| 對于冷卻液的應用應采取戰(zhàn)略性措施，即將冷卻液用于需要的地方，采用環(huán)保安全污染小的植物油基，并進行必要的過濾彼妻，達到有效地節(jié)約能源、經(jīng)濟實用豆茫、具有各種程度的可調(diào)性侨歉、降低設置時間的目標。 |
在訂購金屬加工消耗品和評價分析抹布周圍存留的冷卻液和潤滑油的時候揩魂，時間也隨之流逝了幽邓。許多公司都已經(jīng)深刻認識到，以不同的方式生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品是企業(yè)生存之本火脉。
選擇正確的冷卻液并不是達到良好冷卻效果的唯一考慮核必。如果冷卻液沒有有效地按照合適的溫度和壓力傳送，所使用的冷卻液沒有采用定位正確和形狀合適的噴嘴品糯，所使用的過濾系統(tǒng)與所加工的工作不相匹配荒鳖，那么在這些情況下所提供的冷卻液可能根本起不到什么作用，或者會產(chǎn)生更糟的結果蛔交。
技術并不是冷卻液和潤滑劑供貨商所面臨的唯一挑戰(zhàn)末昂。美國潤滑油巨頭ITW RocolNorth America公司以及大多數(shù)其它供貨商都面臨著基本庫存費用不斷上漲的壓力。這是一個雙重性的挑戰(zhàn)镐访，即石油缺乏和價格上漲二蚓。為確保向客戶提供滿足其需要的最佳解決方案，ITW Rocol North America公司不斷加強與客戶的密切合作限榆。他們制定了雙重路線停就，既提供傳統(tǒng)的噴濺式冷卻液，又提供帶有微潤滑(MQL)系統(tǒng)的冷卻液笆唧。
ITW Rocol North America公司針對MQL市場開發(fā)了一種Accu-Lube系列有機冷卻液/植物油颈癌，用于準干式切削。由于這種植物油具有很多優(yōu)點岸裙，能夠解決水基冷卻液存在的水箱需要維修和冷卻液需要處理等固有問題坦冠，因此MQL市場前景非常看好哥桥。對于傳統(tǒng)的噴濺式冷卻而言辙浑，該公司最近傾向于采用生物穩(wěn)定型半合成冷卻液，例如Rustlick Ultracut 370R冷卻液拟糕。
究竟選用噴濺式冷卻方式還是MQL方式取決于特定的加工零件判呕。關鍵的問題在于是否能夠?qū)⒁后w輸送到零件加工區(qū)域，以及將工作環(huán)境中產(chǎn)生的油霧限制到了何種嚴格的程度送滞。如果油霧污染情況十分嚴重侠草，那么對于使用金屬加工冷卻液的客戶和供貨商來說，都將需要作出很多的改變犁嗅。
冷卻液的基礎研究
基礎研究一直是奔馳石油公司的一個研究重點边涕，特別是高壓條件下的潤滑劑表面化學特性問題。例如褂微，當刀具與工件接觸時會發(fā)生什么樣的情況功蜓？如何有效地使用冷卻液中的氯、磷和硫來控制工件的表面光潔度宠蚂。而且還需要量化薄膜是如何形成的丑辖，以及是什么使它們形成的。接下來夷朽，也許也是最重要的問題咏编，就是了解這些化學元素如何以一種復雜的過程，打破工件材料表面原子間的結合熄朴，例如鐵原子間的結合理侄，以及采取控制分裂法來打開表面，達到推進材料從工件上脫落的目的雾鸠。這些化學物質(zhì)起著一種高速氫脆劑的作用限牢，通過在滑動接觸區(qū)表面上形成的薄膜來控制摩擦力。
基礎研究與冷卻液的生產(chǎn)工藝緊密相關沛目，在這一過程中搞吱，其接觸壓力達到千兆Pa(GPa)以上，或者與某一點有關莲赐，在這一點上可以發(fā)生任何水平的塑性形變硼县。
植物油的使用
石油價格的不斷上漲成為磨削操作的一個不可忽視的問題。趨向于使用溶劑精煉油的原因之一是它對熱沖擊不那么靈敏访递。對任何精密磨削操作而言晦嵌，熱穩(wěn)定性是非常重要的。研究人員發(fā)現(xiàn)拷姿，在嚴酷的磨削條件下惭载，水基冷卻液由于熱穩(wěn)定性問題會給工件造成損傷。水分會在切削表面上沸騰蒸發(fā)，從而造成整個系統(tǒng)處于干磨的狀態(tài)之下描滔。但傾向于使用油基冷卻液的客戶也必須了解產(chǎn)生油霧的原因棒妨，還需要采用較高壓力流量系統(tǒng)來清除油霧。
