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關於機加工中切(磨)削液的作用及維護


時間:2016-06-29 09:36

一.切(磨)削液的作用

在金屬切削過程中,為提高切削效率,提高工件的精度和降低工件表麵粗糙度,延長刀具使用壽命,達到最佳的經濟效果,就必須減少刀具與工件、刀具與切屑之間磨擦,及時帶走切削區內因材料變形而產生的熱量。要達到這些目的,一方麵是通過開發高硬度耐高溫的刀具材料和改進刀具的幾何形狀,如隨著碳素鋼、高速鋼硬質合金及陶瓷等刀具材料的相繼問世以及使用轉位刀具等,使金屬切削的加工率得到迅速提高;另一方麵采用性能優良的切(磨)削液往往可以明顯提高切削效率,降低工件表麵粗糙度,延長刀具使用壽命,取得良好和經濟效益切(磨)削液作用有如下幾方麵:

1.冷卻作用

冷卻作用是依靠切(磨)削液的對流換熱和汽化把切削熱從固體(刀具、工件和切屑)帶走,降低切削區的溫度,減少工件變形,保持刀具硬度和尺寸。

切(磨)削液的冷卻作用取決於它的熱參數值,特別是比熱容和熱導率。此外,液體的流動條件和熱交換係數也起重要作用,熱交換係數可以通過改變表麵活性材料和汽化熱大小來提高。水具有較高的比熱容和大的導熱率,所以水基的切(磨)削性能要比油基切(磨)削液好。

改變液體的流動條件,如提高流速和加大流量可以有效地提高切(磨)削液的冷卻效果,特別對於對於冷卻效果差的油基切(磨)削液,加大切(磨)削液的供液壓力和加大流量,可有較提高冷卻性能。在槍鑽深孔和高速滾齒加工中就采用這個辦法。采用噴霧冷卻,使液體易於汽化,也可明顯提高冷卻效果。

切(磨)削液的冷卻效果受切(磨)削液的滲透性能所影響,滲透性能好的切(磨)削液,對刀刃的冷卻速度快,切(磨)削液的滲透性能與切(磨)削液的粘度和浸潤性有關。低粘度液體比高粘度液體滲透性能要好,油基切(磨)削液的滲透性能比水基切(磨)削液滲透性能要強,含有表麵活性劑的水基切(磨)削液其滲透性能則大大有所提高。切(磨)削液的浸潤性能與切(磨)削液的表麵張力有關,當液體表麵張力大時,液體在固體的表麵向周圍擴張聚集成液滴,這種液體的滲透性能就差;當液體表麵張力小時,液體在固體表麵向周圍擴展,固體-液體-氣體的接觸角很小,甚至為零,此時液體的滲透性能就好,液體能迅速擴展到刀具與工件,刀具與切屑接觸的縫隙中,便可加強冷卻效果。

冷卻作用的好壞還與泡沫有關,由於泡沫內部是空氣,空氣的導熱性差,泡沫多的切(磨)削液冷卻效果會降低,所以一般含表麵活性劑的合成切(磨)削液都加入了少量的乳化矽油,起到消泡作用。近年的研究表明,離子型水基切(磨)削液能通過離子的反應,迅速消除切削和磨削時由於強烈磨擦所產生的靜電荷,合工件不產生高熱,起到良好的冷卻效果,這類離子型切(磨)削液已廣泛用作高速磨削和強力磨削的冷卻潤滑液。

2.潤滑作用

在切削加工中,刀具與切削、刀具與工件表麵之間產生磨擦,切(磨)削液就是減輕這種磨擦的潤滑劑。刀具方麵,由於刀具在切削過程中帶有後角,它與被加工材料接觸部分比前刀麵少接觸壓力也低,因此,後刀麵的摩擦潤滑狀態接近於邊界潤滑狀態,一般使用吸附性強的物質,如油性劑和抗剪強度降低的極壓劑,能有效地減少摩擦。前刀麵的狀況與後刀麵不同,剪切區經變形的切削在受到刀具推擠的情況下被迫擠出,其接觸壓力大,切削也因塑性變形而達到高溫,在供給切(磨)削液後,切削也因受到驟冷而收縮,使前刀麵上的刀與切屑接觸長度及切屑與刀具間的金屬接觸麵積減少,同時還使平均剪切應力降低,這樣就導致了剪切角的增大和切削力的減少,從而使工件材料的切削加工性能得到改善。在磨削過程中,加入磨削液後,磨削液滲入磨粒與工件及磨粒與磨屑之間形成潤滑膜,由於這層潤滑膜使得這些界麵的摩擦減輕,防止磨粒切削刃的摩擦磨損,工件表麵粗糙度降低。切(磨)削液的潤滑作用,一般油基切(磨)削液比水基切(磨)削液優越,含油性、極壓添加劑的油基切(磨)削液效果更好。油性添加劑一般是帶有極壓性基等的長鏈有機化合物,如高級脂肪酸、高級醇、動植物油脂等。油基添加劑是通過極性基吸附在金屬的表麵上形成一層潤滑膜,減少刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦,從而達到減少切削阻力,延長刀具壽命,降低工件表麵粗糙度的目的。油性添加劑的作用隻限於溫度較低的狀況,當溫度超過200℃,油性劑的吸附層受到破壞而失去潤滑作用,所以一般低速、精密切削使用含有油性添加劑的切(磨)削液,而在高速、重切削的場合,應使用含有極壓添加劑的切(磨)削液。所謂極壓添加劑是一些含有硫、磷、氯元素的化合物,這些化合物在高溫下與金屬起化反應,生成硫化鐵、磷化鐵、氯化鐵等,具有低剪切強度的物質,從而降低了切削阻力,減少了刀具與工件、刀具與切屑的摩擦,使切削過程易於進行。含有極壓添加劑的切(磨)削液還可以抑製積屑瘤的生成,改善工件表麵粗糙度。

氯化鐵的結晶呈層狀結構,所以剪切強度最低。氯化鐵與硫化鐵相比,其熔點低,在高溫下(約400℃)會失去潤滑作用。磷酸鐵介於氯化鐵和硫化鐵之間,硫化鐵耐高溫性能(700℃)最好,在重負荷切削及難切削材料的加工中一般都使用含有硫極壓劑的切(磨)削液。極壓添加劑除了和鋼、鐵等黑色金屬起化學反應生成具有低剪切強度的潤滑膜外,對銅、鋁等有色金屬同樣有這個作用。不過有色金屬的切削一般不宜用活性極壓添加劑,以免對工件造成腐蝕切(磨)削液的潤滑作用同樣與切(磨)削液的滲透性有關,滲透性能好的切(磨)削液,潤滑劑能及時滲入到切屑與刀具界麵和刀具與工件界麵,在切屑、工件和刀具表麵形成潤滑膜,降低摩擦係數,減少切削阻力。

切(磨)削液除上述的潤滑效果外,最近研究認為,切削可以直接滲入到金屬表麵的微小裂紋中,改變了被加工材料的物理性質,從而降低切削阻力,使切削過程容易進行。

3.清洗作用

在金屬切削過程中,切削、鐵粉、磨屑、油汙等物易粘附在工件表麵和刀具、砂輪上,影響切削效果,同時使工件和機床變髒,不易清洗所以切(磨)削液必須有良好的清洗作用,對於油基切(磨)削液,粘度越低,清洗能力越強,特別是含有柴油、煤油等輕組份的切(磨)削液,滲透和清洗性能就更好。含有表麵活性劑的水基切(磨)削液,清洗效果較好表麵活性劑一方麵能吸附各種粒子、油泥,並在工件表麵形成一層吸附膜,阻止粒子和油泥粘附在工件、刀具和砂輪上,另一方麵能滲入到粒子和油汙粘附的界麵上把粒子和油汙從界麵上分離,隨切(磨)削液帶走,從而起到清洗作用。切(磨)削液的清洗作用還應表現在對切屑、磨悄、鐵粉、油汙等有良好的分離和沉降作用。循環使用的切(磨)削液在回流到冷卻槽後能迅速使切屑、鐵粉、磨屑、微粒等沉降於容器的底部油汙等物懸浮於液麵上,這樣便可保證切(磨)削液反複使用後仍能保持清潔,保證加工質量和延長使用周期。

4.防鏽作用

在切削加工過程中,工件如果與水和切(磨)削液分解或氧化變質所產生的腐蝕介質接觸,如與硫、二氧化硫、氯離子、酸、硫化氫、堿等接觸就會受到腐蝕,機床與切(磨)削液接觸的部位也會因此而產生腐蝕,在工件加工後或工序間存放期間,如果切(磨)削液沒有一定的防鏽能力,工件會受到空氣中的水分及腐蝕介質的侵蝕而產生化學腐蝕和電化學腐蝕,造成工件生鏽,因此,要求切(磨)削液必須具有較好的防鏽性能,這是切(磨)削液最基本的性能之一。切削油一般都具備一定有防鏽能力,如果工序間存放周期不長,可以不加防鏽添加劑,因為在切削油中加入石油磺酸鋇等防鏽添加劑會使切削油的抗磨性能下降。

