切削液配方的一点思考
 

配方1%)透明水溶性切削液

乙二醇  65.8;四硼酸钠  3.0;偏硅酸钠  1.0;磷酸钠  0.2;  余量。

本液用于结构钢的车削、研磨和钻孔,使用时用水稀释3倍。

……

共三种配方。

2 乳化切削油

配方1%)石油磺酸钠  13;聚氧乙烯烷基酚醚(OP-10  6.5;氯化石蜡 10~30;环烷酸铅  5;三乙醇胺油酸皂  2.5;高速机械油(5号)  余量。

本油用于金属加工的挤压、车、钻等到工序,使用浓度为本乳化油的5%~30%.

配方2%)妥尔油酸钠盐  4.5~5.5;石油酸钠盐  4.5~5.5;C1-4合成脂肪酸 2.5~4;聚乙二醇  1.5;工业机械油  余量。

……

共五种配方。

3 防锈极压乳化油

配方1%)氯化石蜡  10;硫化油酸  9;石油磺酸钡  20;油酸  2;三乙醇胺  5;机械油(10号)  余量。

本油主要用于重载切削加工,可代替植物油及硫化切削油。以20%的浓度使用。防锈性能良好。

……

共两种配方。

4 其他切削液

配方1(份)硫化切削油

硫化棉子油  500;棉子油  1350;硫磺  70;机械油(10号)  2200.

配方2……

共有四种配方。

切削液的配方研究:

水基切削液具有优良的冷却和清洗性能,但润滑和防锈性能差,因而应用范围受到限制。以松香、顺酐和多元胺等原料合成了非离子表面活性剂H,同是以油酸和三乙醇胺为原料合成油酸三乙醇胺酯,经实用证明:以非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液,具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。

 现代机械加工向高速、强力、精密方向发展,超硬、超强度等难加工材料的发展也使切削加工的难度日益增加。这两方面的原因导致切削加工过程中的摩擦力、摩擦热大幅度提高,这就要求金属加工液具有更好的润滑、冷却、清洗、防锈性能,以便获得理想的加工表面。矿物润滑油的润滑、防锈性能优越,但冷却、清洗性能差;乳化液和水基切削液的冷却、清洗性能优良,但润滑、防锈性能差。水基切削液除具有乳化液的所有性能外,其润滑、冷却、防锈性能亦达到或超过乳化液的标准要求。因而水基切削液已成为国内外机械加工中提高加工性能的发展方向[l]。在水基切削液中添加油性添加剂和极压添加剂,是改善水基切削液润滑和防锈性能的有效途径。以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂H具有优异的润滑和防锈性能,油酸三已醇胺酯是优良的油性添加剂,以非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液,具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。

     1、非离子表面活性剂H的合成

 在催化剂存在下,反应温度为160200时,松香[3]与顺酐进行共聚反应,共聚物进一步与多元胺发生中和反应,生成了非离子表面活性剂H。产物为红棕色粘稠液体。实验测定了顺酐,松香及其聚合物的红外光谱[2],证明了反应的发生。

 2 油酸三乙醇胺酯的合成

 油酸是重要脂肪酸之一,其润滑性能很好,但它是非水溶性的。要把它添加在水基切削液中,必须在其分子链中引入亲水基团。三乙醇胺分子中含有三个一OH基团,它可与酸发生酯化反应[4]

 130160C条件下,油酸与三已醇胺的初始反应摩尔比不超过13时,油酸的COOH基团与三乙醇胺的一0H基团发生酯化反应,生成了油酸三乙醇胺酯,油酸三乙醇胺酯是一种优良的水溶性油性剂。经四球机检测:5%的油酸三乙醇胺水溶液的最大无卡咬负荷PB值可达700N,用MPV200摩擦磨损试验机测定其摩系数为0.070

 3 新型水基切削液的配方及工艺流程

 (1)新型水基切削液的配方

 作者研制的新型水基合成切削液,主要成份有:非离子表面活性剂H、油酸三乙醇胺、极压抗磨剂、防腐剂及消泡剂等。其中非离子表面活性剂H、油酸三乙醇胺由自己合成,其他组分均为市售。各组分配比通过实验选定如表1所示。

 (2)工艺流程

 新型水基合成切削液的工艺流程如下:

 非离子表面活性剂H的制备一油酸三乙醇胺的合成一各组分混合一搅拌一一+加入消泡剂一装桶。4新型水基切削液的质量指标

 按照国标(GB6144—85)进行检测,新型水基切削液的质量指标如表2所示。

4 应用结果及理论分析

 (1)应用结果

 新型水基切削液研制完成之后,先后在渝州齿轮厂、大江车辆制造厂进行试用,都获得了比较理想的效果。综合起来,产品有如下特点:

 1)冷却性能突出。能大大带走切削热和充分冷却刃具的切削刃,使其保持硬度、强度和锐利的切削能力,从而提高了工作效率。

 2)润滑性能优越。在切削区能形成润滑油膜,切削液最大无卡咬负荷PB值达到686N以上。因而能大大降低切削力和降低刀具及砂轮的消耗。同乳化油相比,表面加工精度显著提高。

 3)该润滑切削液在使用中可以渗入工件切削表面的极细微裂缝中,使表面金属晶格脆化,使切削加工容易进行。

 4)具有很好的流动性和良好的清洗性。同乳化油相比,可提高工件光洁度l2级。

 5)具有优良的稳定性。在存储和使用时,不分层及析出沉淀物,不易腐败,不产生防碍工人健康的气体。同时该产品不含对人体有害的亚硝酸钠和矿物油,工作环境干净无味,加工时能清晰观察工件表面。

 6)具有优良的化学、热安定性和防锈性。在高温、高压与空气接触中不分解、不变质、不腐蚀金属表面。加工件常温下两周内不生锈。

 7)新型水基切削液的总体性能与矿物油相当,但成本不到矿物油的一半。

 8)新型水基切削液的工作废液少,易于处理,大大地减少了环境污染。

 (2)理论分析

 1)润滑性能分析

 在金属切削加工中,大多数摩擦属于边界润滑摩擦。在边界润滑中,由于不存在完全的油膜,其承载能力已与油的粘度无关,而取决于润滑液的油性,即润滑成分是否包含着对金属存在强烈吸附的原子

团,能在切削界面形成物理吸附膜。

 非离子表面活性剂H中的极性基团对金属有较大的亲合能力,很容易吸附在金属表面上,形成吸附润滑膜。因其疏水基团较大,并有芳环结构,具有油性剂的作用。同时非离子表面活性剂H含有N非活性极压元素,它兼有油性剂和极压剂的双重功效。再与加入的极压抗磨剂协同作用,形成高强度物理和化学吸附膜,使之在高压、高温和激烈摩擦作用下不致于破坏。能防止或减小工件、切屑、刀具三者之间的直接接触,达到减小摩擦及粘结的目的,起到极好的润滑作用。

 油酸三乙醇胺是一种阳离子表面活性剂,作为油性剂添加在切削液中,易在刃具与切削工件之间形成物理吸附膜,从而起到润滑作用。另外,油酸三乙醇胺与极压抗磨剂也有良好的协同抗磨作用,亦可使润滑性能显著提高。

 2)清洗性能分析

 切削液清洗性能的好坏,与切削液的渗透性和流动性紧密相关,表面张力低、渗透性和流动性好的切削液,清洗性能就好。

 新型水基切削液中由于有含量不低的非离子表面活性剂H和阳离子表面活性剂油酸三乙醇胺的存在,二者协调作用,极大地降低了切削液的表面张力,明显地增强了切削液的渗透性和流动性。因而具有很好的清洗性能。

 3)冷却性能分析

 切削液的冷却作用,取决于它的导热系数、比热、汽化热及汽化速度等。水的导热系数为油的35倍,比热为油的22.5倍,故水的冷却性能比油优越很多。新型水基切削液中含有90%以上的水分,所以冷却性能突出。

 4)防锈性能分析

 非离子表面活性剂H本身具有防锈和防腐作用,与加入的防腐剂产生复合增效作用,在金属表面形成吸附保护膜层,钝化膜层,从而阻滞了阴、阳极腐蚀过程,由于有致密的履盖膜,能有效地抗拒介质中的水分子、氧及其他腐蚀性物质的浸入,具有优良的防腐、防锈性能。

 5 结论

 (1)以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂H,具有优异的润滑、防锈和清洗性能。

 (2)油酸三乙醇胺酯是一种优良的水溶性油性剂。

 (3)以非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液,具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破