數(shù)控中國(guó)論壇
金屬加工液在金屬加工過(guò)程中具有潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹等作用;其中核心作用是:一方面通過(guò)冷卻作用降低加工過(guò)程中的變形熱，另一方面通過(guò)潤(rùn)滑作用來(lái)減少金屬加工過(guò)程中的磨擦熱，從而來(lái)提高金屬加工質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具的使用壽命等。
1、冷卻性能：冷卻作用是通過(guò)乳化液和因切削而發(fā)熱的刀具、切屑和工件間的對(duì)流和汽化作用把切屑熱從固體（刀具、工件）處帶走，從而有效地降低切削溫度，減少工件和刀具的熱變形，保持刀具硬度提高加工精度和刀具耐用度。
2、潤(rùn)滑性能：潤(rùn)滑作用就是其減少前刀面與切屑、后刀面與已加工表面間的摩擦形成部分潤(rùn)滑膜的作用，以防止刀具與切屑或工件間的粘著，所以良好的潤(rùn)滑可以減少功能消耗、刀具磨損和良好的表面光潔度。
3、清洗性能：在金屬加工過(guò)程中，切屑、鐵粉、磨屑、油污、沙粒等常常粘附在工件、刀具或砂輪表面及縫隙中，同時(shí)沾污機(jī)床和工件，不易清洗，使刀具或砂輪切屑刃口變鈍，影響切削效果。所以要求乳化液有良好的清洗作用。乳化液的清洗性能就是指乳化液防止這些細(xì)顆粒粘結(jié)和利用液流的機(jī)械沖洗作用將其沖走的能力。
4、防銹性能：在金屬加工過(guò)程中，工件要與環(huán)境介質(zhì)如水、氧、硫、二氧化硫、二氧化碳、硫化氫、氯離子、游離酸堿和乳化液分解或氧化變質(zhì)所產(chǎn)生的油泥等腐蝕性介質(zhì)接觸而受到腐蝕，機(jī)床部件與乳化液接觸的部分會(huì)產(chǎn)生腐蝕。因此要求乳化液有一定的防銹能力。
金屬加工液除了應(yīng)具有良好的冷卻性、潤(rùn)滑性、清洗性、防銹性外，還應(yīng)具有防腐蝕性、抗菌性、防垢性、抗泡性、熱穩(wěn)定性、無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)刺激性氣味、不污染環(huán)境、使用方便等條件。
金屬加工液可分為純油性切削液和水溶性切削液兩種。金屬加工液應(yīng)具有如下作用：
1、 改善加工表面，提高表面光潔度；
2、 提高加工件尺寸的精密度；
3、 延長(zhǎng)切削工具的壽命；
4、 隨時(shí)排除切削屑末，洗凈加工面；
5、 防止加工件腐蝕或生銹；
6、 提高切削加工效率；
7、 隨時(shí)冷卻加工件表面和加工刀具。
因而要求金屬加工液必須具備如下性能：
⑴ 要求有良好的邊界潤(rùn)滑性能，而需由極好的極壓性；
⑵ 防止切削刀具和加工金屬表面熔接的性能；
⑶ 良好的熱傳導(dǎo)性能和耐熱性能；
⑷ 良好的防腐蝕性能和防銹性能；
除此之外，對(duì)于純油性切削液還要求具有：
①在一定的長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不腐蝕金屬，不氧化變質(zhì)，不變色；
②使用中不產(chǎn)生煙霧，不變質(zhì)，不發(fā)臭并無(wú)不良?xì)馕叮?/span>
③抗膠質(zhì)，抗結(jié)焦積碳，并不發(fā)生沉淀物；
④對(duì)加工部件不發(fā)生不良作用等。
對(duì)于水溶性切削液還要求：
① 在硬水條件下，不得分層或分離，如用300～700ppm的硬水或冷水時(shí)，都應(yīng)能很好地乳化；
②良好的抗腐敗性，抗細(xì)菌性，并不發(fā)生臭味；
③良好的抗泡沫性；
④和切削的迅速分離性；
⑤不沉積在加工工具上，也不得侵蝕工具等。
如何選擇好的添加劑，并能保證金屬加工液所應(yīng)具有的性能是加工液生產(chǎn)廠商的核心
純油性切削液主要由基礎(chǔ)油、加工性能添加劑、性能增強(qiáng)劑等組成，純油性切削液具有良好的潤(rùn)滑性能，適合對(duì)潤(rùn)滑性要求高，重負(fù)荷、低速大進(jìn)給的切削，切削余量高的加工，表面精度要求高，水對(duì)刀具或零件有不良影響的場(chǎng)合以及難加工材料等。其中加工性能添加劑目前普遍使用的如：酯類(lèi)（醚類(lèi)）、氯、磷、硫、固體類(lèi)添加劑為主，性能增強(qiáng)劑包括：抗氧劑、抗油霧劑、防銹/防蝕劑、抗泡劑、著色劑/顏料、香味劑等。