二.切(磨)削液的分類

切(磨)削液分為油基切(磨)削液和水基切(磨)削液兩大類

1.油基切(磨)削液的分類

切(磨)削液是以礦物油為主要成分,根據加工工藝和加工材料的不同,可以用純礦物油,也可以加入各類油性添加劑和極壓添加劑以提高其潤滑效果

1)純礦物油主要采用用煤油、柴油等輕質油。輕質油主要用於鑄鐵的切削及珩磨、研磨加工,有利於鐵粉的沆降。純礦物油成本低、穩定性好,對金屬不腐蝕,使用周期長。在使用過程中,即使有少量切(磨)削液漏入齒箱、軸承和液壓係統中或部分潤滑油漏入切削油中,都不致影響機床的使用性能。但純礦物油由於不含潤滑添加劑,潤滑效果較差,承載能力低,一般隻適用於輕負荷切削及易切削鋼材和有色金屬的加工。對於要求低溫流動性能好的切削油,可用聚烯烴等合成油,凝點可達-30℃以下,但價格較貴。

2)脂肪油(或油性添加劑)+礦油脂肪油曾被廣泛用作切削油,一般用於精車絲杠、滾齒、剃齒等精密切削加工,常用的有菜籽油、豆油、豬油等。脂肪油主要由脂肪酸組成,對金屬表麵有較強的吸附性能,具有良好的潤滑性能,其缺點是易氧化變質,並在機床表麵形成難於清洗的粘膜(即“黃袍”)。脂肪油也可按一定比例(約10%~30%)加入礦物油中,以提高礦物油的潤滑效果,但由於脂肪油為食用油,貨源少,近年來已逐漸被油性添加劑所替代,其摩擦係數可達到菜籽油的水平,用於精車絲杠、插齒刨齒、拉削等均獲得良好效果。

3)非活性極壓切削油由礦物油+非活性極壓添加劑組成。所謂非流活性極壓切削油是指切削油在100℃,3h的腐蝕試驗中,銅片腐蝕在2級以下(中等程度均勻變色)。氯化石蠟、磷酸脂、高溫合成的硫化脂肪油等屬非活性極壓添加劑。這類切削油的極壓潤滑性能好,對有色金屬不腐蝕,使用方便,被廣泛用於多種切削加工。

4)活性極壓切削油由礦物油+反應性強的硫係極壓添加劑配製而成。這類切削油對銅片的腐蝕為3~4級,對有色金屬有嚴重腐蝕。它有良好的抗燒結性能和極壓潤滑性,可以提高高溫條件下刀具使用壽命嶧刀具積屑瘤有強的控製能力,多用於容易啃刀的材料和難加工材料的切削。

5)複合切削油由礦物油+油性添和極壓添加劑配製而成。油性添加劑,如高級脂肪酸、脂肪油等,這些化合物在表麵產生物理吸附和化學吸附,形成一個分子膜吸附層,可降低切削時的摩擦阻力,但這類添加劑隻在較低的溫度時才有效,當溫度高於200℃時,極性化合物產生解吸和分解而失去潤滑作用,這時,需要極壓添加劑發揮作用,在上麵已提到,此處不再重複。同時,含有油性劑和硫、磷、氯極壓添加劑的複合切削油,可以在很寬的範圍內保持良好的潤滑狀態,適合於多工位切削及多種材料的加工。

2.水基切(磨)削液的分類

1) 防鏽乳化液由礦物油、乳化劑、防鏽劑等組成,礦物油的含量約為50%~80%,在水中形成水包油型乳化液。與油基切(磨)削液相比,乳化液的優點在於冷卻效果好,一般稀釋為5%~10%的水溶液使用,成本低,使用安全。乳化液最大的缺點是穩定性差,易受細菌的侵蝕而發臭變質,使用周期短。

2) 防鏽潤滑冷卻液這類乳化液含有動植物脂肪或長鏈脂肪酸(如油酸),具有較好的潤滑性。缺點是這些動植物脂肪或長鏈不飽和脂肪酸更易受微生物的侵蝕而分解,使用周期很短。為了延長其實用周期,可在乳化液中加入少量的碳酸鈉、硼砂或苯甲酸鈉(約為水稀釋後乳化液的0.1%~0.3%),可提高乳化液的pH值和增強抗黴菌的能力,延長使用周。

3) 極壓乳化液這類乳化液含有油溶性的硫、磷、氯型極壓添加劑,具有強的極壓潤滑性,可用於攻絲、拉削、帶鋸等重切削加工,也用於不鏽鋼、耐熱合金鋼等難切削材料的加工。

4) 微乳液這類乳化液含油量較少(約10%~30%)含表麵活性劑量大,可在水中形成半透明狀的微乳液,乳化顆粒在0.1µm以下一般乳化液的顆粒>1µm)。微乳液的優點是穩定性較乳化液大大提高,使用周期也比乳化液長。

5) 極壓微乳液含有硫、磷、氯型極壓添加劑,具有較好的極壓潤滑性,可用於重型負荷切削材料的加工。含有硫、磷、氯型極壓;添加劑的乳化液或微乳液,要特別注意提高其防鏽性能。氯離子的存在很容易對黑色金屬產生腐蝕,因此,要選擇在水中不易分解的含氯極壓添加劑,含硫極壓劑的乳化液不適合用於加工銅合金。

6) 化學合成切(磨)削液,化學合成切(磨)削液包括二種:一種是含有水溶性防鏽劑的真溶液,如亞硝酸鈉、碳酸鈉、三乙醇胺等組成的水溶性液。這類溶液具有一定的冷卻、清洗、防鏽性,不易變質,使用周期較長,但其潤滑性和潤濕性較差,表麵張力較大(與水接近),並且在水份蒸發後,金屬表麵會留下硬的結晶殘留物,所以這類切(磨)削液隻適合於一般的磨削加工。另一種合成液是由表麵活性劑、水溶性防鏽劑和水溶性潤滑劑組成,是一種顆粒極小的膠體溶液。這種切(磨)削液表麵張力低,一般小於400Pa,其潤濕性好,滲透能力強,冷卻和清洗性能好,也有一定的潤滑作用。合成切(磨)削液由於是單體係,其穩定性較乳化液好,使用周期長,但由於不含油,且清洗能力強,很容易把機床導軌麵上的潤滑油清洗掉,造成刀架移動困難,並在這些可移動部件的接觸麵容易產生鏽蝕,所以在使用合成切(磨)削液時要注意加強設備的防鏽管理。

7) 極壓化學全盛切(磨)削液,這種切(磨)削液是包含有水溶性極壓添加劑的化學全盛切(磨)削液,如硫化脂肪酸皂、氯化脂肪聚醚等,可以使切(磨)削液的極壓潤滑性大幅度提高。含硫的水溶性極壓添加劑對銅腐蝕嚴重,不適宜在有銅零件的設備使用,而且,一般硫氯型的水溶性極壓添加劑在水中的穩定性差,易分解出腐蝕性強的硫酸根、氯離子等,對機床和工件會引起腐蝕,必須在切(磨)削液中加入防鏽能力強的水基金屬防鏽劑的金屬鈍化劑。近年來,已開發出非硫磷氯型的水基極壓潤滑劑,這類潤滑劑除有較好的極壓潤滑外,還具備一定的防鏽能力,對有色金屬不產生腐蝕可擴大水基合成切(磨)削液的使用範圍。

3.油基切(磨)削液和水基切(磨)削液的區別

油基切(磨)削液的潤滑性能較好,冷卻效果較差。水基切(磨)削液與油基切(磨)削液相比潤滑性能相對較差,冷卻效果較好。慢速切削要求切(磨)削液的潤滑性要強,一般來說,切削速度低於30m/min時使用切削油。 含有極壓添加劑的切削油,不論對任何材料的切削加工,當切削速度不超過60m/min時都是有效的。在高速切削時,由於發熱量大,油基切(磨)削液的傳熱效果差,會使切削區的溫度過高,導致切削油產生煙霧、起火等現象,並且由於工件溫度過高產生熱變形,影響工件加工精度,故多用水基切(磨)削液。

乳化液把油的潤滑性和防鏽性與水的極好冷卻性結合起來,同時具備較好的潤滑冷卻性,因而對於大量熱生成的高速低壓力的金屬切削加工很有效。與油基切(磨)削液相比,乳化液的優點在於較大的散熱性,清洗性,用水稀釋使用而帶來的經濟性以及有利於操作者的衛生和安全而使他們樂於使用。實際上除特別難加工的材料外,乳化液幾乎可以用於所有的輕、中等負荷的切削加工及大部分重負荷加工,乳化液還可用於除螺紋磨削、槽溝麻削等複雜磨削外的所有磨削加工,乳化液的缺點是空易使細菌、黴菌繁殖,使乳化液中的有效成分產生化學分解而發臭、變質,所以一般都應加入毒性小的有機殺菌劑。