瑞士巴索公司(Blaser)認為植物油是一個巨大的市場含长。植物油不僅環(huán)保安全券腔，而且還可以使生產(chǎn)效率得以提高。在某一應用案例中拘泞，巴索公司的工程師們在改用植物油以后纷纫，使生產(chǎn)周期節(jié)約了30%。他們發(fā)現(xiàn)陪腌，在更為困難的加工環(huán)境中應用植物油可以獲得最高的生產(chǎn)效益辱魁。例如，在鈦合金加工中采用植物潤滑劑可以比加工鋁材獲得更高的效益叼稍。植物油帶有極性轨赦，這一特性使植物油添加劑可以有效地形成細密均勻分布的表層。巴索公司的客戶在開始使用植物油基的產(chǎn)品以后吠童，已經(jīng)多次稱贊它們在提高生產(chǎn)效率方面的能力和好處常彰，而且使用更加頻繁，加工速度更快输奢。
此外盼涵，植物油可以與切屑一起從機床上排出，所加工生產(chǎn)的零件質(zhì)量更好屉韧，還可節(jié)約使用20%～30%古告。這也一定程度彌補了使用礦物油和植物油之間的成本差距。因為如果僅從價格方面來看谆藐，初期使用的植物油基的切削冷卻液圣界，其每加侖的價格可以躍升5～9美元，這對生產(chǎn)企業(yè)來講是一筆不小的開支监灌。植物油的另一優(yōu)點是贷币，大多數(shù)植物油的閃點都要比礦物油高，這對于一直使用油產(chǎn)品的那些客戶來說亏狰，使用植物油顯然具有更高的安全性役纹。
巴索公司在高壓冷卻液和切削油裝置研究方面也取得了顯著成果。他們開發(fā)出了能夠控制泡沫和氣化的冷卻液暇唾，這可以使客戶充分享受高壓帶來的提高生產(chǎn)率的優(yōu)勢促脉。在為高壓應用領域選用合適的金屬加工冷卻液時，水質(zhì)策州、水箱的大小瘸味、周期時間、水泵的配置、壓力和通過刀具冷卻液的輸送都是需要考慮的重要因素旁仿。
冷卻液過濾器的選擇
冷卻液過濾器對冷卻液的性能發(fā)揮起著十分重要的作用藕夫。美國馬斯達化工公司的產(chǎn)品應用經(jīng)理Andy Nelson先生認為，過濾器應該使過濾后的冷卻液中循環(huán)微粒不大于公差范圍的10%丁逝。例如汁胆，公差范圍是±0.13 mm，那么就選用能夠可靠地去除大于0.0025 mm微粒的過濾器霜幼，以確保切屑遺留下來的擦痕或累積誤差不影響公差要求。如果要求較高的表面光潔度驱请，那么即使是很小的一點擦痕也會影響表面質(zhì)量和測量值庵伙。而且時間一長，過濾器上也會發(fā)生微粒累積現(xiàn)象墓永。因此枪笆，定期清除冷卻液中累積的微粒是非常必要的，因為它們會使冷卻液產(chǎn)生不必要的化學反應毫蚁，進而影響表面光潔度挠辆。
在磨削加工中，冷卻液能很快地使砂輪濕潤析深，砂輪變成了一個迅速移動的海綿體华雷，將冷卻液帶到接觸弧面處進行冷卻和潤滑。砂輪能夠吸收的冷卻液越多咨锐，那么冷卻液降低寄生阻力的能力越強持蓄。沉積在砂輪上的殘留物對砂輪的影響也很大，因此必須注意保持砂輪的標準尺寸系馁，對砂輪進行正常的修整臂外、清潔，清除沉積在砂輪上的微小顆粒喇颁。這些殘留物一部分是混合硬水中所含的礦物質(zhì)漏健，另一部分則來自于殘油。
殘留物中的陽離子橘霎，特別是鎂離子和鈣離子會與冷卻液中的濕潤劑起化學反應蔫浆，產(chǎn)生一種柔軟的油污殘留物而粘附在砂輪表面上，降低了砂輪吸附冷卻液的能力茎毁。此外克懊，這一化學反應也會降低濕潤劑在冷卻液中的含量，從而影響其有效地濕潤砂輪的能力七蜘。如果在冷卻液中谭溉，加入“過量”的普通“主題”防泡沫劑，其中主要活性成分是不溶于水的“油狀”物質(zhì)(一般是一種或多種硅氧烷復合物乳劑)，那么也會發(fā)生類似的情況扮念。在“使用很小粒度的硬質(zhì)封閉式砂輪”時损搬，往往在任何時候都可以發(fā)生這些問題。
油霧的控制
在金屬加工廠油霧中允許的礦物油數(shù)量也許是可以改變的柜与。美國政府工業(yè)衛(wèi)生學者委員會(ACGIH)建議油霧極限是0.2 mg/m3功跑。盡管ACGIH并不是一個管理機構，但美國職業(yè)安全和健康署(OSHA)還是接受了他們的建議谤变。
一旦這一新的限制生效以后荞谬，它必將會影響到設備制造商和最終用戶，并需要對設備作大量的改進适系。這意味著可更多地使用合成液體字拗，要求系統(tǒng)對油霧具有更好的控制功能。從理論上說高骑，植物油將不包括在內(nèi)蝠盘，因此其使用量可能會有所增長。