油性油選擇原則：
1、黏度：
由于不同的加工應(yīng)用需要不同的黏度，以滿足不同的冷卻、潤(rùn)滑要求，所以純油性切削液在生產(chǎn)過(guò)程中，黏度的選擇優(yōu)為重要，可根據(jù)不同的加工工藝生產(chǎn)出與之相適合的油性切削液，以滿足不同的金屬加工要求。以下列舉了幾種金屬加工工藝所需的黏度范圍：
▲ 珩磨： 3—6cST
▲ 深孔鉆： 10—18cST
▲ 拉削（立式）： 12—18cST
▲ 切削: 20—35cST
▲ 齒輪加工： 30—35cST
2、 加工特性：
油基切削液的潤(rùn)滑性能好，冷卻性能較差，水基切削液則相反，但其成本低，操作環(huán)境安全、干凈，沒(méi)有油霧和著火的危險(xiǎn)；近年來(lái)微乳化型切削液發(fā)展很快，隨著高性能水基切削液新產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)，其使用范圍逐漸擴(kuò)大，開(kāi)始出現(xiàn)油基向水基過(guò)渡的趨勢(shì)，可以預(yù)料它將是未來(lái)切削液的主導(dǎo)品種。
乳化劑
水基切削液包括乳化切削液、微乳化切削液和合成切削液，大都主要用在高速切削上。水基切削液主要由:礦物油、乳化劑、助溶劑、防銹劑、抗磨添加劑、極壓添加劑、消泡劑、防腐殺菌劑、水等組成。
其中礦物油一般選擇環(huán)烷基基礎(chǔ)油，此類(lèi)礦物油具有易乳化，與添加劑兼容性好，像回收環(huán)烷基變壓器油，黏度在10CST左右；此外，也有用重烷基苯類(lèi)或合成油。重點(diǎn)考慮的是作為分散體或助溶劑使用，潤(rùn)滑作用在其次。
水性油乳化劑目前國(guó)內(nèi)外切削液生產(chǎn)廠商普遍使用的主要有以下幾種：
1. 烷基酚聚氧乙烯醚：如NP、OP系列
2. 脂肪醇聚氧乙烯醚：如MOA、FAE系列
3. 山梨糖醇聚氧乙烯醚；如：SPAN，TWEEN系列
4. 脂肪酸酰胺，脂肪酸鹽：如T704、妥爾油鹽、蓖麻油鹽系列
5. 磺酸鹽：如T701、T702，土耳其紅油系列
乳化劑屬于表面活性劑類(lèi)物質(zhì)，但并非表面活性劑就可以用于切削液中作為乳化劑使用，只有那些對(duì)乳化液體系起著有效的穩(wěn)定作用、同時(shí)又不影響乳化體系其它組分的表面活性劑，才適合作切削液生產(chǎn)的乳化劑。
水基切削液的組成之一 ——表面活性劑（即乳化劑），能降低切削液界面張力，使其擴(kuò)散、滲透能力強(qiáng)，提高切削液潤(rùn)滑防銹能力。如何選擇合適的表面活性劑是研制工作的關(guān)鍵之一。表面活性劑分子具有雙親結(jié)構(gòu)，一端親油，一端親水。不同類(lèi)型的表面活性劑主要區(qū)別是其極性基團(tuán)，分別有陽(yáng)離子型，陰離子型，兩性型與非離子型。選擇單一的表面活性劑要注意它們的協(xié)同效應(yīng)以及其它添加劑的互溶性、經(jīng)濟(jì)性和低泡性。陰離子表面活性劑價(jià)廉，易制，它的極性基團(tuán)帶負(fù)電，易與切削過(guò)程中的金屬表面形成吸附膜，是一種良好的油性劑，能起潤(rùn)滑、防銹作用。非離子表面活性劑不怕硬水，耐酸堿，具有清洗能力，且穩(wěn)定。兩者以一定比例復(fù)配可增強(qiáng)效應(yīng)，表面活性劑如何選擇方法之一 ——HLB值法。
通常在選擇好表面活性劑后，通過(guò)HLB值確定各種表面活性劑的配比后，按此調(diào)成的切削液往往還是有點(diǎn)混濁或放置一段時(shí)間后分層或變混濁等，此時(shí)一般在金屬加工液中往往需要添加一些長(zhǎng)鏈脂肪醇、醚類(lèi)等助乳化劑，通過(guò)助乳化劑來(lái)調(diào)節(jié)切削液的HLB值，使切削液的HLB值達(dá)到最佳值，一方面可以提高表面活性劑的乳化性能，另一方面可以提高金屬加工液的穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間放置不會(huì)分層變混濁等。