化學合成切(磨)削液的優點在於經濟、散熱快、清洗性強和極好的工件可見性,易於控製加工尺寸,其穩定性和抗腐敗能力比乳化液強。潤滑性欠佳,這將引起機床活動部件的粘著和磨損,而且,化學合成留下的粘稠狀殘留物會影響機器零件的運動,還會使這些零件的重疊麵產生鏽蝕。一般在下列的情況下應選用水基切(磨)削液:

1)對油基切(磨)削液潛在發生火災危險的場所。

2)高速和大進給量的切削,使切削區超於高溫,冒煙激烈,有火災危險的場合。

3)從前後工序的流程上考慮,要求使用水基切(磨)削液的場合。

4)希望減輕由於油的飛濺護油霧和擴散而引起機床周圍汙染和肮髒,從而保持操作環境清潔的場合。

5)從價格上考慮,對一些易加工材料護工件表麵質量要求不高的切削加工,采用一般水基切(磨)削液已能滿足使用要求,又可大幅度降低切(磨)削液成本的場合。

當刀具的耐用度對切削的經濟性占有較大比重時(如刀具價格昂貴,刃磨刀具困難,裝卸輔助時間長等);機床精密度高,絕對不允許有水混入(以免造成腐蝕)的場合;機床的潤滑係統和冷卻係統容易串通的場合以及不具備廢液處理設備和條件的場合。均應考慮選用油基切(磨)削液。

三.切(磨)削液的選用

在根據加工方法、要求精度來選擇切(磨)削液之前,設置了安全性、廢液處理等限製項目,通過這些項目可確定是選擇用油基切(磨)削液還是用水基切(磨)削液這兩大類別,如強調防火和安全性,就應考慮選擇水基切(磨)削液,當選擇水基切(磨)削液時,就應考慮廢液的排放問題,企業應具備廢液處理的設施。有些工序,如磨削加工,一般隻能選用水基切(磨)削液;對於使用硬質合金刀具的切削加工,一般考慮選用油基切(磨)削液。一些機床在設計時規定使用油基切(磨)削液,就不要輕易改用水基切(磨)削液,以免影響機床的使用性能。通過權衡這幾方麵的條件後,便可確定選用油基切(磨)削液還是水基切(磨)削液。在確定切(磨)削液的主項後,可根據加工方法,要求加工的精度、表麵粗糙度等項目和切(磨)削液的特征來進行第二步選擇,然後對選定和切(磨)削液能能否達到預期的要求進行鑒定,最後作出明確的選擇結論。

1.根據機床的要求選擇切(磨)削液

在選用切(磨)削液時,必須考慮到機床的結構裝置是否適應。有些機床,如多軸自動車床,齒輪加工機床,設計時就已考慮使用油基切(磨)削液,所以沒有采用特殊的軸承蓋的特殊的裝置來保護機床內部機構免受外界水、汽的侵襲,並且,這類機床大都靠油基切(磨)削液來潤滑接近切削區域的運動部件,因而必須使用油基切(磨)削液。如果使用水基切(磨)削液水溶性會滲透到軸承和機床內部結構,使這些零部件脫油產生腐蝕加速磨損。水基切(磨)削液滲入液壓係統會使液壓油乳化變成油包水或水包油的乳化液,使粘度增大或大幅度下降,改變了液壓油的性質,影響液壓係統的正常運行。因此,對於那些原用油基切(磨)削液的機床,要轉用水基切(磨)削液時必須慎重,必要時要作適當的改裝,否則會導致機床損壞。

2.根據刀具材料選擇切(磨)削液

1)工具鋼刀具:其耐熱溫度約在200~300℃之間,隻能適用於一般材料的切削,在高溫下會失去硬度。由於這種刀具耐熱性差,要求冷卻液的冷卻效果要好,一般采用乳化液為宜。

2)高速鋼:這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩(有的還含鋁)為基礎的高級合金鋼,它們的耐熱明顯比工具鋼高,允許的最高溫度可達600℃。與其他耐高溫的金屬和陶瓷材料相比,高速鋼有一係列優點,特別是它具有較高的堅韌性,適合於幾何形狀複雜的工件和連續和切削加工,而且,高速鋼具有良好的可加工性和價格上容易被接受。使用高速鋼刀具進行低速和中速切削時,建議采用油基切(磨)削液或乳化液。在高速切削時,由於發熱量大,以采用水基切(磨)削液為宜。若使用油基切(磨)削液會產生較多的煙霧,汙染環境,而且容易造成工件燒傷,加工質量下降,刀具磨損增大。

3)硬質合金刀具:用於切削刀具的硬質合金的硬度大大超過高速鋼,最高允許工作溫度可達1000℃,具有優良的耐熱性能,在加工鋼鐵材料時,可減少切屑間的粘結現象。在選用切削時,要考慮硬質合金對驟熱的敏感性,盡可能使用刀具均勻受熱,否則會導致崩刃。在加工一般材料時,經常采用幹切削,但在幹切削時,工件濕升較高,使工件產生熱變形,影響工件加工精度,而且在沒有潤滑劑的條件下進行切削,由於切削阻力大,使功率消耗增大,刀具的磨損也加快。幹切削也是不分合算的。在選用切(磨)削液時一般油基切(磨)削液的熱傳導性能較差,使刀具產生驟冷的危險性比水基切(磨)削液小,所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切(磨)削液為宜。在使用冷卻液進行切削時,要注意均勻冷卻刀具,在開始切削之前,最好預先用切(磨)削液冷卻刀具。對於高速切削,要用大流量切(磨)削液噴淋切削區,以免讚成刀具受熱不均勻產生崩刃,亦可減少由於溫度過高產生蒸發形成和煙汙染。

4)陶瓷刀具:采用氧化鋁、金屬和碳在高溫下燒結而成,這種材料的高溫耐磨性比硬質合金要好,一般采用幹切削,但考慮到均勻的冷卻和避免溫度過高,也常用水基切(磨)削液。

5)金剛石刀具:具有極高的硬度,一般采用幹切削。為避免溫度過高,也象陶瓷材料一樣,許多情況下采用水基切(磨)削液。

3.根據工件材料選擇切(磨)削液

工件材料的性能對切(磨)削液和選擇很重要,可把被加工材料按其可切削性的難易劃分為不同的級別,以此作為選擇切(磨)削液的依據,在選擇切(磨)削液時,對於難加工的材料應選擇活性度高的含抗磨極壓添加劑的切(磨)削液,對於易加工材料可選用純礦物油劃其他不含添加劑的切(磨)削液。

4.根據加工方法選擇切(磨)削液

切削加工是一個複雜過程,盡管是切削一種材料,但當切削速度改變或切削工件的幾何形狀改變時,切(磨)削液顯示的效果就完全不同,所以在選擇切(磨)削液時要結合加工工藝和加工工序的特點來綜合考慮。對於不同切削加工類型,金屬的切除特性是不一樣的,較難的切削加工對切(磨)削液要求也較高。切削過程的難易程度,按從難到易的次序排列如下:

內拉削-外拉削-攻絲-螺紋加工-滾齒-深孔鑽-鏜孔-用成形刀具切削螺紋-高速低進給切削螺紋-銑削-鑽孔-刨削-車削(單刃刀具)-鋸削磨削。

上述排列順序並不是絕對的,因為,刀具的幾何形狀和工件材料的變化也會改變加工的難易程度。

下麵對一些常用的加工方法如何選擇切(磨)削液作簡單的敘述。

1)車削、鏜削

(1)粗車:粗車時加工餘量較大,因而切削深度和進給量都較大,切削阻力大,產生大量切削熱,刀具磨損也較嚴重,主要應選擇用以冷卻作用為主並具有一定清洗、潤滑和防鏽作用的水基切(磨)削液,將切削熱及時帶走,降低切削溫度,從而提高刀具耐用度,一般選用極壓乳化液效果更好。極壓乳化液除冷卻性能好之外,還具備良好的極壓潤滑性,可明顯延長刀具使用壽命,提高切削效率,使用水基切(磨)削液要注意機床導軌麵的保養,下班前要將工作台上的切(磨)削液擦幹,塗上潤滑油。

(2)精車:精車時,切削餘量較小,切削深度隻有0.05~0.8mm,進給量小,要求保證工件的精度和粗糙度。精車時由於切削力小,溫度不高,所以宜采用高濃度(10%以上)的乳化液和含油性添加劑的切(磨)削液為宜。對於精度要求很高的車削,如精車螺紋,要采用菜籽油、豆油劃其他產品作潤滑液才能達到精度要求。正如上麵所提到的,由於植物油穩定發差,易氧化,有的工廠采用了精密切削潤滑劑全損耗係統用油作為精密切削油,效果很好。

