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隨著模具工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,新材料,新工藝不斷涌現(xiàn),在模具加工過程中選擇 合適的切削液對(duì)於保證產(chǎn)品加工質(zhì)量,提高加工效率,減少環(huán)境污染都是至關(guān)重要的. 金屬加工液最基本的功能是潤(rùn)滑,冷卻,排屑,防銹 .這四個(gè)性能不是完全孤立的,既有 統(tǒng)一面,又有對(duì)立面.如切削油的潤(rùn)滑,防 性能較好,但冷卻,清洗性能差;水溶液的冷 卻,洗滌性能較好,但潤(rùn)滑和防 性能差. 一般認(rèn)為,在低速重負(fù)荷切削加工(螺紋切削,擴(kuò)孔和齒面切削)時(shí),需要充分的潤(rùn)滑,通常 選用極壓切削油劑,切削潤(rùn)滑劑的主要任務(wù)是縮小推進(jìn)面與屑的粘結(jié),作為邊界潤(rùn)滑劑.在 高速淺層切削加工時(shí), 冷卻是首要的, 一般選用水基切削液——它的主要作用是降低摩擦熱, 帶走熱量.那些切削液難以到達(dá)剪切區(qū)域的加工作業(yè),給潤(rùn)滑,冷卻造成很大困難.通常對(duì) 擴(kuò)孔,齒輪切削(特別是滾齒),深孔鉆和鏜孔,攻絲(特別是盲孔),深套孔,車螺紋加工要 精心選擇適用的切削液. 實(shí)踐證明,選用合適的金屬加工液,能降低切削溫度 60~150℃,降低表面粗糙度 1~2 級(jí), 減少切削阻力 15~30%, 成倍地提高刀具和砂輪的使用壽命,并能把鐵屑和灰末從切削區(qū)沖 走,因而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量. 在模具加工過程中,刀具的作用是在主剪切區(qū)域把加 工材料用強(qiáng)剪切力切除剝落.刀具的推進(jìn)面和暴露的 新鮮金屬面之間,由於強(qiáng)烈的附著作用使推進(jìn)面受到 高的應(yīng)力.因切割剝落的屑要移過刀具推進(jìn)面,從而 形成了第二剪切區(qū)域——該區(qū)域產(chǎn)生的剪切作用使刀 具受到最大摩擦力.在此時(shí),潤(rùn)滑和冷卻作用的重要 性同時(shí)凸顯出來.值得注意的是,金屬去除類的機(jī)械 加工種類很多,又各有其獨(dú)特工況. 圖 1 金屬加工液在生產(chǎn)中的應(yīng)用 下文將聚焦金屬加工液在三種具體加工方式中的應(yīng) 用,并結(jié)合本刊對(duì)殼牌(Shell)和德國(guó)歐海(OEL- HELD)兩家公司的用戶采訪報(bào)道,說明金屬加工液的具體應(yīng)用和性能要求. 電火花加工 殼牌公司旗下的萬(wàn)安 EDM110 和 130 是優(yōu)質(zhì)火花電蝕加工油 (見表 1,轉(zhuǎn)下頁(yè)),采用高精 度煉且芳香烴含量極低的石蠟基基礎(chǔ)油制成,絕緣性好,產(chǎn)品加工精度高,使用壽命長(zhǎng),對(duì) 皮膚刺激小.其中,前者粘度中等,適合火花電蝕加工;后者粘度較高,適合火花電蝕較高 精度加工.這兩種產(chǎn)品還可作為刀具研磨油使用. 