| 對(duì)于冷卻液的應(yīng)用應(yīng)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趣闹，并進(jìn)行必要的過(guò)濾，達(dá)到有效地節(jié)約能源榛架、經(jīng)濟(jì)實(shí)用箍负、具有各種程度的可調(diào)性、降低設(shè)置時(shí)間的目標(biāo)唤鳍。 |
在訂購(gòu)金屬加工消耗品和評(píng)價(jià)分析抹布周圍存留的冷卻液和潤(rùn)滑油的時(shí)候麦回，時(shí)間也隨之流逝了。許多公司都已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到恕刘，以不同的方式生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品是企業(yè)生存之本缤谎。
選擇正確的冷卻液并不是達(dá)到良好冷卻效果的唯一考慮。如果冷卻液沒(méi)有有效地按照合適的溫度和壓力傳送褐着，所使用的冷卻液沒(méi)有采用定位正確和形狀合適的噴嘴坷澡，所使用的過(guò)濾系統(tǒng)與所加工的工作不相匹配，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含蓉，或者會(huì)產(chǎn)生更糟的結(jié)果频敛。
技術(shù)并不是冷卻液和潤(rùn)滑劑供貨商所面臨的唯一挑戰(zhàn)。美國(guó)潤(rùn)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(kù)存費(fèi)用不斷上漲的壓力谴餐。這是一個(gè)雙重性的挑戰(zhàn)姻政，即石油缺乏和價(jià)格上漲呆抑。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(qiáng)與客戶的密切合作汁展。他們制定了雙重路線鹊碍，既提供傳統(tǒng)的噴濺式冷卻液，又提供帶有微潤(rùn)滑(MQL)系統(tǒng)的冷卻液食绿。
ITW Rocol North America公司針對(duì)MQL市場(chǎng)開發(fā)了一種Accu-Lube系列有機(jī)冷卻液/植物油侈咕，用于準(zhǔn)干式切削。由于這種植物油具有很多優(yōu)點(diǎn)屏酌，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(wèn)題庇讥，因此MQL市場(chǎng)前景非常看好予问。對(duì)于傳統(tǒng)的噴濺式冷卻而言润沸，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冷卻液涕笛。
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燥箍。關(guān)鍵的問(wèn)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(yán)格的程度列汽。如果油霧污染情況十分嚴(yán)重朦晋，那么對(duì)于使用金屬加工冷卻液的客戶和供貨商來(lái)說(shuō)，都將需要作出很多的改變喳律。
冷卻液的基礎(chǔ)研究
基礎(chǔ)研究一直是奔馳石油公司的一個(gè)研究重點(diǎn)周狱，特別是高壓條件下的潤(rùn)滑劑表面化學(xué)特性問(wèn)題。例如赤朽，當(dāng)刀具與工件接觸時(shí)會(huì)發(fā)生什么樣的情況稿辙？如何有效地使用冷卻液中的氯、磷和硫來(lái)控制工件的表面光潔度芳撒。而且還需要量化薄膜是如何形成的邓深，以及是什么使它們形成的。接下來(lái)笔刹，也許也是最重要的問(wèn)題芥备，就是了解這些化學(xué)元素如何以一種復(fù)雜的過(guò)程，打破工件材料表面原子間的結(jié)合舌菜，例如鐵原子間的結(jié)合萌壳，以及采取控制分裂法來(lái)打開表面，達(dá)到推進(jìn)材料從工件上脫落的目的日月。這些化學(xué)物質(zhì)起著一種高速氫脆劑的作用袱瓮，通過(guò)在滑動(dòng)接觸區(qū)表面上形成的薄膜來(lái)控制摩擦力。