(3)鏜削:鏜削機理與車削一樣,不過它是內孔加工,切削是和切削速度均不大,但散熱條件差,可采用乳化液作切(磨)削液,使用時應適當增加切(磨)削液的流量和壓力。

2)銑削:銑削是斷續切削,每個刀齒的切削深度時刻變化,容易產生振動和一定和衝擊力,所以銑削條件比車削條件差。用高速刀具高速平銑或高速端銑時,均需要冷卻性好,並有一定潤滑性能的切卻液,如極壓乳化液。在低速銑削時,要求用潤滑性好的切削油,如精密切削油和非活性極壓油。對不鏽鋼和耐熱合金鋼,可用含硫、氯極壓添加劑的切削油。

3)螺紋加工:切削螺紋時,刀具與切削材料成楔形接觸,刀刃三麵被切削材料所包圍,切削力矩大排屑較困難,熱量不能及時由切屑帶走,刀具容易磨損,切屑碎片擠塞並且容易產生振動。尤其車螺紋和攻螺紋時切削條件更苛刻,有時會出現崩刃和斷絲錐,要求切(磨)削液同時具備較低的摩擦係數和較高的極壓性,以減少刀具的摩擦阻力和延長刀具使用壽命,一般應選用同時含有油性劑和極壓劑的複合切(磨)削液。此外,攻螺紋時切(磨)削液的滲透性能很重要,切(磨)削液能否及時滲透到刀刃上,對絲錐的耐用度影響很大,切(磨)削液的滲透性與粘度有關,粘度小的油滲透性較好,必要時可加入少量的柴油或煤油來提高滲效果。有的場合,如盲孔攻螺紋時切(磨)削液很難進入孔中,這時采用粘度大,附著力強的切(磨)削液效果反而更好。

4)鉸削:鉸削加工是對孔的精度加工,要求精度高鉸削屬低速小進給量切削,主要是刀具與孔壁成擠壓切削,切屑碎片易留在刀槽或粘接在刀刃邊上,影響刃帶的擠壓作用,破壞加工精度和表麵粗糙度增加切削扭矩,還會產生積屑瘤,增加刀具磨損鉸孔基本上屬於邊界潤滑狀態,一般采用潤滑性能良好並有一定良好性的高濃度極壓乳化液或極壓切削油,就可以得到良好效果。對深孔鉸削,采用潤滑性能好的深孔鑽切削油便能滿足工藝要求。

5)拉削:拉刀是一種沿著軸線方向按刀刃和齒升並列著眾多刀齒的加工工具,拉削加工的特點是能夠高精度地加工出具有複雜形狀的工件。因為拉刀是貴重刀具所以刀具耐用度對生產成本影響較大。此外,拉削是精加工,對工件表麵粗糙度要求嚴格。拉削時,切削阻力大,不易排屑,冷卻條件差,易刮傷工件表麵,所以要求切(磨)削液的潤滑性和排悄性能較好。國內已有專用的含硫極壓添加劑的拉削油。

6)鑽孔:使用一般的麻花鑽鑽孔,屬於粗加工,鑽削時排屑困難,切削熱不易導出往往造成刀刃退火,影響鑽頭使用壽命及加工效率。選用性能好的切(磨)削液,可以使鑽頭的壽命延長數倍甚至更多,生產率也可明顯提高。一般選用極壓乳化液或極壓合成切(磨)削液。極壓合成切(磨)削液表麵張力低,滲透性好,能及時冷卻鑽頭,對延長刀具壽命,提高加工效率十分有效。對於產鏽鋼、耐熱合金等難切削材料,可選用低粘度的極壓切削油。

7)深孔鑽:深孔鑽(槍鑽)是近年發展起來的深孔加工工藝。傳統的深孔加工(孔深與孔徑之比大於5),需要鑽、鏜、粗鉸、研磨等多道工序才能加工出有較高精度和較低表麵粗糙度的孔。新工藝是采用結構特殊的刀具和高壓冷卻潤滑係統,可將上述多道工序簡化為一次連續走刀完成相當深度的高精度和低表麵粗糙度的孔加工。這種工藝效率高,經濟效益顯著。

性能優良的深孔鑽切(磨)削液是深孔鑽加工技術關鍵之一,深孔鑽切(磨)削液必須具備下列性能。

(1) 良好的冷卻作用,消除由於變形及摩擦所產生的熱量,抑製屑瘤的生成。

(2) 良好的高溫潤滑性,減少刀刃及支承的摩擦磨損,保證刀具在切削區的高溫下保持良好的潤滑狀態。

(3) 良好的滲透性,排屑性,使切(磨)削液及時滲透到刀刃上,並保證切屑能順利排出,因此,深孔鑽切(磨)削液要求具有高的極壓性和低的粘度。目前國內生產的深孔鑽切削油具備了良好的高溫潤滑性,冷卻性和排屑性,已被廣泛使用在進口和國產的深孔鑽機床上,使用性能良好。

8)齒輪加工:滾齒、插齒時刀齒斷續切削並有衝擊力,故刀齒容易磨損,尤其在進給量大和高速切削時,刀齒的磨損就更嚴重,所以要求切(磨)削液具備良好的潤滑性能。過去在滾齒、插齒中一般都是用20或30號機械油作切削油,由於機械油中不含添加劑,故加工的齒輪麵粗糙度較差,刀具耐用度也低。近年來,許多工廠在原用機械油的基礎上加進1精密切削潤滑劑,使加工的齒輪齒麵粗糙度和精密度達到精密汽車的要求,刀具耐用度也明顯提高。這是因為在機械油中加入後,摩擦係數約降低30%,承受負荷能力提高50%以上,大大降低了切削時的摩擦阻力,使加工質量和刀具耐用度均有明顯改善。對於高硬度材料的滾齒、插齒,用氯係添加劑和有機鉬添加劑的切削油有明顯效果。

對於高速切齒加工,用油基切(磨)削液,會產生較大的油煙,汙染環境,而且由於冷卻不充分,往往會造成工件表麵燒傷,影響加工質量,刀具磨損也加劇,此時,最好選用具有強極壓性的水基切(磨)削液,如含有硫、磷極壓添加劑的水基合成切(磨)削液或高濃度極壓乳化液,可克服高速切削時的油汙染,加工質量和刀具磨損情況均比油基切(磨)削液好。但對原有的滾齒、插齒機床,必須采取措施,防止水進入轉動部分,以免機床產生故障。

用硬質合金刀具進行齒輪加工,過去大部分采用幹切削,工件溫度升高,刀具壽命低。最近研製成功的EC滾切硬齒切削油,可以成功地用於滾齒加工,使工件溫度下降,提高了齒輪的加工精度,刀具的壽命可延長80%~100%。

剃齒加工要求高的表麵質量,為了防止粘刀,可采用含活性極壓添加劑的切削油,又因為剃齒加工產生細小的切屑,為了使切屑容易衝掉,最好用低粘度的切削油,如果切屑分離不暢,會使已加工表麵質量惡化。

9)磨削:磨削加工能獲得很高尺寸精度和較低的表麵粗糙度。磨削時,磨削速度高發熱量大,磨削溫度可高達800~1000℃,甚至更高,容易引起工件表麵燒傷和由於熱應力的作用產生表麵裂紋及工件變形,砂輪磨損鈍化,磨粒脫落,而且磨屑和砂輪粉末易飛濺,落到零件表麵而影響加工精度和表麵粗糙度,加工韌性和塑性材料時,磨屑嵌塞在砂輪工作麵上的空隙處或磨屑與加工金屬熔結在砂輪表麵上,會使砂輪失去磨削能力,因此,為了降低磨削溫度,衝洗掉磨屑和砂輪末,提高磨削比和工件表麵質量,必須采用冷卻性能和清洗性能良好、並有一定潤滑性能和防鏽性能的切(磨)削液。

(1)普通磨削:可采用防鏽乳化液或蘇打水及合成切(磨)削液,對於精度要求和精密磨削,使用精磨液可明顯提高工件加工精度和磨削效率。

(2)高速磨削:通常把砂輪線速度超過50m/s的磨削稱為高速磨削。當砂輪的線速度增加時,磨削溫度顯著升高。從試驗測定,砂輪線速度為60m/s時的磨削溫度(工作平均溫度)比30m/s高約50%~70%;砂輪線速度為80m/s時,磨削溫度比60m/s時又高15%~20%。砂輪線速度提高後,單位時間內參加磨削的磨粒數增加,摩擦作用加劇,消耗能量也增大,使工件表層溫度升高,增加表麵發生燒傷和形成裂紋的可能性,這就需要用具有高效冷卻性能的冷卻液來解決,所以在高速磨削時,不能使用普通的切(磨)削液,而要使用具有良好滲透、冷卻性能的高速磨削液,才能滿足線速度60m/s的高速磨削工藝要求。