傾向于使用植物油加工的原因是因為石油的價格不斷上漲辈殃，以及更大量地使用高壓潤滑油和通過刀具的潤滑油苔免。植物油具有更強的抗泡沫形成特性，還具有更強的抗微生物特性和更強的生物穩(wěn)定性债案。
高鎂合金和低鎂合金的使用量在不斷增加更启，特別是在汽車工業(yè)，因為這種材料具有優(yōu)良的強度與重量比拣挪。由于這一發(fā)展趨勢而引進了其它相關的金屬加工冷卻液擦酌。鎂是一種活性金屬，與水接觸能釋放出氫氣菠劝，這樣就容易引起火災或爆炸赊舶。因此，在鎂合金加工中采用的冷卻液要禁止發(fā)生這類反應赶诊，這應引起足夠的重視笼平。
冷卻液和磨削加工
汽車制造商舍得花費上百萬美元購置磨床，但是卻舍不得在輸送管和切削液上投資舔痪，這種現(xiàn)在磨削加工行業(yè)并不少見寓调。
在磨削加工中，冷卻液起著一個特殊的作用锄码，不但對產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用夺英，而且對加工費用也會有很大的影響。砂輪主軸電機所消耗的功率主要分布在砂輪驅(qū)動滋捶、磨削加工和冷卻液傳送等方面痛悯。磨削中工件所產(chǎn)生的熱量必須立即冷卻余黎，防止局部溫度過高和因進一步升溫而造成的材料相位轉(zhuǎn)變。相位轉(zhuǎn)變往往會造成殘余應力和白層的形成凄在，降低材料的疲勞壽命才擒，造成材料表面和次表面的裂紋。
采用冷卻和潤滑液以及選用適當?shù)墓に噮?shù)舞懦，可以使磨削表面產(chǎn)生的熱量降低到最低程度善瞧，將所產(chǎn)生的大部分熱量由砂輪、切屑和冷卻液帶走，從而達到生產(chǎn)工藝的冷卻目的。
冷卻液的輸送壓力辽察、流量、溫度和流向等都對生產(chǎn)工藝的質(zhì)量和經(jīng)濟性有很大影響汇泰。壓力控制液體的流速，流量和溫度控制液體的導熱速度堰聪，流向可以使液體清除在砂輪周圍運動的空氣障礙。噴射的液體必須對準砂輪前的磨削區(qū)承跟，為空氣的流通打開一條通道缝帝。
冷卻液流量的大小取決于所使用的砂輪，而在磨削過程中消耗的主軸功率所產(chǎn)生的熱量需要冷卻花墩。在許多情況下悬秉，花費在冷卻液噴嘴和液泵/過濾設計上的時間往往接近于機床的運行時間。在其它情況下冰蘑，機床制造商將可彎曲的塑料噴嘴或小直徑彎曲金屬管為基礎和泌，提供一種簡單的噴嘴系統(tǒng)，尤其是對工具磨床和宇航產(chǎn)品的磨床而言祠肥。冷卻液的噴射壓力應與砂輪的轉(zhuǎn)速相匹配武氓，一般在0.4～0.2 kPa之間。而塑料噴嘴只能以低得多的壓力運動或分流仇箱，開放式的小直徑管子甚至會因噴射力的反作用力而向后退縮县恕，因此不適于應用。與噴嘴有關的其它問題還包括高壓射流裂散問題剂桥、出口前管內(nèi)高壓喘流問題忠烛、與砂輪的極度接近問題和以試湊法接近目標問題。
對于連貫噴射的圓形噴嘴與高度可配置性相結合方式已經(jīng)過廣泛的試驗权逗。在最近進行的一項案例研究中美尸，客戶以礦物油作為冷卻液對透平葉片的葉根形狀進行磨削加工，結果發(fā)現(xiàn)具有如下優(yōu)點：
- 砂輪使用壽命提高一倍僵馒，砂輪在每次修整后幼氏，玻璃狀CBN含量增加了25%粪畔；
- 降低了推斷力，加工精度進一步提高悦级；
- 消除了研磨燒傷和磨削裂紋以搏；
- 采用激光瞄準以后，設定速度加快斑渠；
- 降低了液泵和冷卻裝置的能耗钉拯；
- 噴嘴對不同加工零件的可調(diào)性程度提高。
對于冷卻液的應用應采取戰(zhàn)略性措施榕诬，也就是說决榔，只將冷卻液用于需要的地方，應能有效地節(jié)約能源且經(jīng)濟實用菜犀。一種優(yōu)秀的工程產(chǎn)品應具有各種程度的可調(diào)性乡鼻，可降低設置時間。
而且所選用的冷卻液應能滿足加工需要和成本及生產(chǎn)利益栽斑。直接的油類產(chǎn)品艇挨，如礦物油、合成油等一般具有較高的潤滑性能韭赘，而水溶性乳劑型冷卻液缩滨，如合成水溶性乳劑、半合成水溶性乳劑和油/水混合乳劑是最好的冷卻液泉瞻。
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