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      金属加工液(切削液)基本常识绪 论 金属加工液(切削液)主要是用来金属的切削加工,所以也叫切削液。 目前有许多不同的金属机械加工方法与新的技术不断地被开发出来, 对切削油的要求也就越来越高,越来越苛刻。 最普遍的机械加工方法:1.拉削,2.攻牙,3.滚齿,4.切齿,5.钻孔, 6.铣削,7.车削,8.锯 9.搪磨,10.研磨。其他的加工方法或工艺可 以看作是这十种基本方法的组合或延伸。 相应地,每种加工方法就有一种或多种切削油。每种切削液都有 可能适用于多种加工方法, 很复杂。 本公司积累几年来的实践、 研发、 生产经验,参考许多资料,将金属加工液的作用、组成、配制、选用 和管理等方面的心得编写出来,供我们的顾客参考。希望这些能对您 有所帮助。 金属加工液的作用 在金属加工过程中,为了降低切削时的切削力,及时带走切削区内产 生的热量以降低切削温度,延长刀具的耐用度,从而提高生产效率, 改善工件表面粗糙度,保证工件加工精度,达到最佳的经济效果,通 常使用金属加工液。 因此, 切削液的主要作用有以下四个方面: 润滑、 冷却、清洗及防锈。 不同类型的切削液所体现的作用也所不同。 水溶性切削油冷却性 能比较好, 防锈性能差; 高粘度油性切削油润滑性能好, 冷却性能差, 全合成油性切削油各方面的性能都很突出。 切削液的配制 一、切削油的制造与分类 在金属加工作业中,切削油基本上可分为油性切削油、水溶性切削 油和合成切削液三大类。 (一) 油性切削油 油性切削油一般多以低粘度矿物油为基质,再与其他添加剂混合制 成,使用时不需要再稀释。 矿物油有许多不同的种类, 而其特性也有所不同。 有些适合做切削油, 有些则不适合,中东的油与委内瑞拉的油不相同,即使同一区域不同 油井所生产的油也不尽相同。 经过种种炼制过程, 在一定程度内, 可以改变油品的特性。 但基本上, 油的某些特性是难以改变的,也就是说在添加剂加入前,我们要在不 同的基础油中,做一个正确的选择。 矿物油是由多种碳氢化合物组成的混合物,因为碳链结构的不同,而 有石蜡基、环烷基及芳烃基等几类不同的成分类别。其中以石蜡基油 比例较高,含芳香烃较少的基础油用来制造切削油较佳。这种成分的 油品, 可以用特殊溶剂炼制技术得到, 同时也具有高粘度指数的特性, 这种油品在高温下,粘度较稳定。 高粘度指数的油品具有: 不易氧化,使用寿命较长。对温度变化影响较小,在高温下(如刀具 前端)薄膜强度较佳 对皮肤较无害 机械的橡胶部分较不易损害。 油性切削油的重要特性如下: 1. 粘度 粘度是油品维持本身稠度的能力,在油性切削油中扮演重要角色。低 粘度油较稀薄,有较好的渗透力及湿润力,如果选择适当的添加剂, 可使油更快速的到达切削区。并且因为稀薄,其冷却、清洗能力均较 佳。高粘度油较稠密,分子较大,有较佳的润滑性及较大的金属表面 隔离能力,但是流动性及冷却性不如低粘度油。 2. 润滑 金属在切削时,随着工作材料的不同和切削速度的不同,会产生 不同的热量和压力,润滑作用主要是牵涉到刀具面在滑动区间的润 滑。润滑过程包含三种基本机械理论: a) 液动润滑(物理上分离) 液动润滑是润滑油介于刀具面和工作面之间作物理分离,并无化 学反应发生。粘度较高或较稠的油具有较大的分子,因此有较佳的分 离效果。 在刀具滑动区间有较大负荷及压力时, 矿物油的粘度会升高, 因此改进了它的润滑性,这种特性称为“弹性液动润滑”。 但是在滑动区间内,刀具与工作件在加工时所产生的压力过高时 仍会将油挤出, 因此以具有物理上分离特性的纯矿物油作为润滑油使 用,并非十分有效的方法。