(3)強力磨削:這是一種先進的高效磨削工藝,例如功入式高速強力磨削時,線速度為60m/s的砂輪以每分鍾3.5~6mm左右有進給速度徑向功入,功除率可高達20~40mm3/mm.s,這時砂輪磨粒與工件摩擦非常劇烈,即使在高壓大流量和條件下,所測到摩擦區工件表層溫度範圍達700~1000℃,如果冷卻條件不好,磨削過程就不可能進行。在功入式強力磨削時,采用性能優良的合成強力磨削液與乳化液相比,總磨量提高35%,磨削比提高30%~50%,延長正常磨削時間約40%,降低功率損耗約40%,所以強力磨削時,冷卻液的性能對磨削效果影響很大。

(4)金剛石砂輪磨削:這是適用於硬質合金、陶瓷、玻璃等硬度高的材料的磨削加工,可以進行粗磨、精磨,磨出表麵一般不產生裂紋、缺口,可以得到較低的表麵粗糙度。為了防止磨削時產生過多的熱量和導致砂輪過早磨損,獲得較低的表麵粗糙度,就需要連續而充分的冷卻。這種磨削由於工件硬度高,磨削液主要應具備冷卻和清洗性能,保持砂輪鋒銳,磨削液的摩擦係數不能過低,否則會造成磨削效率低,表麵燒傷等不良效果,可以采用以無機鹽為主的化學合成液作磨削液。精磨時可加入少量的聚乙醇作潤滑劑,可以提高工件表麵加工質量。對於加工精度高的零件,可采用潤滑性能好的低粘度油基切(磨)削液。

(5)螺紋、齒輪和絲杠磨削:這類磨削特別重視磨削加工後的加工麵質量和尺寸精度,一般宜采用含極壓添加劑的磨削油,這類油基磨削液由於其潤滑性能好,可減少磨削熱,而且其中的極壓添加劑可與工件材料反應,生成低剪切強度的硫化鐵膜和氯化鐵膜,能減輕磨粒》切削刃尖端的磨損,使磨削順利進行。為了獲得較好的冷卻性和清洗性,切(磨)削液要保證防火安全,應選用低粘度高閃點的磨削油為宜。

10)珩磨:珩磨加工的工件精度高,表麵粗糙度低,加工過程產生鐵粉和油石粉顆粒度很小,容易懸浮在磨削液中,造成油石孔堵塞,影響加工效率和破壞工件表麵的加工質量,所以要求冷卻潤滑液具備較好的滲透、清洗、沉降性能。水基冷卻液對細小粉末的沉降性能差,一般不宜采用。粘度大的油基磨削液也不利粉末的沉降,所以一般采用粘度小約(2~3mm2/s(40℃))的礦物油加入一定量的非活性的太太硫化脂肪油作珩磨油。

11)管材拉拔:

拉拔製品在工業上和日常生活中應用廣泛。而這些製品的質量及生產率都需要有信能良好的工藝潤滑劑予以保證。

A.棒材、線材拉拔潤滑油劑

(1)鋼的拉拔潤滑:鋼絲拉拔時,由於存在易粘模的危險,常常采用幹膜潤滑作為初始防護層。低、中碳鋼絲拉拔,采用幹拉法,潤滑劑用石灰硼砂。也可以使用一般拉拔油,對於重負荷,要求價格最低事,可選用石灰或硼砂。硼砂在高濕度情況下會恢複結晶狀態,但在中等濕度時,具有良好防腐蝕性能。如果拉絲以後不需清除,最好用硬脂酸鈣作潤滑劑。硬脂酸鈣也硬脂酸鈉、石灰一起用於軟鋼和中碳鋼的的拉拔。而經退火處理的,必須在退火前將殘渣清除,否則在熱處理時,殘渣轉變成炭化沉積物,部分沉積物在金屬表麵上,影響拉製品質量。

為了減少拉拔車間的空間粉塵,在潤滑處理的“上灰”池中,加入一定的成膜組份,幫助石灰均勻粘附在坯料金屬表麵,從而抑製工藝過程粉塵的飛揚。對於高速、中等變形程度的拉拔工藝常用皂乳化液。

拉拔硬質合金鋼、不鏽鋼時,需進行預處理,如用草酸鹽法處理。它是由草酸我及化學促進劑組成溶液的溫浴浸泡法使其成膜。本法處理前必須充分脫脂酸洗,否則拉拔後退火時發生滲碳而影響質量。拉拔時,還要根據製品的要求及工藝條件、使用不同的潤滑劑。不鏽鋼,特別是奧氏體不鏽鋼與模具容易產生粘結(這可能與很薄的固有的氧化膜容易破裂以及硬化速度高等因素有關。)所以拉拔時,必須使用能形成較厚膜的潤滑劑(如使用樹脂膜塗層)以達到有效隔離的目的。

(2)鋁和鋁合金拉拔潤滑:鋁和不鏽鋼相似,表麵有一層易碎的氧化膜,但比不鏽鋼好拉得多。鋁和鋁合金帶材及棒材拉拔,常用鈣基潤滑脂和10%~20%動植物油及皂的潤滑劑。近年來也較多使用合成酯油代替動植物油。也有使用乳化液和乳化油膏潤滑的,不過使用範圍不大,使用時須注意防止白色鏽斑的產生。

(3)銅和銅合金的拉拔潤滑:銅和銅合金的拉拔潤滑劑的選擇受拉拔速度、棒的直徑及模具等諸多因素的影響。一般說來,在低速拉拔棒材時,使用皂一脂肪膏,含動物油或合成脂肪的潤滑油。或采用加有脂肪衍行物和極壓添加劑的高粘度油。但不能用含活性硫添加劑(因其易使銅表麵變色)。對於高速拉拔,幾乎廣泛使用水基潤滑液,高皂低脂肪乳化液(遊離脂肪含量<1%,屬陰離子型乳化液。但當水質較硬和有銅粉存在時,會因形成銅皂而受破壞,摻合非離一型乳化液,可增加乳化液的穩定性。乳化液PH值一般應保持在8~9.5。有時為進一步提高加工質量,可加入適量的極壓添加劑。

近年發展的高速拉絲生產線,對潤滑液有更高的要求。如要求適宜的潤滑性,以減少磨損,有助於模具壽命的提高;具有良好的清洗性,以避免銅粉粘在模具周圍而造成磨損;還要有好的冷卻效果和較長使用周期,從而保證拉絲質量和高的生產率。目前,開發具有上述良好綜合性能的高速拉絲潤滑冷卻劑,是進一步提高拉絲所迫切要求的。

B.管材拉拔用潤滑劑

(1)鋼管拉拔的潤滑:鋼管的拉拔,一般先將坯管進行酸洗以除動氧化皮,然後經磷化一皂化表麵預處理,所形成的潤滑膜可滿足拉拔工藝的要求。磷化一皂處理的質量,直接影響管材、模具壽命及生產率。特別對於高精度管材的拉拔,良好的潤滑狀態是保證生產順利進行的重要因素。不鏽鋼管材拉拔的潤滑,與棒材線材拉拔的潤滑相類同。

(2)鋁及鋁合金管材拉拔的潤滑:鋁管拉拔一般使用100℃時粘度為27~32mm²/s的高粘度油,有時根據製品的要求還要加入適量油性添加劑、極壓添加劑和抗氧劑等。而鋁管的光亮度與潤滑油的粘度、拉拔速度和模具狀況等因素有關。如使用100℃時粘度為7~8×10¯m²/s低粘度油潤滑可獲得較好的光亮度。鋁管拉拔也可使用石蠟潤滑劑,把管坯浸入經溶劑稀釋的石蠟溶液或乳化液中,然後進行拉拔。這樣可連續三次拉拔而不必再塗潤滑劑,而且拉製的鋁管清潔,能保持良好的環境。鋁管和硬鋁管的重油以較普遍,不過,製品清洗較為困難,有待改善。

(3)銅和銅合金管材拉拔的潤滑:銅和銅合金管材拉拔,最早是使用一般全損耗係統用油來潤滑,後來,為改善製品質量,逐漸采用植物油來代替部分全損耗係統用油。由於設備尚無完善的配套潤滑係統,采用手工灌油、環境比較髒,植物油對需退火處理的製品容易產生油斑。水基潤滑劑在某些方麵顯示較多的優越性,以脂肪酸皂類為主要成分的水基潤滑劑具有較好的綜合性能,應用廣泛。銅管的拉拔有直拉和盤拉,在直拉生產中,普遍使用水基乳化液。隨著拉拔設備性能的提高和生產技術的發展,管材拉拔速度成成倍地增長,對潤滑劑要求也越來越高。

