以到达剪切区域的加工作业,给润滑、冷却造成很大困难。通常对扩孔、齿轮切削(特别是滚齿)、深孔钻和镗孔、攻丝(特别是盲孔)、深套孔、车螺纹加工要精心选择适用的切削液。

实践证明,选用合适的金属加工液,能降低切削温度60~150℃,降低表面粗糙度1~2级,减少切削阻力15~30%,成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命,并能把铁屑和灰末从切削区冲走,因而提高了生产效率和产品质量。


图1 金属加工液在生产中的应用
在模具加工过程中,刀具的作用是在主剪切区域把加工材料用强剪切力切除剥落。刀具的推进面和暴露的新鲜金属面之间,由於强烈的附着作用使推进面受到高的应力。因切割剥落的屑要移过刀具推进面,从而形成了第二剪切区域——该区域产生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。在此时,润滑和冷却作用的重要性同时凸显出来。值得注意的是,金属去除类的机械加工种类很多,又各有其独特工况。

下文将聚焦金属加工液在三种具体加工方式中的应用,并结合本刊对壳牌(Shell)和德国欧海(OEL- HELD)两家公司的用户采访报道,说明金属加工液的具体应用和性能要求。

电火花加工

壳牌公司旗下的万安EDM110和130是优质火花电蚀加工油 (见表1,转下页),采用高精度炼且芳香烃含量极低的石蜡基基础油制成,绝缘性好,产品加工精度高,使用寿命长,对皮肤刺激小。其中,前者粘度中等,适合火花电蚀加工;後者粘度较高,适合火花电蚀较高精度加工。这两种产品还可作为刀具研磨油使用。

表1 壳牌万安EDM 110/130火花电蚀加工油当前产品典型值

壳牌万安EDM110 和壳牌万安EDM130具有一些相同的特点:①粘度低,对工件和火花塞有极好的清洗作用;②带屑性好,延长电极使用寿命;③绝缘性好,高介电强度,④表面加工精度高,加工表面粗糙度可以低至3微米至更低;⑤高闪点,可减少机内发生火灾的危险;⑥高沸点,最大限度减少挥发损失,防止因挥发损失导致油粘度升高和加工精度下降;⑦良好的热稳定性和氧化稳定性,且使用寿命长,不易氧化变色;⑧无色无嗅,有助於用户观察火花塞加工过程的情况;⑨良好的过滤性,快速清除加工过程中产生的细屑;⑩芳烃含量极低,对皮肤刺激作用小,对人体无害。
用户感言

壳牌金属加工油/液性能优异,产品使用周期较长。对此,比亚迪精密制造有限公司设备部张启波深有体会。

据张启波介绍,比亚迪精密制造是华南地区前三大模具制造基地之一,其设备部拥有几百台知名品牌机床。该公司目前所使用的壳牌火花电蚀加工油,周期已经超过3年半,并且无变色变味现象。如此长的使用寿命,使得比亚迪公司不仅降低了油品采购成本,且有效减少了因为换油而造成的设备停机时间,实现了生产效率的提升。

不仅如此,使用壳牌火花电蚀加工油,对比亚迪公司的生产安全也提供了有效保证。比亚迪的技术人员曾做过这样一个试验—用布条浸沾壳牌火花电蚀加工油,然後试图点燃,但经过多次试验,布条始终无法燃烧。由此可见,与其他煤油类火花电蚀加工油相比,壳牌火花电蚀加工油的性能稳定,是安全生产的可靠保障。

磨削

磨削过程中磨粒与金属表面的摩擦会产生大量热量。当热量聚集到一定程度时(磨削点的瞬间温度可达1500℃,磨料与工件的磨削区域的平均温度为500℃至800℃之间),工件表面就会出现灼伤甚至形变,因此成品的表面质量和精度将受到影响。如果改善磨削加工的操作条件,运用磨削油进行充分的冷却和润滑,加工过程中的一半热能都会被冷却剂吸收,而最终进入到工件的热量只占到整个加工过程产生热能的15%。因此,磨削油有效降低了工件被灼伤的机率。

图2 使用OEL-HELD的Sintogrind磨削油的加工结果与其它产品的使用效果对比
a: 其它磨削油和常规砂轮的磨削效果 b: 其它磨削油和内冷式砂轮的磨削效果 c: Sintogrind和内冷式砂轮的磨削效果

磨削油以基础油为载体,通过在基础油中添加多种具有不同性质和功能的添加剂混合而成。目前世界上性能最好的磨削油基础油是以乙烯为原料直接合成的聚α-烯烃。由於产物的纯净和均一性,聚α-烯烃具有其他基础油无可比拟的卓越性能,并在一级方程式赛车的严酷条件下用作基础油。由於其组成结构为纯烷烃,因此具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性,非常适用於高速磨削的加工。