具體應(yīng)用如：當(dāng)有一個(gè)切削液基本配方時(shí)，由于要適合不同的金屬加工要求，可能要額外添加一些潤(rùn)滑劑、極壓劑或抗磨劑等功能性添加劑，當(dāng)額外添加功能性添加劑時(shí)，往往會(huì)改變金屬加工液原有的HLB值，使得改進(jìn)的金屬加工液出現(xiàn)分層或混濁，這時(shí)就需添加醇醚等功能性添加劑，使HLB值重新達(dá)到最佳值而呈現(xiàn)透明液體，具體添加量需要在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)調(diào)試，綜合考慮其添加量。若不加調(diào)整直接使用，會(huì)使金屬加工液各組分無(wú)法充分發(fā)揮原有的功能，嚴(yán)重影響金屬加工液的性能。因此，醇醚等功能性添加劑在金屬加工液研發(fā)中的地位尤其重要，被廣泛用于原有配方的改進(jìn)和新配方的研發(fā)等。
水性油助溶劑主要有：
①醇胺類(lèi)，如：MEA，TEA，IPA，MORPHILINE，苯醇胺等；
②醇類(lèi)：長(zhǎng)鏈脂肪醇，尤其帶支鏈的醇，抗氧化，凝固點(diǎn)低，無(wú)腐蝕；
③醇醚類(lèi)：此類(lèi)物質(zhì)具有高沸點(diǎn)，如聚醚等。
水性油抗磨/油性劑使用較多的有：二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）、天然合成油脂、合成酯、脂肪酸酯等。
水性油防銹劑可以分為有機(jī)系列、無(wú)機(jī)系列、復(fù)合系列；其中有機(jī)系列入苯羧酸、磺酸、二元酸、氨基酸等，此類(lèi)防銹劑防銹性能特別好，低毒，生物降解，不含金屬鹽，唯一的缺點(diǎn)是價(jià)格太高，但隨著亞硝酸鹽類(lèi)防銹劑的禁用，此類(lèi)防銹劑還是得到了廣泛應(yīng)用；無(wú)機(jī)系列主要有亞硝酸鹽、鉬酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等，此類(lèi)產(chǎn)品便于運(yùn)輸，應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了，但有毒或者價(jià)格高，兼容性差，后處理難等，逐進(jìn)被有機(jī)系列替代；而復(fù)合系列多為多元組分復(fù)合，所以此類(lèi)產(chǎn)品種類(lèi)繁多，且復(fù)雜。
由于水性油含有大量表面活性劑等有利于微生物繁殖的養(yǎng)分，給微生物繁殖提供了培育的溫床，微生物的繁殖會(huì)導(dǎo)致切削液變質(zhì)發(fā)臭，有機(jī)成份的分解、導(dǎo)致PH值下降、腐蝕金屬等嚴(yán)重后果，為了防止切削液變質(zhì)發(fā)臭，通常在金屬加工液生產(chǎn)過(guò)程中添加殺菌劑，以提高切削液的使用壽命等。
殺菌劑
水性油殺菌劑主要有甲醛釋放型和有機(jī)合成型兩種：
甲醛釋放型具有價(jià)廉，殺菌譜廣，兼容性好，便于檢測(cè)，但其缺點(diǎn)是有毒，刺激，可能對(duì)工人皮膚過(guò)敏，對(duì)真菌效果差；
有機(jī)合成型具有殺菌譜廣，低毒，殺菌效率高，霉菌真菌都有效，缺點(diǎn)是價(jià)格高，兼容性差，刺激，可能過(guò)敏。其中殺細(xì)菌劑有三嗪類(lèi)和磺酸鹽類(lèi)殺菌劑，殺真菌劑有異噻唑啉酮類(lèi)、三嗪氨基酸酯類(lèi)、硼酸酯酰胺類(lèi)等 。
消泡劑
由于水性切削液在生產(chǎn)過(guò)程中使用了大量的表面活性劑等乳化劑，在使用過(guò)程中一般都有不同程度的泡沫產(chǎn)生，嚴(yán)重影響金屬加工的效率和加工件質(zhì)量，為了盡量減少金屬加工液使用中泡沫的產(chǎn)生，很多切削液生產(chǎn)商都會(huì)在生產(chǎn)切削液時(shí)加入不同類(lèi)型的水性油消泡劑，消泡劑類(lèi)型主要有：有機(jī)硅、聚醚、復(fù)合型和其它類(lèi)型的消泡劑，有機(jī)硅具有消泡效果好，而廣泛被使用，但是溶液在切削液中分層；聚醚類(lèi)水溶性好，不易過(guò)濾掉；而使用復(fù)合型消泡劑主要考慮其在切削液中起到抑泡性能；其它類(lèi)型主要是一些鈣鹽、礦物油類(lèi)的。
微乳化切削液