5.根據經濟分析選擇切(磨)削液

選擇切(磨)削液必須進行綜合的經濟評價。正確評價切(磨)削液的經濟性,除考慮切(磨)削液的購入價格外,還需考慮切(磨)削液的管理費用,切削刀具的損耗費,切削工藝的生產率,切(磨)削液的使用周期以及由環境汙染問題引起的切(磨)削液的廢液處理費等。在所加工產品的總生產費用中,切(磨)削液的費用隻占一小部分,即使是選用價格較貴的高檔切(磨)削液,對正規加工費用的增加影響不會太大,但由於改善了加工性能,提高發產品質量,延長了刀具壽命等,可帶來顯著的經濟效益。

四.切(磨)削液的使用方法

切(磨)削液的使用方法對刀具壽命和加工質量都有很大影響,即使是最好的切(磨)削液,如果不能有效地輸送到切削區域也不能起到應有的作用,因此,選用潤滑為主的切(磨)削液時,(如切削油,應當把它輸送到能在摩擦表麵生成油膜的部位。相反,如果選用切(磨)削液以冷卻為主(如水基切(磨)削液),就應當使切(磨)削液接近刀具的刀刃部。這種條件下通常要用壓力法強迫切(磨)削液進入切削區,從而把刀具、工件、切屑由於摩擦和變形所產生的熱量帶走。連續應用切(磨)削液比間斷應用切(磨)削液好,間斷應用切(磨)削液會產生熱循環,從而導致硬而脆的材料(如硬質合金刀具)產生裂紋和崩刀刃。間斷使用切(磨)削液除了縮短刀具壽命外,還會使工件表麵粗糙度不均勻。

正確使用切(磨)削液的另一個好處是有效地排除切屑,這也是有助於刀具壽命的延長。如適當安放切削噴嘴,可防止銑刀和鑽頭的排屑槽被切屑堵塞或排屑不暢。對於一些大工件的加工,或大進給量的強力切削、磨削,采用二排或多排的冷卻液噴嘴,使之能充分冷卻,有利於提高加工效率,保證加工質量。

1)手工加油法:固體或膏狀潤滑劑可以用毛筆、刷子將潤滑劑或塗或滴落到刀具或工件上(主要是攻螺紋、板牙套螺紋時)。最近還研製出手提式供液器,通過加熱將潤滑劑霧化,噴到刀具和工件上。

在沒有配量冷卻係統的機床上,如果鑽孔或攻螺紋的數量不多,用手工加油是有效的方法。當在同一機床上要完成兩種不同加工時,用手工加油可以與機床上的溢流冷卻係統配合起來使用。

2)溢流法:最常見的使用切(磨)削液的方法是溢流法。用低壓泵把切(磨)削液打入管道中,經過閥門從噴嘴流出,噴嘴安裝在接近切削區域。切(磨)削液流過切削區後再流到機床的不同部位上,然後匯集到集油盤內,再從集油盤流回切(磨)削液箱中,循環使用。因此,切(磨)削液箱應有足夠的容積,使切(磨)削液有時間冷卻並使切屑及磨粒等沉降。視加工種類的不同切(磨)削液的容積為20~200L,個別加工則更大,如鑽深孔及強力磨削等,切(磨)削液箱可達500~1000L或更大。在集油盤內應設有粗的過濾器,防止大的切屑進入切(磨)削液箱。並在泵的吸油口裝有一個精細過濾器。對於磨削、珩磨和深孔鑽、深孔鏜等機床,由於加工的工件表麵質量要求高,必須去除更細的磨屑、砂輪顆粒和切削時微粒,如槍鑽深孔加工,要用10μm的濾紙進行過濾。采用過濾設備可以避免切(磨)削液中含有過多和汙染物和過多的金屬顆粒有助於保持切(磨)削液的清潔和延長切(磨)削液的使用周期。現代自動化機床一般都設有切(磨)削液過濾、分離、淨化裝置。

用溢流法可使切(磨)削液連續不斷地流到切削區域並衝走切屑。切(磨)削液的流量要大一些,才能使刀具的工件被切(磨)削液所淹沒。除了向切削區提供適當的切(磨)削液外,還要有足夠的切(磨)削液來防止不政黨的溫升。在深孔鑽加工中,切(磨)削液箱如太小,升溫很快,當溫度超過60℃時,切(磨)削液並不能繼續進行,所以深孔鑽一般都配有較大的冷卻油箱。

切(磨)削液流量的分布方式直接影響切(磨)削液的效率,噴嘴應當安置在使切(磨)削液不會因受離心力的作用麵拋離刀具或工件之外的位置。最好是用二個或多個噴嘴,一個把切(磨)削液到切削區域,而其他的則用於輔助冷卻和衝走切屑。

車削和鏜削時要求把切(磨)削液直接送到切削區域,使切(磨)削液覆蓋刀具的刀刃部和工件而起到良好的冷卻作用。實踐經驗證明,切(磨)削液的噴嘴內徑至少相當於車刀寬度的四分之三。

對於重負荷的車削和鏜削,需要有第二個噴嘴供給的切(磨)削液可以不受切屑阻擋而順利送到刀具和工件之間,有助於在低速時起潤滑作用。水平鑽孔和鉸孔時,最好是通過空心刀具內孔把切(磨)削液送到切削區域,保證刃部有足夠的切(磨)削液並把切屑從孔中衝出來。由於鑽頭的螺旋槽(為了排出切屑)要起到把切(磨)削液從切削區往外排出的作用,因此,即使是立鑽,進入切削區的切(磨)削液也很少隻有空心鑽才能解決這一問題。目前,我國大多數鑽孔都采用麻鑽,切(磨)削液的進入與排屑方向相反,所以切(磨)削液很難進入刀刃上,影響了切(磨)削液的冷卻效果,以致造成鑽頭容易燒傷,磨損嚴重,耐用度低。如何改善切(磨)削液的供給方法是值得研究的問題。

銑削時最好有二個噴嘴將切(磨)削液輸送到銑刀的進刀和出刀側,一個噴嘴流出的切(磨)削液被銑刀齒送到切削區域,另一個噴嘴流出的切(磨)削液則把切屑從刀具中衝出來。窄的銑刀用標準的圓形噴嘴即可,寬的刀具要用扁平的噴嘴,其寬度至少為刀具寬度的四分之三,才能有良好的覆蓋率。

對於平麵銑削,用有許多小孔的管子製成的環形噴液器較好。這樣可以把切削舉送到各個刃口,使刀具完全浸在切(磨)削液中,起到均勻的冷卻作用。如果經常用某種特定尺寸的端麵銑刀,最好是帶有扇形的環形噴射器,其開口處的曲線與刀具的半徑相配。

磨削時采用低壓大流量的磨削液,一般可以收到良好的效果。但流量過大時,將會產生不必要的噴濺,特別是對消泡性能較差的合成切(磨)削液,更易引起磨削液溢出,可以采用安裝防濺板和加入消泡劑的辦法解決。

磨削時如用一般噴灑方法效果就很差,在磨削熱向整個工件擴散之前磨削液幾乎不能帶走什麽熱量,這是因為砂輪表麵速度很高,圍繞砂輪的表麵上始終帶有一層空氣膜,有礙於切(磨)削液滲透到切削區域。應當設計一種特殊的噴嘴,迫使切(磨)削液通過空氣膜送到砂輪上,這種噴濺應當盡量靠近工作,以防因砂輪離以力的作用而使切(磨)削液完全流失掉。另外一種克服砂輪上產生膜的方法是靠近噴嘴安裝一塊擋板以阻斷空氣流,這樣可以在砂輪與工件的交接麵之間形成部分真空而吸入磨削液。

3)高壓法:對於某些加工,如深孔鑽和套孔鑽削,常用高壓(壓力為0.69~13.79MPa)切(磨)削液係統供油。深孔鑽用的是單刃鑽頭,與鏜孔相似,隻是鑽頭內部有切(磨)削液的通路。套孔鑽削是一種在工件上鑽一個圓柱體的鑽孔法。當刀具進入工件,鑽出的實心圓柱體就是通過空心的圓柱體開刀頭,用壓力泵把切(磨)削液送到刀具周圍,迫使切屑從刀具中心流出。套孔鑽削用的切(磨)削液必須有良好的極壓性和抗燒結性,粘度應當很低,才能在刀具周圍自由流動,還應具有良好的油性,以降低刀具與工件,刀具與切屑間的摩擦係數。

深孔鑽削的主要問題是如何在切削區域維持足夠的切(磨)削液流量。一種辦法是利用鑽槽作為切(磨)削液的通路,切(磨)削液壓力為0.35~0.69Mpa,經過轉動的密封套流入鑽頭,然後直接進入切削區,從孔中流出來的切(磨)削液幫助排除切屑。在深孔鑽削時,采用油孔鑽與溢流法相比是一個大的進步,鑽頭壽命和生產率都有較大幅度的提高。高壓法有利於切(磨)削液到達切削區域,有時也在其他機床上使用。磨削時高壓噴嘴有利於砂輪的清洗。

