水溶性切削液在机械加工的使用与维护

水溶性切削液中的有效成分通常仅为百分之几,相比非水性切削液其使用条件非常苛刻。因此,必须采取正确的使用方法,对水溶性切削液进行有效的维护,以充分发挥其功效。

金属切削加工使用冷却液的历史从17世纪开始距今已有几百年。从开始的苏打水到18世纪的植物油、肥皂水,19世纪的菜籽油、硫化切削液及合成切削液,直到现代各类切削油和水溶性切削液的使用,其发展趋势是功能愈来愈强,持续使用时间愈来愈长,更加环保。

近年来,随着机械加工工业的发展,金属加工液、油的需求量不断增长。虽然在刀具新材料的不断发展下出现了干切削的加工模式,但占绝大多数的机加工还是以切削液或切削油作为润滑介质,而且由于环保及经济方面的考虑水性有取代纯油加工的趋势。

水性的金属切削液几乎都是以矿物油为基础加上各种功能剂调配而成。全合成的切削液不含矿物油,采用合成原料作为润滑剂,但由于其润滑性能的局限性主要用于磨削。

水溶性切削液如果没有正确的维护会遇到各种各样的问题,必须在推荐的浓度下使用,否则会引起腐蚀,出现恶臭、皮肤过敏等问题。另外,一些因素如水的硬度、杂油的污染程度也是决定冷却液寿命的重要原因。在此,我们以好富顿公司的水溶性切削液为例,就其主要影响因素展开讨论。

浓度管理

正确维护好冷却液的使用浓度将会给冷却液带来长的使用寿命及良好的加工性能。使用合适的浓度是非常重要的,太高的浓度会给操作工人带来皮肤刺激,太低的浓度又会造成细菌的繁殖,工件加工质量会下降,刀具寿命会缩短。检测浓度最简单且有效的方法是采用折光仪。只需要少量的工作液滴在折光仪的面板上,将折光仪对准亮光的地方就可以读出折光读数。折光读数乘上产品特有的折光系数就是工作液的浓度。有时由于杂油的混入读数的分界线会不太清楚,这时需要估计一下读数。

冷却液的浓度直接关系到冷却液各项性能的发挥,如浓度异常,则可能会发生以下问题:浓度过高时,出现泡沫问题,皮肤刺激性增强,对机床油漆面产生影响,机床及机床周围容易形成污垢;浓度过低时,切削性能不佳(因润滑性不够导致工具寿命、加工精度和加工光洁度的下降),工件、机床和切屑等生锈,耐腐败性降低(冷却液使用寿命缩短)。

水硬度

通常金属加工液的生产厂家所给出的产品防锈性能是在用中等硬度水配制并以标准试验方法测得的结果。水的硬度由溶解于水中的矿物质的含量所决定,硬度太高易导致出现乳液不稳定现象,容易对金属造成腐蚀。通过滴定或硬度试纸可以很容易测得水的硬度。

由于水分是不断蒸发的,而工作液中的矿物质成分、添加剂或油分不会蒸发,所以工作液的浓度及组分是不断变化的。这个变化的大小与使用温度及工作液的使用频率有关。金属切屑及加工零件的带出同样会影响冷却液的浓度变化,每次加水都会带来矿物质的累积,对稀释水的水质的具体要求如表所示。由于这些盐分会带来对工件及机床部件的腐蚀,因此对工作浓度的要求会随使用时间的延长而相应增加,以用于抵抗盐分增加所导致抗腐性能的降低。溶入到工作液中的盐分是很难被去除的,只有两个办法可以采用,提高冷却液的防腐能力,或是将冷却液换成新液。

微生物管理

金属加工液一旦与水混合后就会不可避免地受到微生物的攻击。自来水或者雨水中都存在有各种细菌、真菌、霉菌和酵母菌等,这些菌种可以在温暖的化学物质存在的环境下快速生长。空气中细菌的传布也是存在的。冷却液中通常包含有抗菌的组分,这些组分在保持有一定水平的情况下可以有效地抵抗微生物的侵害,但是这些组分在使用的过程中会消耗。

