切削液技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　眾所周知蚌堵，切削液具有潤(rùn)滑亏钩、冷卻、清洗及防銹等作用捧毛，對(duì)提高切削加工質(zhì)量和效率观堂、減少刀具磨損等均有顯著效果。近十多年來(lái)呀忧，我國(guó)的切削液技術(shù)發(fā)展很快师痕，切削液新品種不斷出現(xiàn)，性能也不斷改進(jìn)和完善而账，特別是20世紀(jì)70年代末生產(chǎn)的水基合成切削液和近幾年發(fā)展起來(lái)的半合成切削液(微乳化切削液)在生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用胰坟，為機(jī)械加工向節(jié)能、減少環(huán)境污染泞辐、降低工業(yè)生產(chǎn)成本方向發(fā)展開(kāi)辟了新路徑笔横。歸納起來(lái)，切削液技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：

　　1) 最小潤(rùn)滑技術(shù)

　　干式切削加工是不采用任何切削液的加工咐吼，它可以從根本上消除傳統(tǒng)濕式加工易污染環(huán)境的弊端要茴，是切削技術(shù)的一場(chǎng)深刻革命。由于干式切削符合當(dāng)今發(fā)展綠色制造技術(shù)的要求搔献，因而是一種非常有前途的切削新技術(shù)携侮。但干式切削具有溫度高、切削力大等特點(diǎn)榛瞪，又出現(xiàn)了一系列濕式加工中沒(méi)有的問(wèn)題姚继。目前，干式切削技術(shù)還很不成熟窟诈，其應(yīng)用范圍也很有限几馁。而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多不足。因此有人提出了準(zhǔn)干式切削加工技術(shù)度籍。準(zhǔn)干式切削是一種介于濕式切削和純粹干式切削之間的切削方式契畔，又稱為最小潤(rùn)滑技術(shù)。準(zhǔn)干式切削采用噴霧冷卻方式碌掩，它用極少的切削液而起到較好的冷卻和潤(rùn)滑作用课丢。

　　2) 液氮冷卻技術(shù)

　　利用液氮進(jìn)行低溫(超低溫)切削加工，就是利用液氮使工件步氏、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進(jìn)行切削加工的方法响禽。氮?dú)馐谴髿庵泻孔疃嗟某煞郑旱鳛橹蒲豕I(yè)的副產(chǎn)品荚醒，來(lái)源十分廣闊芋类。使用液氮作為切削液，應(yīng)用后直接揮發(fā)成氣體返回到大氣中界阁，沒(méi)有任何污染物侯繁，從環(huán)保方面看胖喳，是一種有前途的切削掖替代品。

　　液氮冷卻有直接和間接兩種應(yīng)用方法

　　a. 直接應(yīng)用： 即將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)贮竟。一般來(lái)說(shuō)丽焊，由于刀具磨損嚴(yán)重，金剛石刀具不能用來(lái)加工黑色金屬咕别。而美國(guó)一學(xué)者采用液氮冷卻系統(tǒng)對(duì)不銹鋼用金剛石刀具進(jìn)行車(chē)削加工技健，由于低溫抑制了碳原子的擴(kuò)散和石墨化，大大減少了刀具磨損惰拱，并取得了極好的加工質(zhì)量雌贱，其表面粗糙度達(dá)到Ra25μm。磨削加工時(shí)會(huì)因磨削區(qū)高溫常常對(duì)工件表面造成熱損傷搜栽，如燒傷爸桨、微裂紋等，為有效解決這些問(wèn)題贱供，印度工學(xué)院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材肯窜，結(jié)果表明：正確合理地使用液氮冷卻，可有效控制磨削區(qū)溫度虏淤，使磨削溫度保持在材料發(fā)生相變溫度之下而不發(fā)生磨削燒傷；并且在材料塑性增大和較大進(jìn)給量情況下虏爸，這種效果更加顯著舶惕。對(duì)于非金屬材料和復(fù)合材料的液氮冷卻切削加工,國(guó)外也開(kāi)展了廣泛研究。如FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)是一種高強(qiáng)度/重量比角雅、耐疲勞的復(fù)合材料饶几，用傳統(tǒng)切削方法加工非常困難，因而限制了這種材料的使用材光。新西蘭學(xué)者對(duì)其進(jìn)行超低溫冷卻加工暮态，使用液氮不間斷冷卻(0.4-0.5 L/min)，極大地改善了這種材料的切削加工性谍椅，不但獲得了滿意的加工表面質(zhì)量误堡，還在很大程度上延長(zhǎng)了刀具壽命。采用低溫切削熱固性塑料雏吭、合成樹(shù)脂锁施、石墨、橡膠和玻璃纖維等材料時(shí)也均顯示出良好的切削性能杖们。

　　b. 間接利用： 主要是刀具冷卻法悉抵，即在加工中不斷地冷卻刀具，使切削熱快速?gòu)牡毒呱险辍⑻貏e是刀尖處被帶走姥饰，刀尖始終保持在低溫狀態(tài)下工作傻谁。美國(guó)林肯大學(xué)的學(xué)者利用一種配備新型冷卻系統(tǒng)的PCBN刀具進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這種刀具是在車(chē)刀上部的方盒內(nèi)儲(chǔ)存液氮列粪，由進(jìn)口輸人审磁，從出口流出。試驗(yàn)表明篱竭，使用液氮冷卻時(shí)力图，車(chē)刀壽命延長(zhǎng)to倍，磨損降低1/4厘乱，并可獲得較低的表面粗糙度雅跺。