4)噴霧法:切(磨)削液可以用氣載油霧的形式噴到刀具與工件上。切(磨)削液經一個小的噴嘴,使用壓力為0.069~0.552Mpa的壓縮空氣將切(磨)削液分散成很小的液滴噴入切削區。在這種情況下,用水基切(磨)削液比用油基切(磨)削液好些,因為油基切(磨)削液的油霧汙染環境,有礙健康,且易於聚集成較大的油滴。噴霧法最適合於切(磨)削液速度高而切削區域低(如端銑)的加工。選用冷卻性能好的切(磨)削液,細小的液滴與熱的刀具、工件或切屑接觸,能迅速蒸發把熱帶走。噴霧冷卻不需用防濺板、集油盤和回油管,隻用很小的球形,而且工件是幹的,即使有一點油液也容易擦幹。

用噴霧法有如下優點:

(1)刀具壽命比幹切削長。

(2)在沒有或不宜使用溢流係統時,可用它來提供冷卻作用。

(3)切(磨)削液可以到達其他方法無法接近的地方。

(4)在工件與刀具之間,切 液的流速高於溢流法,冷卻效率按同體積的世削液計算,比溢流法高出倍。

(5)在某些條件下可以降低成本。

(6)可以看見被切削的工件。

噴霧法的缺點是冷卻能力有限,並且還需要通風。

噴霧裝置有三種方式:

(1)吸引式:其原理與家用噴霧器一樣,主要利用細腰管原理,壓縮空氣把切(磨)削液吸引出液罐而混合霧化於氣流中,它適合於低粘度切削油和乳化液的噴霧。

(2)壓氣式:其原理是切(磨)削液裝於密封液筒內,用0.2~0.4Mpa的壓縮空氣加壓,當電磁閥打開時,切(磨)削液就被壓出,通過混全閥與壓縮空氣氣流混合霧化。

(3)噴射式:其原理是用齒輪把切(磨)削液加壓,通過混合閥直接噴射於壓縮空氣氣流中使其混合霧化。這種裝置適用於將透明冷卻水和低粘度切削油霧化。

(4)噴霧化可應用於端銑、車削、自動機床加工、數控機床加工。帶有電磁閥控製的噴霧裝置適用於在數控上攻螺紋、鉸孔。

(5)製冷液體降溫法:製冷液體降溫法種類很多,如氮、氬、二氧化碳等氣體均可壓縮成液體放於鋼瓶中,氟裏昂氣體可用機械裝置壓縮成液體,使用時放出,經過調節閥,由噴嘴直接注射於工削區,靠氣化吸熱來冷卻刀具、工件和切屑。這種方法冷卻效果非常好,適用於不鏽鋼、耐熱鋼、高強度合外金鋼等難加工材料的切削加工,可以大大提高刀具耐用度。

(6)切(磨)削液的集中供給係統,對於大、中型機械加工廠,在可能的情況下,都應當考慮采用集中循環係統為多台機床供應切(磨)削液,但必須各台是采用同一種切(磨)削液。幾台磨床可以用聯結在一起的輸送係統處理磨屑。集中處理被切(磨)削液潤濕的細切屑和磨屑,可以減少人力處理,改善勞動條件。

切(磨)削液集中供給係統可使工廠更好地維護切(磨)削液。切(磨)削液集中在一個大池中,通過定期抽樣檢查,按照檢查結果定期補充原液或水,便於控製切(磨)削液的濃度。可以減少抽樣檢查的次數,從而進行更多項目的檢查,保證切(磨)削液在使用期的質量。同分開設置的許多單獨的多切(磨)削液供給係統相比,由於切(磨)削液的維護工作養活,成本也相對降低。

集中供給係統最主要的優點是能通過離心處理的方法可有效去除切(磨)削液中的浮油和金屬粒,同時也去掉了切(磨)削液中一半的細菌(因為細菌很容易在切(磨)削液的漂浮油與金屬顆粒之間的界麵上生長)。連續去除這些髒物,定期檢驗質量並根據這些檢查結果,有計劃地使用添加劑或加入原液,這都是使集中係統十分有效地延長切(磨)削液使用壽命的重要因素。這樣也減少了水溶性切(磨)削液廢液處理。

五.切(磨)削液的維護與管理

油基切(磨)削液在使用過程中不易變質,一般隻須定期補充所消耗的一部分以維持足夠的循環油量,是一種長期使用易於管理的切(磨)削液。所謂易於管理隻是相對於水基切(磨)削液而言。為了長期保持油基切(磨)削液的性能,加強管理也是必要的。在注入新的切(磨)削液時,必須事先將油箱清洗於淨,去除切屑、油泥、淤渣等。如果在新的切(磨)削液中混入已經變質的切(磨)削液、油汙等,將加促新液的劣化變質。在使用期間換用別的切(磨)削液時,要預先進行兩種切(磨)削液的相容性和性能變化檢查,如不相容或混合後性能下降時,則要前一種切(磨)削液清除後才能換上後一種切削。

1. 油基切(磨)削液的維護與管理:

1) 因混入水份而引起潤滑性、防鏽性下降。

2) 因混入漏油使有效成分減少而費起性能降低。

3) 微細切屑、鐵粉、淤渣的堆積導致切(磨)削液的使用性能變差。

4) 機床軸承部件和供液泵中使用的銅合金產生變黑、腐蝕。

關於水份混入切(磨)削液的原因,主要是前道工序是水基切(磨)削液,水由工件帶進來,或使用過水基切(磨)削液的機床換用油基切(磨)削液時,液箱和管道積存有水份等。為了除去附著在工件和機床的水份,必須先用具有水置換性的防鏽油和進行處理,將水份通過置換性防鏽油或清洗油帶走。水份混入切削 中使切(磨)削液的防鏽性能下降,特別切(磨)削液中有些潤滑添加劑遇到水會分解,產生腐蝕性物質,使機床和工件生鏽,而且有些添加劑遇水會變成粘稠狀物質,堵塞過濾網,影響切(磨)削液的正常使用。切(磨)削液含水後,其潤滑性能也大幅度下降,使刀具耐用度縮短。

混入少量的油基切(磨)削液,可加熱蒸發,再用活性白土吸附過濾,可重新使用,如切削性能下降,可適當補充一些添加劑,便可恢複原來的使用性能。

在油基切(磨)削液的管理上,要特別當心漏油的混入。因油基切(磨)削液與機床用的液壓油、潤滑油同為礦油,故僅從外觀不能判斷是否有漏油混入。液壓油和一般潤滑油所含添加劑濃度比油基切(磨)削液低,如果大量的潤滑油混入到油基切(磨)削液中,其添加劑的濃度就會降低,結果使其切削性能下降,刀具的耐用度縮短。一般混入油的量如超過30%,油基切(磨)削液的性能就會顯著下降,這時就要補充添加劑或將油降格使用。所以為了保持油基切(磨)削液的性能,必須盡量減少漏油的混入。但組合機床、滾齒機等機床從結構上幾乎都是使潤滑油流入切(磨)削液中,要避免潤滑油的漏入似乎很困難。這時應粗略估計一下每月漏入切(磨)削液的漏油量,定期補充一些切削潤滑劑,便可使切(磨)削液長期保持良好的切削性能。液壓油的混入大都是由於密封不良所致,故隻要檢修好密封裝置就能防止液壓油的混入。

切(磨)削液在使用過程中存在較大的問題是微細切屑、鑄鐵粉、淤渣等沉積在油箱內加速切削油的劣化變質,使油的粘度增高或生成膠狀物質等。所以在切削過程中,不僅要除去大切屑,連細微粉也要定期清除,便可減輕切(磨)削液的汙濁,延長切液的使用壽命。

在槍鑽加工、磨削加工中,金屬粉混入切(磨)浮液不但會損傷供液泵,而且會使已加工表麵粗糙度惡化,所以必須采用過濾法排除切屑。槍鑽機床要求使用10μm的濾紙進行切(磨)削液過濾。另外切(磨)削液的油箱也要足夠大,使切(磨)削液在循環過程中保持足夠的油量,減少切(磨)削液的溫升。此外,定期補充新液,使供液箱內保持足夠的液量對減少切(磨)削液的溫升也很重要。切(磨)削液的濕度過高,不影響工件的加工精度,也會加快切(磨)削液的劣化。

機床的軸承部件和供液泵中使用的銅合金產生變黑和腐蝕主要是使用含有活性硫係極壓添加劑的切(磨)削液引起,所以對有銅合金與切(磨)削液接觸的機床不,應選用非活性型的切削。直接用硫磺粉加入礦油中產生的硫化工削液對銅合金的腐蝕嚴重,改用硫化脂肪油加入礦油中配製的硫化切濟,其活性度明顯下降,基本上對銅合金不產生腐蝕。