单靠矿物油润滑只能从事一般金属之轻负 荷加工,如果要用于硬性金属(不锈钢、合金钢等)加工,则需要另 外加添加剂。 b) 边际润滑 在边际润滑中,将极性物质加入矿物油中,会在工件面和刀具面 形成有化学键结构的有机薄膜。这种薄膜会粘附在金属表面,因此耐 磨性比单纯以油分子隔离工作及刀具的效果更好。 脂类物质早已用为矿物油添加剂,用来制成可产生合适有机薄膜 的润滑油,脂类对改进切削有极显著的效果,这有助于刀具寿命的延 长。 常用的脂类添加剂有油酸脂、 硬脂酸脂、 菜子油和它们的衍生物, 目前亦有为数众多的合成脂类被使用。 天然脂类、脂酸类和它们的衍生物能与金属表面形成单一分子薄 膜,这种碳氢键薄膜会形成金属外表皮,这种膜是由金属与脂类反应 所产生,成为“肥皂金属”。 脂类添加剂会产生有机膜,它可以避免金属的直接接触,直到温 度升高至薄膜的熔点之前都有?;ばЧ?。其温度约在 100 - 200℃, 例如在易削钢和铜合金等原料的低负荷加工时就会达到此温度。 使用 在更高压、高温度的加工时,则需加入极压添加剂。 c) 极压润滑 在大多数的切削加工中, 刀具前端温度高于边际润滑温度的范围, 因此需要使用能产生较高熔点薄膜的添加剂。这种添加剂为无机物, 氯及硫是两种较为常用的元素。 当使用氯、硫添加剂时,添加剂与金属表面产生化学反应,形成 一层低摩擦力的金属衍生物薄膜。它具有类似毛式润滑的效果,可以 防止金属表面的磨损及熔合, 氯膜可耐 600℃, 而硫膜可耐 1000℃。 氯、硫为极压添加剂,氯以氯化矿物油型态加入。硫可以许多型 态加入切削油中,一般以硫化脂最为普遍。 硫化脂如讨论它与金属铜反应情形, 可区分为“活性硫”和“非活性 硫”二种,活性硫会造成铜锈,非活性硫因为硫与脂结合物化学安定 性高, 所以和铜不反应。 硫也可以用溶解方式来加入矿物油或脂肪中, 在这种情形下,活性极大,此种混合物一般成为“硫化油”。 经过实地观察得知,如果将硫和氯二者加入切削油中,比个别只 加入一种的效果好。确切的原因并不十分了解,可能的解释是硫可将 加工温度降低至某个程度,在那温度下氯的效果极显著;亦可能是混 合型态的硫/氯所形成的薄膜较强,故而有较佳的润滑性。 切削油中的硫及氯在切削区之前,亦可能以渗透方式进入金属结 构中,因此降低了金属强度,使切削加工易于进行。 大部分有关边际润滑和极压润滑的数据及理论都是对铁材料和铁 合金而言。对大部分其它易加工的金属,平常是不需要使用极压添加 剂的。 (二) 水溶性切削油(又称乳化油) 一般水溶性切削油为浓缩液,使用时再依需要比例加水稀释。稀 释后的水溶性切削油称之为乳化液。水溶性切削油的组成为矿物油、 乳化剂、防化剂、防锈添加剂与其它添加剂。 矿物油和乳化剂混合,加入水中会发生乳化作用,形成水包油型的 悬浮液(O/W),这种溶液称为乳化液,矿物油的选用和油性切削 油相同,需要含有较少的芳香烃基。 一般使用的乳化剂是脂肪酸皂混合磺化油或非离子性乳化剂,这 种组成有较大的污染包容力和极佳的乳化安定性。 早期以肥皂当乳化 剂,但是它对金属屑和盐类的安定性极差。 许多肥皂与矿物油并不相溶,因此要加入一些共溶的溶剂使二者 可以互相溶解,这种有融合二种物质特性的添加剂称为偶合剂。传统 的偶合剂含有酚基如甲基酚、二甲基酚,但是酚基会产生异味;不当 的使用,容易造成皮肤病,所以,目前已经改用不含酚基的偶合剂, 如合成醇等。除此之外水溶性切削油里还添加防锈剂、防腐剂和消泡 剂。 在显微镜下会发现乳化液并不是溶解液,而是油滴悬浮或分散在 水中。每一个油分子表面有层负电荷,可以防止油滴合并,这种功效 维持了水性切削油的安定性,负电荷的形成,以肥皂水为例,肥皂分 子是由斥水性碳氢化合物,键结一个亲水性负极,使肥皂分子外形像 蝌蚪。 