殼牌萬(wàn)安 EDM110 和殼 牌萬(wàn)安 EDM130 具有一 些相同的特點(diǎn):①粘度 低, 對(duì)工件和火花塞有極 好的清洗作用; ②帶屑性 表 1 殼牌萬(wàn)安 EDM 110/130 火花電蝕加工油當(dāng)前產(chǎn)品典型值 好,延長(zhǎng)電極使用壽命; ③絕緣性好,高介電強(qiáng)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高閃點(diǎn),可減少機(jī)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn);⑥高沸點(diǎn),最大限度減少揮發(fā)損失,防止因揮發(fā)損 失導(dǎo)致油粘度升高和加工精度下降;⑦良好的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性,且使用壽命長(zhǎng),不易 氧化變色;⑧無色無嗅,有助於用戶觀察火花塞加工過程的情況;⑨良好的過濾性,快速清 除加工過程中產(chǎn)生的細(xì)屑;⑩芳烴含量極低,對(duì)皮膚刺激作用小,對(duì)人體無害. 磨削 磨削過程中磨粒與金屬表面的摩擦?xí)�產(chǎn)生大量熱量. 當(dāng)熱量聚集到一定程度時(shí) (磨削點(diǎn)的瞬 間溫度可達(dá) 1500℃,磨料與工件的磨削區(qū)域的平均溫度為 500℃至 800℃之間),工件表 面就會(huì)出現(xiàn)灼傷甚至形變, 因此成品的表面質(zhì)量和精度將受到影響. 如果改善磨削加工的操 作條件,運(yùn)用磨削油進(jìn)行充分的冷卻和潤(rùn)滑,加工過程中的一半熱能都會(huì)被冷卻劑吸收,而 最終進(jìn)入到工件的熱量只占到整個(gè)加工過程產(chǎn)生熱能的 15%.因此,磨削油有效降低了工 件被灼傷的機(jī)率. 磨削油以基礎(chǔ)油為載體,通過在 基礎(chǔ)油中添加多種具有不同性質(zhì) 和功能的添加劑混合而成.目前 圖 2 使用 OEL-HELD 的 Sintogrind 磨削油的加工結(jié)果與 世界上性能最好的磨削油基礎(chǔ)油 是以乙烯為原料直接合成的聚 α其它產(chǎn)品的使用效果對(duì)比 a: 其它磨削油和常規(guī)砂輪的磨削效果 b: 其它磨削油和 內(nèi)冷式砂輪的磨削效果 c: Sintogrind 和內(nèi)冷式砂輪的磨 削效果 烯烴. 由於產(chǎn)物的純凈和均一性, 聚 α-烯烴具有其他基礎(chǔ)油無可比 擬的卓越性能,并在一級(jí)方程式 賽車的嚴(yán)酷條件下用作基礎(chǔ)油. 由於其組成結(jié)構(gòu)為純烷烴, 因此具有優(yōu)異的抗剪切能力和抗老化穩(wěn)定性, 非常適用於高速磨 削的加工. OEL-HELD (中國(guó)) 西南代表處的魏欣陽(yáng)表示, 其公司旗下的 Sintogrind, Diagrind, Toolgrind 系列高性能磨削油采用聚 α-烯烴,氫化裂解油作為基礎(chǔ)油,具有蒸發(fā)率低,無腐蝕性(包括 對(duì)密封件),可過濾性好,沖洗性強(qiáng),消泡性高,閃點(diǎn)高以及黏度指數(shù)較高等優(yōu)點(diǎn).在獨(dú)特 的磨擦改良劑,抗磨添加劑,極壓添加劑和抗氧化劑等的協(xié)同作用下,上述系列磨削油在加 工硬質(zhì)合金時(shí)完全避免了金屬鈷的析出, 并具有優(yōu)異的抗剪切能力和抗老化穩(wěn)定性, 在減少 能耗與砂輪磨損的同時(shí), 工具表面不會(huì)產(chǎn)生任何灼傷, 從而達(dá)到高精度加工要求并獲得良好 的表面光潔度, 因此被絕大多數(shù)的知名磨床制造商所推薦, 在歐美等國(guó)家市場(chǎng)占據(jù)主要的份 額. 切削 近年來金屬切削液的發(fā)展和變化主要是在水溶性液體領(lǐng)域. 這類液體以水為基質(zhì), 傳熱速度 高(水的傳熱速度為油的 2.5 倍).等量的水吸收一定熱量后,比油的溫升要慢得多,從而提 高了冷卻效果,且可減少油霧.