　　還有一種特殊的間接利用方法為噴氣冷卻。日本一些學(xué)者研制出噴氣冷卻系統(tǒng)潭女。該系統(tǒng)使用的冷卻氣體是由液氮在熱交換器中冷卻過(guò)的枕篡，其溫度低于—50℃冷卻氣體直接噴射于磨削點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)捍秃，磨削后工件材料的殘余壓應(yīng)力比使用磨削液磨削時(shí)要大生香，殘余壓應(yīng)力的分布區(qū)域也變寬了。而殘余壓應(yīng)力可提高零件的抗疲勞壽命印洒，這對(duì)一些零件藐病，如飛機(jī)零件等十分重要。采用固體潤(rùn)滑劑處理過(guò)的CBN砂輪瞒谱，或加工中添加極少量(101向的超精植物油赏庙，可在加工中起到較好的潤(rùn)滑作用。

　　由此可見(jiàn)萤榔，在有關(guān)環(huán)保法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格鸯乃、切削液使用和處理費(fèi)用日益升高的情況下，液氮有可能在一定范圍內(nèi)成為切削液的替代品跋涣。

　　3) 集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)

集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)是把多臺(tái)機(jī)械加工設(shè)備各自獨(dú)立的冷卻潤(rùn)滑裝置合并為一個(gè)冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)缨睡。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)延長(zhǎng)切削液的使用壽命；(2)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)切削液性能指標(biāo)的自動(dòng)控制陈辱，確保切削液質(zhì)量奖年；(3)廢液量較少且便于集中處理，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境性置，(4)便于維護(hù)拾并、保養(yǎng)和管理；(5)便于切屑運(yùn)輸和進(jìn)行集中處理等等鹏浅。

　　4) 實(shí)現(xiàn)切削液質(zhì)量管理自動(dòng)化

　　保證切削液長(zhǎng)期穩(wěn)定地滿足各種質(zhì)量要求和充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益嗅义，關(guān)鍵在于嚴(yán)格而科學(xué)的日常管理。隨著機(jī)械加工自動(dòng)化程度的不斷提高和無(wú)人化工廠(車(chē)間)的出現(xiàn)，在冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)切削液的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制已勢(shì)在必行之碗。這種檢測(cè)和控制系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)和控制切削液的工作溫度蝙眶、使用濃度、PH值褪那、微生物數(shù)量和氣味等牵深，并可對(duì)切削液的失效進(jìn)行預(yù)報(bào)。

　　5) 高性能喷围、長(zhǎng)壽命粉越、低污染切削液及其廢液處理技術(shù)

　　隨著機(jī)械工業(yè)整體技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床切削速度更快码杆，切削負(fù)荷更大薄罕，切削溫度更高，同時(shí)不斷有新工藝出現(xiàn)來(lái)適應(yīng)新材料的加工磁应，這都需要新型的高性能切削液滿足加工要求妆崇；同時(shí)根據(jù)勞動(dòng)衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)的要求，切削液中應(yīng)盡量不含有危害人體健康和生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)部糠。近年來(lái)我國(guó)進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床猜休、加工中心等先進(jìn)設(shè)備越來(lái)越多，其使用的切削液若從國(guó)外進(jìn)口提甚，運(yùn)輸不便飞灰，成本很高，因此褪储，研制高性能切削液以替代進(jìn)口產(chǎn)品已是當(dāng)務(wù)之急奈辰。在我國(guó)，水基切削液使用范圍越來(lái)越廣乱豆，且已開(kāi)始從乳化液向性能好、壽命長(zhǎng)的合成切削液吊趾、微乳化液過(guò)渡宛裕。在發(fā)達(dá)國(guó)家，微乳化液已普遍使用论泛，正大力研制環(huán)保型切削液揩尸。

　　研制長(zhǎng)壽命切削液，研究延長(zhǎng)切削液使用壽命的方法屁奏，從而減少切削液廢液排放量岩榆；研究更有效和更經(jīng)濟(jì)的廢液處理方法，減少有害污染物在環(huán)境中的積累坟瓢，是國(guó)內(nèi)外切削液研究的一個(gè)重要內(nèi)容勇边。