基礎(chǔ)研究與冷卻液的生產(chǎn)工藝緊密相關(guān)爱咬，在這一過(guò)程中尺借，其接觸壓力達(dá)到千兆Pa(GPa)以上绊起，或者與某一點(diǎn)有關(guān)，在這一點(diǎn)上可以發(fā)生任何水平的塑性形變燎斩。
植物油的使用
石油價(jià)格的不斷上漲成為磨削操作的一個(gè)不可忽視的問(wèn)題箩晦。趨向于使用溶劑精煉油的原因之一是它對(duì)熱沖擊不那么靈敏。對(duì)任何精密磨削操作而言树吏，熱穩(wěn)定性是非常重要的淀甘。研究人員發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)酷的磨削條件下漫介，水基冷卻液由于熱穩(wěn)定性問(wèn)題會(huì)給工件造成損傷风镊。水分會(huì)在切削表面上沸騰蒸發(fā)，從而造成整個(gè)系統(tǒng)處于干磨的狀態(tài)之下赏碑。但傾向于使用油基冷卻液的客戶也必須了解產(chǎn)生油霧的原因满颂，還需要采用較高壓力流量系統(tǒng)來(lái)清除油霧。
瑞士巴索公司(Blaser)認(rèn)為植物油是一個(gè)巨大的市場(chǎng)毯输。植物油不僅環(huán)保安全铁厌，而且還可以使生產(chǎn)效率得以提高。在某一應(yīng)用案例中霜甜，巴索公司的工程師們?cè)诟挠弥参镉鸵院螅股a(chǎn)周期節(jié)約了30%贩贵。他們發(fā)現(xiàn)箕昭，在更為困難的加工環(huán)境中應(yīng)用植物油可以獲得最高的生產(chǎn)效益。例如解阅，在鈦合金加工中采用植物潤(rùn)滑劑可以比加工鋁材獲得更高的效益落竹。植物油帶有極性，這一特性使植物油添加劑可以有效地形成細(xì)密均勻分布的表層货抄。巴索公司的客戶在開始使用植物油基的產(chǎn)品以后述召，已經(jīng)多次稱贊它們?cè)谔岣呱a(chǎn)效率方面的能力和好處，而且使用更加頻繁蟹地，加工速度更快积暖。
此外，植物油可以與切屑一起從機(jī)床上排出怪与，所加工生產(chǎn)的零件質(zhì)量更好夺刑，還可節(jié)約使用20%～30%。這也一定程度彌補(bǔ)了使用礦物油和植物油之間的成本差距分别。因?yàn)槿绻麅H從價(jià)格方面來(lái)看遍愿，初期使用的植物油基的切削冷卻液，其每加侖的價(jià)格可以躍升5～9美元耘斩，這對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講是一筆不小的開支淌影。植物油的另一優(yōu)點(diǎn)是游隅，大多數(shù)植物油的閃點(diǎn)都要比礦物油高，這對(duì)于一直使用油產(chǎn)品的那些客戶來(lái)說(shuō)脾韧，使用植物油顯然具有更高的安全性腊的。
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面族，這可以使客戶充分享受高壓帶來(lái)的提高生產(chǎn)率的優(yōu)勢(shì)吨肆。在為高壓應(yīng)用領(lǐng)域選用合適的金屬加工冷卻液時(shí)，水質(zhì)芙捏、水箱的大小劳仿、周期時(shí)間、水泵的配置粤唤、壓力和通過(guò)刀具冷卻液的輸送都是需要考慮的重要因素甜海。
冷卻液過(guò)濾器的選擇
冷卻液過(guò)濾器對(duì)冷卻液的性能發(fā)揮起著十分重要的作用。美國(guó)馬斯達(dá)化工公司的產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理Andy Nelson先生認(rèn)為预锅，過(guò)濾器應(yīng)該使過(guò)濾后的冷卻液中循環(huán)微粒不大于公差范圍的10%饵来。例如，公差范圍是±0.13 mm民傻，那么就選用能夠可靠地去除大于0.0025 mm微粒的過(guò)濾器胰默，以確保切屑遺留下來(lái)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漓踢，那么即使是很小的一點(diǎn)擦痕也會(huì)影響表面質(zhì)量和測(cè)量值牵署。而且時(shí)間一長(zhǎng)，過(guò)濾器上也會(huì)發(fā)生微粒累積現(xiàn)象喧半。因此奴迅，定期清除冷卻液中累積的微粒是非常必要的，因?yàn)樗鼈儠?huì)使冷卻液產(chǎn)生不必要的化學(xué)反應(yīng)挺据，進(jìn)而影響表面光潔度取具。