因此,水基切削液的用量增大. 目前,水基切削液在中國(guó)切削液市場(chǎng)總體中約占 60%,但水基切削液與油相比存在著一些 問題,這包括潤(rùn)滑性差,以及 蝕,膠體穩(wěn)定性,化學(xué)穩(wěn)定性,生物穩(wěn)定性,可濾性,泡沫 性等方面的問題. 這些因 素對(duì)切削液在機(jī)床應(yīng)用 時(shí)的 "油池壽命(Sump Life)"至關(guān)重要. 殼牌公司旗下的殼牌斯 特來 Sitala CE 3402 高 性能水溶性切削液 (見表 2),含有大量極壓添加 表 2 殼牌斯特來 Sitala CE 3402 水溶性切削液當(dāng)前產(chǎn)品典型值 劑,適用於鋼材和鋁合金材料的加工.可滿足要求高表面精度的苛刻加工,以及高壓,使用 內(nèi)冷刀具的工藝,如:深孔鉆,鉆孔,銑和 MAPAL 絞孔等. 殼牌斯特來 Sitala CE 3402 具有良好的抗泡沫性能,優(yōu)異的生物穩(wěn)定性和清洗性能,可保 持機(jī)床和工件清潔. 其良好的冷卻能力和潤(rùn)滑性能, 能確保加工工件的高精度. 同時(shí), Sitala CE 3402 的生物穩(wěn)定性優(yōu)異,產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng),可顯著降低維護(hù)成本.而高度抗腐蝕性能 則有利於保護(hù)刀具,加工工件和導(dǎo)軌. 節(jié)能環(huán)保,降本增效的發(fā)展趨勢(shì)不可阻擋 深圳市模具技術(shù)學(xué)會(huì)專家委員羅百輝指出, 企業(yè)在選用金屬加工液時(shí)要全面權(quán)衡利弊, 須達(dá) 到以下要求:熱容量大,導(dǎo)熱性好,具有較好的冷卻作用.具有較高的油性或是較強(qiáng)的金屬 表面吸附作用,能使形成的吸附薄膜具有較高強(qiáng)度,牢固吸附在金屬表面,起到良好的潤(rùn)滑 作用.而防 性好的話,對(duì)金屬不起腐蝕作用,也不會(huì)因腐蝕而損壞機(jī)床和工件的精度及表 面粗糙度.同時(shí),表面張力低的產(chǎn)品,易於均勻擴(kuò)散,利於冷卻和洗滌作用并具有較好潤(rùn)滑 性. 羅百輝同時(shí)表示,經(jīng)濟(jì)成本方面的考慮也很重要.金屬加工液必須使用方便,價(jià)格低廉,要 求容易配置并最好適用於多種金屬材料和多種加工方式(如車,磨,刨等),有一定的透明 度,在提高切削速度時(shí)不冒煙.對(duì)人體無害,無毒,無異味.不會(huì)傷害皮膚及鼻腔粘膜,不 刺激眼睛等.穩(wěn)定性好,使用壽命長(zhǎng).在長(zhǎng)期使用和貯存期間,不分層,不析出沉淀物,不 發(fā)霉變質(zhì).切削廢液量較大,考慮廢液處理,避免造成環(huán)境污染. 中國(guó)"保增長(zhǎng),擴(kuò)內(nèi)需"的政策舉措正付諸實(shí)施,重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃也相繼出臺(tái),模具企業(yè)購(gòu) 買力在不斷提升,企業(yè)轉(zhuǎn)型所需產(chǎn)品種類將更廣泛,并且對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)要求必會(huì)飛速提高. 在經(jīng)濟(jì)危機(jī)的考驗(yàn)之下,模具行業(yè)金屬加工液用戶的需求必然加速向高效節(jié)能,健康環(huán)保, 低經(jīng)濟(jì)成本的方向邁進(jìn).