一、 乳化切削液也稱(chēng)為皂化溶解油，是石油系油加入乳化劑，如環(huán)烷酸皂、磺化油、磺酸鈉、C14以上的飽和脂肪酸皂，石油酸皂、妥爾油酸皂等樹(shù)脂酸皂，氧化石油脂，以及C17～20的合成脂肪酸皂等表面活性劑，并加入結(jié)合劑，如各種醇類(lèi)和醇胺類(lèi)等乳化穩(wěn)定劑，再加入抗磨劑，抗擦傷劑，抗腐蝕劑，抗泡劑，抗氧化劑及抗腐敗劑和防菌劑等。并用少量的水調(diào)制成的母液，及時(shí)用15～40倍的水稀釋成乳白液使用。根據(jù)使用要求，可制成油包水或水包油型的兩種乳化液。這種水溶性乳化切削液中含石油系油較多，潤(rùn)滑性能較好。由于含大量的水而冷卻性也好，而且腐蝕性也比一般電解系的無(wú)機(jī)鹽型透明水溶液為小，常用在粗、中精度的切削或研磨加工上。
這種乳化切削油，必須根據(jù)PH值區(qū)分使用，一般PH值在8.5～10.5的適用于鋼、鐵材料的切削，6～8.5的適用于鋁、銅等非鐵金屬材料的加工上。其常用的典型組分，為由4～5%的表面活性劑（平均分子量350～525的石油磺酸鈉），和30～70%的石油潤(rùn)滑油（50℃粘度10～30厘沲），及最多到20%的親和劑，最好是C1～20的醇或醇胺，和適量的電解質(zhì)（最好是無(wú)機(jī)鹽），以及15～66%的水組成。
二、微乳化液是礦物油溶于水后形成的，一般含礦物油5—35%，乳化劑含量與油性物含量比乳化液高出3—6倍，但其油的含量遠(yuǎn)低于乳化液中油的含量，因而能使油滴形成微粒的直徑很小。由于微乳化液特有的組成特點(diǎn)，使得它兼有乳化液和合成液兩者的優(yōu)點(diǎn)，潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹性能均較好，且其使用壽命比乳化液要長(zhǎng)4～6倍。其中乳化切削液屬于傳統(tǒng)產(chǎn)品，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，穩(wěn)定性差，壽命短，維護(hù)難，兌水后呈乳白色；微乳化切削液具有多用途，應(yīng)用廣，綜合性能好，穩(wěn)定性較好，壽命長(zhǎng)，兌水后呈半透明或透明狀；全合成切削液主要用于冷卻要求高的場(chǎng)合，如磨削等，兌水后呈全透明狀，極壓性不夠。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)走過(guò)了從乳化液向合成液，再向微乳化液發(fā)展的過(guò)程，微乳化液得到了前所未有的發(fā)展和應(yīng)用。
微乳化切削液是由水、油（有機(jī)溶劑）、表面活性劑和助表面活性劑等組成的透明或半透明的、各相同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系，具有粒子細(xì)小、大小均一、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。微乳化液常規(guī)制備方法有兩種：一種是把有機(jī)溶劑、水、乳化劑混合均勻，然后向該乳液中滴加醇醚等助乳化劑，在某一時(shí)刻體系會(huì)突然間變得透明，這樣就制得了乳化液，這種方法稱(chēng)為schulman法；另一種是把有機(jī)溶劑、醇醚、乳化劑混合為乳化體系，向該乳化液中加入水，體系也會(huì)在瞬間變成透明，稱(chēng)為shah法。乳化液的形成不需要外加功，主要依靠體系中各份的匹配，尋找這種匹配關(guān)系的主要辦法有PPT（相轉(zhuǎn)換溫度）、CER（粘附能比）、表面活性劑在油面相和界面相的分配、HLB值（親水——親油平衡值）和鹽度掃描等方法。目前應(yīng)用最多的是HLB值法和表面活性劑在油面相和界面相的分配。
微乳化切削液是以中性或非離子型表面活性劑30—50%為主要成分，混入石油系油，再加防銹劑，極壓劑和防腐劑，充分分散而成的含有多量水分的膠體溶液。其表面張力極小，洗滌性能很強(qiáng)，幾乎和水一樣透明的分散乳化液。使用時(shí)用水稀釋到30至100倍。一般用在精密研磨時(shí)，需用80—100倍的水稀釋?zhuān)邢鲿r(shí)用20—50倍的水稀釋。
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