在磨削加工中，冷卻液能很快地使砂輪濕潤(rùn)扁耐，砂輪變成了一個(gè)迅速移動(dòng)的海綿體暇检，將冷卻液帶到接觸弧面處進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。砂輪能夠吸收的冷卻液越多做葵，那么冷卻液降低寄生阻力的能力越強(qiáng)占哟。沉積在砂輪上的殘留物對(duì)砂輪的影響也很大，因此必須注意保持砂輪的標(biāo)準(zhǔn)尺寸翠墩，對(duì)砂輪進(jìn)行正常的修整谴童、清潔，清除沉積在砂輪上的微小顆粒。這些殘留物一部分是混合硬水中所含的礦物質(zhì)整雷，另一部分則來(lái)自于殘油克干。
殘留物中的陽(yáng)離子，特別是鎂離子和鈣離子會(huì)與冷卻液中的濕潤(rùn)劑起化學(xué)反應(yīng)珠焦，產(chǎn)生一種柔軟的油污殘留物而粘附在砂輪表面上讽噪，降低了砂輪吸附冷卻液的能力。此外股背，這一化學(xué)反應(yīng)也會(huì)降低濕潤(rùn)劑在冷卻液中的含量渠吮，從而影響其有效地濕潤(rùn)砂輪的能力。如果在冷卻液中痹橙，加入“過(guò)量”的普通“主題”防泡沫劑僻绸，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(fù)合物乳劑)，那么也會(huì)發(fā)生類似的情況涕克。在“使用很小粒度的硬質(zhì)封閉式砂輪”時(shí)蛀醉，往往在任何時(shí)候都可以發(fā)生這些問(wèn)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衅码。美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)者委員會(huì)(ACGIH)建議油霧極限是0.2 mg/m3拯刁。盡管ACGIH并不是一個(gè)管理機(jī)構(gòu)，但美國(guó)職業(yè)安全和健康署(OSHA)還是接受了他們的建議逝段。
一旦這一新的限制生效以后垛玻，它必將會(huì)影響到設(shè)備制造商和最終用戶，并需要對(duì)設(shè)備作大量的改進(jìn)奶躯。這意味著可更多地使用合成液體夭谤，要求系統(tǒng)對(duì)油霧具有更好的控制功能。從理論上說(shuō)巫糙，植物油將不包括在內(nèi)，因此其使用量可能會(huì)有所增長(zhǎng)颊乘。
傾向于使用植物油加工的原因是因?yàn)槭偷膬r(jià)格不斷上漲参淹，以及更大量地使用高壓潤(rùn)滑油和通過(guò)刀具的潤(rùn)滑油。植物油具有更強(qiáng)的抗泡沫形成特性乏悄，還具有更強(qiáng)的抗微生物特性和更強(qiáng)的生物穩(wěn)定性浙值。
高鎂合金和低鎂合金的使用量在不斷增加，特別是在汽車工業(yè)褥辰，因?yàn)檫@種材料具有優(yōu)良的強(qiáng)度與重量比构鸭。由于這一發(fā)展趨勢(shì)而引進(jìn)了其它相關(guān)的金屬加工冷卻液。鎂是一種活性金屬力邻，與水接觸能釋放出氫氣旬性，這樣就容易引起火災(zāi)或爆炸。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(yīng)抒崖，這應(yīng)引起足夠的重視庵窄。
冷卻液和磨削加工
汽車制造商舍得花費(fèi)上百萬(wàn)美元購(gòu)置磨床，但是卻舍不得在輸送管和切削液上投資婉烈，這種現(xiàn)在磨削加工行業(yè)并不少見炉展。