另一种控制细菌的方法是生物稳定型,就是允许一定细菌的存在但不让其过度繁殖,比如将细菌的数量控制在1×105个/ml以下。乳化液通常容易被细菌攻击,半合成液更容易被真菌所攻击。细菌的攻击导致表面活性剂的消耗从而影响乳液的稳定性,最终使得油水分离。细菌的生长分解出更多的酸性物质降低了工作液的pH值,还会导致腐蚀及皮肤过敏的发生。如果冷却液箱中总是覆盖一层杂油就会促使厌氧菌的生长。厌氧菌将硫转化成硫化氢气体,闻起来就是一股臭鸡蛋味。

通常工厂工作一周后会放两天假,这个时候就需要尽量将冷却液箱中的浮油从液面撇除。同时也可以添加适当的后处理用杀菌剂来控制细菌的生长,但值得注意的是要掌握好添加量,加得太多会引起皮肤不适。杀菌剂大都是甲醛释放型,添加时甲醛在工作液中的含量控制在800~2000ppm之间。大于2000ppm皮肤过敏的可能性大大增加,小于800ppm起不到杀菌作用。

真菌、霉菌或酵母菌繁殖后会形成粘稠的皮状物,最终这些皮状物覆盖在液面以及机床内部并堵塞滤网及管道。这时甚至加入杀菌剂也不能完全杀灭,因为杀菌剂很难穿透这层皮膜。只能通过物理方法来清除。一旦清理完后应当立即加入杀真菌剂,不然真菌还会很快生长出来。通常可以采用测菌片进行细菌检测。

冷却液中繁殖的微生物主要是存在于尘埃、土壤中的细菌、酵母菌之类。其混入途径主要有几种,如图2所示。

事实上,微生物的混入是不可避免的,因此,为防止冷却液腐败,应该在冷却液的细菌数超过1×105个/ml或真菌数超过1×102个/ml时,立即添加杀细菌剂或杀真菌剂处理。

冷却液中的细菌、真菌可以用细菌、真菌测定盒测定。测定结果细菌在1×103个/ml以下,真菌0为理想。用户也可以根据经验定期添加杀菌剂,以确保冷却液的使用寿命。

pH值管理

pH值降低是造成冷却液腐败、工件生锈的直接原因之一,如图3所示。因此,经常测定冷却液的pH值,并使其保持在指标值范围之内,可将有效地防止冷却液的腐败和工件、设备的锈蚀现象。如发现pH值降低现象,首先进行浓度检测,如浓度正常,则添加pH值向上剂;如浓度偏低,则首先补充原液,校正浓度;如浓度校正后pH值仍偏低,可以添加好富顿pH调整剂以提高pH值。

杂油及管理

通常冷却液均具有一定的抗杂油能力,但大量杂油(如导轨油、液压油等)的混入将大大加剧冷却液的劣化速度,导致冷却液的分离、腐败等现象。因此,必须安装撇油器以及时除去混入的杂油,并经常记录润滑油的补给量,及时发现、修补泄露处,使杂油混入量控制在最小限度,这将有效地延长冷却液的使用寿命,从而降低使用成本。

由于新生的切屑具有较强的反应活性,会过多地消耗冷却液的有效成分,因此,及时清除产生的切屑(必须安装磁性过滤器或其他过滤设备),也是维持冷却液各项性能不受影响的重要手段。

结语

使用水溶性切削液时,冷却液中的有效成分通常仅为百分之几,这些相对少量的成分必须发挥各种性能。考虑到这一点,与非水溶性切削液相比,水溶性切削液的使用条件是非常苛刻的。

在这种苛刻的使用环境中,如果不严格地进行冷却液的管理,想要长时间地保证其性能的发挥是非常困难的。另外,一旦发生变质、腐败等现象,想要恢复到原来正常的使用状态将耗费巨大的人力和物力。因此,冷却液的日常使用维护不可或缺。我们希望能够通过对以上内容的理解和实施,以此来延长冷却液的使用寿命并减少现场问题的发生概率。

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