　　 切削液添加劑

　　切削液性能的優(yōu)劣、廢液處理的難易、對(duì)操作者的危害和對(duì)環(huán)境的污染程度均取決于這些添加劑的種類(lèi)及性能畴垃。作為未來(lái)的切削液添加劑栈站，必須性能優(yōu)良，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害鲫畸。大量的應(yīng)用實(shí)踐表明歇刺，在使用中應(yīng)嚴(yán)加限制的添加劑有以下幾類(lèi)：亞硝酸鹽及類(lèi)似的化合物、磷酸鹽類(lèi)化合物霜宙、氯化合物章慌、甲醛及類(lèi)似的化合物。提高切削液質(zhì)量的有效途徑是研究開(kāi)發(fā)新型高效無(wú)毒添加劑堕武。這一點(diǎn)已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注恳繁，而且做了不少工作，研制出了一些新型的添加劑：

　　1) 硼酸酷類(lèi)添加劑

　　硼酸醋是一種多功能環(huán)保型添加劑版痪。①硼酸醋的油膜強(qiáng)度高蓉肤，摩擦系數(shù)低，具有優(yōu)良的減摩抗磨性能什箭；②具有良好的防銹性能棋捷；③具有抗菌和殺菌功能，且無(wú)毒害作用川最仑。

　　2) 鉬酸鹽系緩蝕劑

　　鉬酸鹽是陽(yáng)性緩蝕劑藐俺，添加到切削液中能在金屬表面生成Fe-MoO4-Fe2O3鈍化膜，可 獲得良好的緩蝕效果泥彤。通常認(rèn)為欲芹，鑰酸鹽作為防銹劑是無(wú)毒的，也不污染環(huán)境吟吝，但它價(jià)格昂貴菱父，影響了使用的廣泛性。為了推廣應(yīng)用剑逃，人們研究了鑰酸鹽和其它有機(jī)浙宜、無(wú)機(jī)緩蝕劑配伍使用時(shí)的協(xié)同效應(yīng)。

　　3) 新型防腐殺菌劑

　　切削液本身具有微生物和菌類(lèi)滋生繁衍的條件蛹磺，容易腐敗變質(zhì)粟瞬。防腐殺菌劑的作用在于抑制細(xì)菌和霉菌的滋生，殺滅液體中已存在的細(xì)菌萤捆，藉以延長(zhǎng)切削液的使用壽命裙品。近年來(lái)，由于環(huán)境保護(hù)法規(guī)的頒布和施行长笋，許多國(guó)家都在限制使用有毒的防腐殺菌劑斩憾，研究開(kāi)發(fā)新型防腐殺菌劑式亥。據(jù)日本專(zhuān)利介紹，選用油酸否胸、硬脂酸等梭酸制取的銅鹽芳迅，具有1年以上的抗腐敗能力。據(jù)美國(guó)資料介紹馆梦，檸檬酸銅也具有較好的抗菌效果蕾胶，添加量為300PPM。美國(guó)Mobil化學(xué)公司研制出一種名叫MobilmentAquaRho的乳化油桐继，添加了含磷刘耀、氮和硼的合成物，乳化液的使用壽命達(dá)4個(gè)月以上蚤弃。

　　近年來(lái)召藻，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)都放在無(wú)切削液的切削加工工藝上，但對(duì)多數(shù)材料和加工種類(lèi)而言偿尘，全面取代濕式切削和濕式磨削即使可能忆某，也很遙遠(yuǎn)。今后在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我們無(wú)法回避使用切削液這一現(xiàn)實(shí)阔蛉。解決機(jī)械制造過(guò)程的潔凈化問(wèn)題應(yīng)該雙管齊下弃舒，即在研究無(wú)切削液技術(shù)的同時(shí)，重視切削液自身的改造和創(chuàng)新状原，使干式加工和濕式加工兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)聋呢。因此，我們提出“從切削液本身的環(huán)境無(wú)害化做起颠区，同時(shí)開(kāi)發(fā)無(wú)切削液加工新技術(shù)”的研究方針削锰。研究工作的重點(diǎn)應(yīng)該放在以下幾個(gè)方面：

　　開(kāi)發(fā)對(duì)人和環(huán)境完全無(wú)害的綠色切削液；
　　優(yōu)化供液方法和供液參數(shù)毕莱，減少切削液消耗量器贩；
　　研究科學(xué)的切削液使用管理技術(shù)，盡量延長(zhǎng)其使用壽命減少?gòu)U液排放朋截；
　　研究切削液廢錐的回收利用和無(wú)害化處理技術(shù)磨澡；
　　研究考慮環(huán)境影響的切削液的綜合評(píng)價(jià)方法，為企業(yè)正確選擇切削液提供技術(shù)支持质和；
　　研究各種無(wú)切削液的加工方法，尤其是干式切削工藝隅贫。研究切削刀具甸诽、工件和機(jī)床的最佳工藝參數(shù)，擴(kuò)大干式切削工藝的應(yīng)用范圍做销；
　　研究開(kāi)發(fā)新型高效無(wú)毒添加劑所惶。

安徽技術(shù)師范學(xué)院 張華 劉鎮(zhèn)昌

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