2.乳化液的維護與管理

乳化液的維護保養比油基切(磨)削液複雜得多。當配製乳化液時,要先將水加滿水箱,然後邊攪拌邊加入乳化油。要避免將水加入油中或用少量的水稀釋乳化油,否則會得到油包水型乳化液,這類乳化液的粘度大,不適合一般的切削使用。

配製乳化液所用的水十分重要,含各種礦物質和鹽的硬水常會妨礙乳化過程。用硬水配製的乳化液常會迅速分層,析出大量的油和不溶於水的皂,影響使用效果。另一方麵,如水質太軟,泡沫就有可能增多。所以配製乳化液時要預先了解水質的情況,如水質太硬必須經過預處理,可在水中加入0.1%-0.3%的三聚磷酸鈉或二乙胺四醋酸鈉便可起到降低水質硬度的作用。但加入三聚磷酸鈉過多會導致細菌、黴菌的繁殖。所以如果當地的自來水硬度過大,最好使用去離子水。

乳化液中含有的脂肪油和不飽和脂肪酸很容易被微生物侵蝕。乳化液中經常遇到的微生物有細菌、黴菌和藻類三類,這三類微生物對乳化液的穩定性有不利影響。切(磨)削液變質發臭的主要原因是:切(磨)削液中含有大量細菌,細菌主要有耗氧菌和厭氧菌。耗氧菌生活在有礦物質的環境中,如水、切(磨)削液的濃縮液和機床漏出的油中,在有氧條件下,每20~30min分裂為二。而厭氧菌生存在沒有氧氣的環境中,每小時分裂為二,代謝釋放出SO2,有臭雞蛋味,切(磨)削液變黑。當切(磨)削液中的細菌過多時,切(磨)削液就會變臭許多乳化液都含有殺菌劑,但其添加量都受到油溶解度的限製。當配製成乳化液時,殺菌劑的濃度進一步降低,因而降低了他的殺菌作用。乳化液受到微生物的侵蝕後,乳化液中的不飽和脂肪酸等化合物被微生物製分解,破壞了乳化液的平衡,產生析油,析皂及酸值增大,引起乳化液腐敗變質。觀察乳化液的腐敗現象有如下過程:

1)輕微的腐敗臭氣發生。

2)乳化液由乳白色變成灰褐色。

3)PH值,防鏽性急劇下降。

4)乳化液油水分離,生成沉渣或油泥等物質,堵塞過濾網。

5)切削、磨削性能下降。

6)產生臭味擴散到整個車間,使操作環境惡化,不得不更換新的切(磨)削液。

為了防止乳化液腐敗,可以采用如下措施:

1)注入新液時,要把機床周圍及供液係統內的切屑和油汙等物全清除,並用殺菌劑消毒後才加入新液。不清洗幹淨就等於向新液中投放腐敗的菌種。

2)乳化液稀釋要用自來水或軟水,避免使用含大腸杆菌和無機鹽多的地下水。

3)要進行補給液的管理,保持乳化液在規定的濃度下工作,稀薄濃度的乳化液助長細菌的繁殖。

4)當發現PH值有降低的傾向時,應添加PH值增高劑(如碳酸鈉),使PH值保持在9左右。當乳化濟液的PH值過9時,微生物便難於繁殖。

5)節假日等長期停機時,應向液箱內定期鼓入空氣,以防止厭氧菌的繁殖,同時也可除動臭氣。

6)在注意防止漏油混入的同時,安裝一個能迅速除去混入漏油的裝置。

7)采用有效的排屑方式,避免切屑堆積在液箱內。

8)若覺察到腐敗的征兆應立即添加殺菌劑將菌殺滅,對延長乳化液的使用周期有明顯效果。

3. 合成切(磨)削液的維護與管理

合成切(磨)削液屬於單相體係沒有乳化液的成分複雜,PH也較乳化液高(一般9~9.5),而且合成液中常含有硼酸鹽、苯甲酸鹽、亞硝酸鹽等成分,這些成分都有一定的抗微生物分解的能力,所以合成液的使用壽命一般都較乳化液長,不易腐敗變質。

在使用合成切(磨)削液時主要應注意三個問題:一是要控製好使用濃度。在切(磨)削液在使用一般時間後,由於水份蒸發及工件、切屑帶走一部分切(磨)削液,在補充水時要按比例加入一定量的原液,最好定期作濃度檢查,如濃度變化圈套時,應適當調整加入的水量和原液量,使切(磨)削液保持在規定的濃度範圍內使用;二要盡量避免在合成液中混入潤滑油,由於合成液一般都含有較多的表麵活性劑,混入潤滑油後,油便被乳化,使合成液逐漸變為乳化液,影響其使用性能,也容易引起發臭變質;三是避免使用硬度過大的水。合成液中一般都含有脂肪酸皂作潤滑劑,如水的硬度大時,水中的鈣、鎂離子與脂肪酸反應生成不溶性皂,使潤滑性能下降,並影響清洗效果。所以對硬度大的水要進行軟化處理後再進行配製,或在組份中加入抗硬水劑。

在合成液中定期加入一定量的殺菌劑也可以延長換液的周期。

使用合成切(磨)削液要特別重視機床和工件的防鏽管理。使用的稀釋水中若含有多量的氯化鈉、硫酸鹽,不僅易引起切(磨)削液的腐敗,也會降低其防鏽性能,所以稀釋水應選用好的水質。切(磨)削液的防鏽性與濃度有著密切關係,當防鏽性降低時,一般采取的措施是補充原液以提高合成切(磨)削液的濃度。合成切(磨)削液不含油,水份蒸發後不能在金屬表麵留下一層油膜,其防鏽性能比油基切(磨)削液和防鏽乳化液差。工件在工序之間滯留,或氣象條件驟變,空氣濕度大等環境都易引起生鏽,應考慮將工件浸入防鏽水或塗上防鏽油以防止鏽蝕。機床的工作台麵在下班前也應將水抹幹淨塗上防鏽油。

六.切(磨)削液的廢液處理

1.油基切(磨)削液的廢液處理:

油基切(磨)削液一般不會發臭變質,其更換切(磨)削液的原因主要是由於切(磨)削液的化學變化、切屑混入量增大、機床潤滑油的大量漏入及水的混入等原因,對此可采取如下措施:

1)改善油基切(磨)削液的淨化裝置。

2)定期清理油基切(磨)削液箱中的切屑。

3)通過檢修機床防止潤滑油漏入。

4)定期補充切削潤滑添加劑。

5)加熱去除水份,並經沉演過濾後加入一些切削油潤滑添加劑,即可恢複質量,繼續使用。

油基切(磨)削液最終的廢油處理一般是燃燒處理。為了節省資源,也可對廢油進行再生。

2.水基切(磨)削液的廢液處理:

水基切(磨)削液的廢液處理可分為物理處理、化學處理、生物處理、燃燒處理四大類。

2)物理處理:其目的是使切(磨)削液中的懸濁物(指粒子直徑在10μm以上的切屑、磨屑粉未、油粒子等)與水溶液分離。其方式有下述之三種:

①利用懸濁物與水的比重差的沉降分離及浮遊分離。

②利用濾材的過濾分離。

③利用離心裝置的離心分離。

2)化學處理:其是對在物理中未被分離的微細懸濁粒子或膠體狀粒子(粒子直覺為0.01~10μm的物質)進行處理或對廢液中的有害成分用化學處理使之變為無害物質,有下述四種方法:

①使用無機係凝聚劑(聚氯化鋁、硫酸鋁土等),或有機係凝聚劑(聚丙烯酰胺)等促進微細粒子、膠體粒子之類的物質凝聚的凝聚法。

②利用氧、臭氧之類的氧化劑或電分解氧化還原反應處理廢液中有害成分的氧化還原法。

③利用活性碳之類的活性固體使廢液中的有害成分被吸附在固體表麵而達到處理目的的吸附法。

④利用離子交換樹脂使廢液中的離子係有害成分進行離子交換而達到處理目的的離子交換法。

3)生物處理:生物處理的目的是對用物理、化學處理都很難除去的廢液中的有機物(例如有機胺,非離子係活性劑,多元醇等)進行處理,其代表性的方法有加菌淤渣法和散水濾床法。加菌淤渣法是將加菌淤渣(微生物增殖體)與廢液混合進行通氣,利用微生物分解處理廢液中的有害物質(有機物)。散水濾床法是當廢液流過被微生物覆蓋的濾材充填床(濾床)的表麵時,利用微生物分解處理廢液中的有機物。

4)燃燒處理:有直接燒卻法和將廢液蒸發濃縮以後再進行燃燒處理的“蒸發濃縮法”。

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