切削液的⼏种配⽅,赶紧收藏起来!切削液(cutting fluid, coolant)是⼀种⽤在⾦属切削、磨加⼯过程中,⽤来冷却和润滑⼑具和加⼯件的⼯业⽤液体,切削液由多种超强功能助剂经科学复合配合⽽成,同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点。克服了传统皂基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的的⽑病,对车床漆也⽆不良影响,适⽤于⿊⾊⾦属的切削及磨加⼯,属当前最领先的磨削产品。切削液各项指标均优于皂化油,它具有良好的冷却、清洗、防锈等特点,并且具备⽆毒、⽆味、对⼈体⽆侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染等特点。切削液的分类⽔基的切削液可分为乳化液、半合成切削液和全合成切削液。乳化液、半合成以及全合成的分类通常取决于产品中基础油的类别:乳化液是仅以矿物油作为基础油的⽔溶性切削液;半合成切削液是既含有矿物油⼜含有化学合成基础油的⽔溶性切削液;全合成切削液则是仅使⽤化学合成基础油(即不含矿物油)的⽔溶性切削液。每⼀种类型的切削液都会含有除基础油以外的各种添加剂:防锈剂、有⾊⾦属腐蚀钝化剂、消泡剂等。有些⼚家会有微乳液的分类;通常认为是介于乳化液和半合成切削液之间的类别。乳化液的稀释液在外观上呈乳⽩⾊;半合成液的稀释液通常呈半透明状,也有⼀些产品偏乳⽩⾊;全合成液的稀释液通常完全透明如⽔或略带某种颜⾊。切削液配⽅主要成分有:⼄⼆醇、四硼酸钠、偏硅酸钠、磷酸钠。⼄⼆醇:⼄⼆醇⼄⼆醇⼜名“⽢醇”、“1,2-亚⼄基⼆醇”,简称EG。化学式为(HOCH2)₂,是最简⼄⼆醇:单的⼆元醇。⼄⼆醇是⽆⾊⽆臭、有甜味液体,对动物有毒性,⼈类致死剂量约为1.6g/kg。⼄⼆醇能与⽔、丙酮互溶,但在醚类中溶解度较⼩。⽤作溶剂、防冻剂以及合成涤纶的原料。⼄⼆醇的⾼聚物聚⼄⼆醇(PEG)是⼀种相转移催化剂,也⽤于细胞融合;其硝酸酯是⼀种炸药。四硼酸钠:四硼酸钠,或称硼砂,分⼦式Na2B4O7·10H2O,是⾮常重要的含硼矿物及硼化合四硼酸钠:物。通常为含有⽆⾊晶体的⽩⾊粉末,易溶于⽔。硼砂有⼴泛的⽤途,可⽤作清洁剂、化妆品、杀⾍剂,也可⽤于配置缓冲溶液和制取其他硼化合物等。硼砂常指四硼酸钠的⼗⽔合物,即Na2B4O7.10H2O,但市售硼砂往往已经部分风化。偏硅酸钠:偏硅酸钠是普通泡化碱与烧碱⽔热反应⽽制得的低分⼦晶体,商品有⽆⽔、五⽔和偏硅酸钠:九⽔合物,其中九⽔合物只有我国市场上存在,因其熔点只有42℃,贮存时很容易变为液体或膏状,正逐步被淘汰,但由于⼀些⽤户习惯和⼀些领域对结晶⽔不是很在意,九⽔偏硅酸钠还是有⼀定市场。磷酸钠:磷酸钠(化学式:Na3PO4)为磷酸盐,是⼀种⽆机化合物。⼀般磷酸钠指的是⼗⼆磷酸钠:⽔合磷酸钠(Na3PO4·12H2O)。⼗⼆⽔合磷酸钠在⼲燥空⽓中风化,且将其加热⾄100°C时,会失去结晶⽔⽽成为⽆⽔物。乳化切削油配⽅主要成分有:⽯油磺酸钠、聚氧⼄烯烷基酚醚、氯化⽯蜡、环烷酸铅、三⼄醇胺油酸皂、⾼速机械油、妥尔油酸钠盐、⽯油酸钠盐、合成脂肪酸、聚⼄⼆醇、⼯业机械油。⽯油磺酸钠:别称:烷基磺酸钠、T702防锈剂、⽯油磺酸钠T702;分⼦式:R-SO3Na(R=C14⽯油磺酸钠:~C18烷基);结构式为:RSO3Na、其中R为平均14~18个碳原⼦的直链脂肪族烷基;溶解性:溶于⽔⽽成半透明液体,对酸碱和硬⽔都⽐较稳定;氯化⽯蜡:氯化⽯蜡是⽯蜡烃的氯化衍⽣物,具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优氯化⽯蜡:点,可⽤作阻燃剂和聚氯⼄烯辅助增塑剂。⼴泛⽤于⽣产电缆料、地板料、软管、⼈造⾰、橡胶等制品。以及应⽤于涂料、润滑油等的添加剂。环烷酸铅:制备⽅法由环烷酸钠与⼄酸铅复分解置换⽽得。先将环烷酸加⽔升温⾄90-100℃,再缓缓加⼊30%的氢氧化钠溶液进⾏皂化,⾄溶液透明,得环烷酸钠,再⽤⼄酸铅复分解置换得粗品,经⽔洗涤,加热脱⽔得成品环烷酸铅。三⼄醇胺油酸皂:油酸皂对动植物油、矿物油、机油、⽯腊、润滑油等具有良好的清洗能⼒,三⼄醇胺油酸皂:并具有很好的防锈能⼒。⾦属切削液中可作清洗部分,同时具有良好的润滑性能、⿊⾊⾦属的防腐性,并有很好的冷却和防锈功能,⽤于钢、铁、铝、合⾦钢、低合⾦钢、钟表元件等⾦属加⼯半成品清洗剂,有防锈作⽤。