OEL-HELD(中国)西南代表处的魏欣阳表示,其公司旗下的 Sintogrind、Diagrind、Toolgrind系列高性能磨削油采用聚α-烯烃、氢化裂解油作为基础油,具有蒸发率低、无腐蚀性(包括对密封件)、可过滤性好、冲洗性强、消泡性高、闪点高以及黏度指数较高等优点。在独特的磨擦改良剂、抗磨添加剂、极压添加剂和抗氧化剂等的协同作用下,上述系列磨削油在加工硬质合金时完全避免了金属钴的析出,并具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性,在减少能耗与砂轮磨损的同时,工具表面不会产生任何灼伤,从而达到高精度加工要求并获得良好的表面光洁度,因此被绝大多数的知名磨床制造商所推荐,在欧美等国家市场占据主要的份额。
应用案例

为了说明基於聚α-烯烃全合成产品的效果,OEL-HELD公司在Rappold Winterthur磨床公司进行了一系列试验。磨削後的产品使用电子显微镜进行同等倍数的扫描。如图2所示,使用Sintogrind全合成产品可以获得极高表面质量。

德阳东汽工模具有限公司一直在使用OEL-HELD公司的磨削油产品,该公司技术开发部副部长胡剑华告诉本刊,OEL- HELD的磨削油现已使用3年而没有更换,有效降低了生产成本及设备停机时间,全面改善生产效率。

切削

近年来金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域。这类液体以水为基质,传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定热量後,比油的温升要慢得多,从而提高了冷却效果,且可减少油雾。因此,水基切削液的用量增大。

目前,水基切削液在中国切削液市场总体中约占60%,但水基切削液与油相比存在着一些问题,这包括润滑性差,以及 蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳定性、可滤性、泡沫性等方面的问题。这些因素对切削液在机床应用时的 “油池寿命(Sump Life)”至关重要。

表2 壳牌斯特来Sitala CE 3402水溶性切削液当前产品典型值

壳牌公司旗下的壳牌斯特来Sitala CE 3402高性能水溶性切削液(见表2),含有大量极压添加剂,适用於钢材和铝合金材料的加工。可满足要求高表面精度的苛刻加工,以及高压、使用内冷刀具的工艺,如:深孔钻、钻孔、铣和MAPAL绞孔等。

壳牌斯特来Sitala CE 3402具有良好的抗泡沫性能、优异的生物稳定性和清洗性能,可保持机床和工件清洁。其良好的冷却能力和润滑性能,能确保加工工件的高精度。同时,Sitala CE 3402的生物稳定性优异,产品使用寿命长,可显着降低维护成本。而高度抗腐蚀性能则有利於保护刀具、加工工件和导轨。
用户感言

比亚迪精密制造有限公司在制造过程中,一直使用壳牌斯特来Sitala CE 3402高性能水溶性切削液。该公司设备部张启波表示,这一产品相比同类产品,更换周期长,性价比高。且在保护刀具及保证加工工件精度方面性能出众。

张先生深深体会到,生产的进一步发展对金属加工液的性能提出了更高要求,比如增强可维护性以及延长更换周期,等等。而壳牌金属加工液在满足这方面要求方面的能力可谓独树一帜。

节能环保、降本增傚的发展趋势不可阻挡

深圳市模具技术学会专家委员罗百辉指出,企业在选用金属加工液时要全面权衡利弊,须达到以下要求:热容量大,导热性好,具有较好的冷却作用。具有较高的油性或是较强的金属表面吸附作用,能使形成的吸附薄膜具有较高强度,牢固吸附在金属表面,起到良好的润滑作用。而防 性好的话,对金属不起腐蚀作用,也不会因腐蚀而损坏机床和工件的精度及表面粗糙度。同时,表面张力低的产品,易於均匀扩散,利於冷却和洗涤作用并具有较好润滑性。

罗百辉同时表示,经济成本方面的考虑也很重要。金属加工液必须使用方便,价格低廉,要求容易配置并最好适用於多种金属材料和多种加工方式(如车、磨、刨等),有一定的透明度,在提高切削速度时不冒烟。对人体无害,无毒、无异味。不会伤害皮肤及鼻腔粘膜,不刺激眼睛等。稳定性好,使用寿命长。在长期使用和贮存期间,不分层、不析出沉淀物,不发霉变质。切削废液量较大,考虑废液处理,避免造成环境污染。

中国“保增长、扩内需”的政策举措正付诸实施,重点产业振兴规划也相继出台,模具企业购买力在不断提升,企业转型所需产品种类将更广泛,并且对产品的品质要求必会飞速提高。在经济危机的考验之下,模具行业金属加工液用户的需求必然加速向高效节能、健康环保、低经济成本的方向迈进。

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