在磨削加工中，冷卻液起著一個(gè)特殊的作用巩蕊，不但對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用聪磁，而且對(duì)加工費(fèi)用也會(huì)有很大的影響。砂輪主軸電機(jī)所消耗的功率主要分布在砂輪驅(qū)動(dòng)塑验、磨削加工和冷卻液傳送等方面瞎暑。磨削中工件所產(chǎn)生的熱量必須立即冷卻，防止局部溫度過(guò)高和因進(jìn)一步升溫而造成的材料相位轉(zhuǎn)變忿偷。相位轉(zhuǎn)變往往會(huì)造成殘余應(yīng)力和白層的形成金顿，降低材料的疲勞壽命，造成材料表面和次表面的裂紋鲤桥。
采用冷卻和潤(rùn)滑液以及選用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)揍拆，可以使磨削表面產(chǎn)生的熱量降低到最低程度，將所產(chǎn)生的大部分熱量由砂輪茶凳、切屑和冷卻液帶走嫂拴，從而達(dá)到生產(chǎn)工藝的冷卻目的。
冷卻液的輸送壓力贮喧、流量筒狠、溫度和流向等都對(duì)生產(chǎn)工藝的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性有很大影響。壓力控制液體的流速箱沦，流量和溫度控制液體的導(dǎo)熱速度辩恼，流向可以使液體清除在砂輪周圍運(yùn)動(dòng)的空氣障礙。噴射的液體必須對(duì)準(zhǔn)砂輪前的磨削區(qū)谓形，為空氣的流通打開一條通道荸速。
冷卻液流量的大小取決于所使用的砂輪，而在磨削過(guò)程中消耗的主軸功率所產(chǎn)生的熱量需要冷卻柒谈。在許多情況下穴阱，花費(fèi)在冷卻液噴嘴和液泵/過(guò)濾設(shè)計(jì)上的時(shí)間往往接近于機(jī)床的運(yùn)行時(shí)間。在其它情況下胖辨，機(jī)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(chǔ)爱蚣，提供一種簡(jiǎn)單的噴嘴系統(tǒng)，尤其是對(duì)工具磨床和宇航產(chǎn)品的磨床而言讹毁。冷卻液的噴射壓力應(yīng)與砂輪的轉(zhuǎn)速相匹配间炮，一般在0.4～0.2 kPa之間焙厂。而塑料噴嘴只能以低得多的壓力運(yùn)動(dòng)或分流，開放式的小直徑管子甚至?xí)驀娚淞Φ姆醋饔昧Χ蚝笸丝s毒奇，因此不適于應(yīng)用蔑辽。與噴嘴有關(guān)的其它問(wèn)題還包括高壓射流裂散問(wèn)題、出口前管內(nèi)高壓喘流問(wèn)題沥葛、與砂輪的極度接近問(wèn)題和以試湊法接近目標(biāo)問(wèn)題触尚。
對(duì)于連貫噴射的圓形噴嘴與高度可配置性相結(jié)合方式已經(jīng)過(guò)廣泛的試驗(yàn)。在最近進(jìn)行的一項(xiàng)案例研究中齿穗，客戶以礦物油作為冷卻液對(duì)透平葉片的葉根形狀進(jìn)行磨削加工傲隶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
- 砂輪使用壽命提高一倍，砂輪在每次修整后窃页，玻璃狀CBN含量增加了25%跺株；
- 降低了推斷力，加工精度進(jìn)一步提高脖卖；
- 消除了研磨燒傷和磨削裂紋乒省；
- 采用激光瞄準(zhǔn)以后，設(shè)定速度加快畦木；
- 降低了液泵和冷卻裝置的能耗袖扛；
- 噴嘴對(duì)不同加工零件的可調(diào)性程度提高。
對(duì)于冷卻液的應(yīng)用應(yīng)采取戰(zhàn)略性措施十籍，也就是說(shuō)蛆封，只將冷卻液用于需要的地方，應(yīng)能有效地節(jié)約能源且經(jīng)濟(jì)實(shí)用勾栗。一種優(yōu)秀的工程產(chǎn)品應(yīng)具有各種程度的可調(diào)性惨篱，可降低設(shè)置時(shí)間。
而且所選用的冷卻液應(yīng)能滿足加工需要和成本及生產(chǎn)利益幌侧。直接的油類產(chǎn)品令掠，如礦物油、合成油等一般具有較高的潤(rùn)滑性能整栏，而水溶性乳劑型冷卻液睹蜈，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着雪。
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