在⼀般⼯业作为乳化剂,对矿物油、植物油、蜡垢有较好的乳化性能。⾼速机械油:⾼速机械油⼜称⾼速锭⼦油。轻质机械油的⼀种。粘度较低的润滑油。由⽯油馏⾼速机械油:分经硫酸精制或溶剂精制并加⼊抗氧剂⽽得。要求润滑性能好,对机械零件磨损⼩;稳定性好,长期使⽤不易变质;颜⾊浅,不污染纱布。主要⽤于转速⾼、负荷轻的纺织机械摩擦部分,如细纺机、捻线机、粗纺机、针织机的⽌推轴承,也适⽤于其他⾼转速低负荷的机械及⼀些⾃动控制仪表的润滑。主要质量指标是粘度、闪点、凝固点等。合成脂肪酸:合成脂肪酸是以⽯油产品经化学合成⽅法制得的脂肪酸。⽤作制皂的原料。其碳合成脂肪酸:数为10~18,碳数较低的部分⽤于其他⼯业。⽯蜡氧化法⽣产合成脂肪酸的原料为C21~28,馏程为350~420℃的正构烷烃(俗称⽯蜡),也有⽤馏程为320~450℃的正构烷烃。聚⼄⼆醇:⽆毒、⽆刺激性,具有良好的⽔溶性,并与许多有机物组份有良好的相溶性。它们聚⼄⼆醇:具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接剂、抗静电剂及柔软剂等,在化妆品、制药、化纤、橡胶、塑料、造纸、油漆、电镀、农药、⾦属加⼯及⾷品加⼯等⾏业中均有着极为⼴泛的应⽤。防锈极压乳化油配⽅主要成分有:氯化⽯蜡、硫化油酸、⽯油磺酸钡、油酸、三⼄醇胺、机械油。氯化⽯蜡:氯化⽯蜡是⽯蜡烃的氯化衍⽣物,具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优氯化⽯蜡:点,可⽤作阻燃剂和聚氯⼄烯辅助增塑剂。⼴泛⽤于⽣产电缆料、地板料、软管、⼈造⾰、橡胶等制品。以及应⽤于涂料、润滑油等的添加剂。将计量的液体⽯蜡加⼊反应釜中,在搅拌下滴加氯化亚砜,回流5~7h后,常压回收过量的氯化亚砜。⽤⽔、NaOH⽔溶液依次洗涤减压脱⽔⾄含⽔量⼩于2%,出料为成品。⽯油磺酸钡:⽯油磺酸钡是⽬前国内应⽤较多的缓蚀剂。根据不同的使⽤条件⼀般添加量在1-⽯油磺酸钡:10%。它具有优良的抗潮湿、抗盐雾、抗盐⽔和⽔置换性能,对多种⾦属具有优良的防锈性能。适⽤于防锈油脂中作防锈剂,如配制置换型防锈油、⼯序间防锈油、封存⽤油和润滑防锈两⽤油及防锈脂。⽯油磺酸钡的静态腐蚀试验情况较好,对钢、黄铜、紫铜、铝合⾦、锌等多种⾦属⽆腐蚀作⽤。油酸:油酸是⼀种单不饱和Omega-9脂肪酸,存在于动植物体内。化学式C18H34O2(或油酸:CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH)。将油酸加氢加成得到硬脂酸。油酸的双键反式异构体称为反油酸。作为化学试剂、⽤作⾊谱对⽐样品及⽤于⽣化研究,核定钙、氨、铜,测定镁、硫等。三⼄醇胺:精制⽅法:⼯业品的三⼄醇胺含量在80%以上,其余含有1.0%以下的⽔,2.5%以下三⼄醇胺的⼄醇胺和15%的⼆⼄醇胺以及少量的聚⼄⼆醇等杂质。精制时⽤⽔蒸⽓蒸馏除去⼄醇胺,加⼊氢氧化钠使三⼄醇胺成碱⾦属盐⽽析出,分离后中和,再进⾏减压蒸馏得纯品。机械油:⽯油润滑油馏分经脱蜡、溶剂精制及⽩⼟处理⽽得的⼀般质量的润滑油。通常只加抗机械油:氧化添加剂。机械油分为⾼速机械油和普通机械油,分别⽤于纺织机械锭⼦、普通机床等⼀般机械的润滑,按50℃运动粘度分牌号。
切削液配方
1、 透明水溶性切削液
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;水 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160~200℃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]。
在130~160。C条件下,油酸与三已醇胺的初始反应摩尔比不超过1:3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MPV一200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l~2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3~5倍,比热为油的2~2.5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
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