斥水性正极(尾部)深入油滴中,亲水性负极(头部)存在于油/ 水交界面, 因为同性电荷相斥, 油滴虽然在溶液中游走, 但不会接触, 因此形成乳化液的安定性。 乳化液依悬浮油滴大小来加以区分,如果油少、乳化剂多,则油 滴较??;如果油多、乳化剂少,则油滴较大。 乳状乳化液油滴较大约 2-4?m,因为反光较差,所以呈现白色。 澄清乳化液油滴较小约 0.5-1.5?m,因为光线较易通过,所以呈澄 清状。 乳化液安定性的维持是依靠油滴外层负电荷互相排斥而产生安定 性,因此任何电荷中性剂的介入,都会破坏它的安定性。 乳化液最大的敌人是酸和盐类, 当这些具有双电荷的物质介入时, 会分解为正离子和负离子,这些为数众多的离子,会破坏油滴负电荷 层的平衡,使油滴合并,产生沉淀。 酸碱值(PH 值)是衡量液体酸性和碱性的指数,纯水为中性, PH=7;酸的 PH<7;碱性的 PH>7。大部分可溶性切削油是由肥皂 硫化物和非离子性乳化剂混合而成,一般为弱碱性,PH 值介于 8.5~10 之间。PH 值较高时,容易使皮肤脱脂造成伤害;PH 值较 低时,会使乳化液失去安定性。 极压水溶性切削油:在水溶性切削油中加入硫及氯的添加剂,它 的成分和油性切削油类似,这种油品称为极压水溶性切削油。这种油 结合冷却性和极压润滑性,可以使用于重负荷加工;在某些情况下, 可以代替油性切削油。因为具有广泛的切削能力,极压水溶性切削油 非常普遍地用于多种切削加工中。 (三) 合成切削油 这一类的切削液完全没有油的成分,如早期以苏打灰和其它无机 物与水混合的肥皂泡沫水,一般也称为化学溶液。因为没有真正的润 滑能力,一般只用于仅需要基本冷却性能的研磨加工中。最近已开发 出含有水溶性合成润滑剂的新型合成冷却液, 这种产品仍然属于全合 成切削液型态,虽然不含矿物油,但兼具有水溶性切削油和油性切削 油的优点和缺点。 如果妥当地调配, 在某些情形下有极高的使用价值。 全合成切削液是由聚合物和其它有机物和无机物与水混合而成 的。经过证实,它们具有极佳的冷却性和润滑性,尤其使用在极高速 度切削加工时,效果更佳;合成切削液在高速数控工具机和表面切削 速度超过 200m/m 的铁材加工上特别适用。因为是水溶性而不是乳 化液,合成切削液并不像水溶性切削油一样会产生败坏现象。也因为 不含有矿物油成分,所以在使用时不会产生气体,不发烟,也不会有 分离现象。 (四) 调水浓度使用原则 水溶性切削油经加水后,成乳化液油,可兼顾冷却性和润滑性, 用于一般加工最合适,使用浓度 5~10%,一般以 5%使用最普遍。 澄清水溶性切削油、合成切削液,使用在研磨加工或需要良好冷却性 和湿润性,但并不十分要求润滑性的加工上,使用浓度为 1-2%。在 高速切削加工时, 全合成切削液使用浓度约 2-3%,这样才能提供足 够量的极压添加剂供切削区使用。 一般来说,使用时请依照生产厂使用说明书,因为那是经过周详 的考虑和试验的结果。 使用适当粘度油性切削油和适当浓度的水溶性切削油、合成切削 液来加工,才是明智之举。 二、配制 水溶性金属加工液应该是随用随配, 不能将已混合的乳化液放置过长 时间。应该先在槽内注满水,然后缓慢加入浓缩液,边加边搅拌,使 之混合均匀。 在配制水溶性金属加工液时, 还要用无机碱如: 磷酸钠、 氢氧化钠或碳酸钠, 或有机碱如 MEA、 TEA 或 MDEA 或缓冲体系如: 硼酸酰胺、磷酸酰胺或脂肪酸胺盐调 PH 值至 8.5-9.5 之间。 PH=9.1-9.4 细菌繁殖速度最??;PH≥8.5 防锈性好;PH≤10.5, 对手烧伤较小;PH<8,对铝腐蚀小。 油性切削油在配制时功能添加剂需要加热。 切削液的选用 切削液的选用主要是根据切削类型、机理、切削介质、切削工具和一 些必要的原则来进行的。 在金属切削当中有四种物质互相作用: (一) (二) 空气 切削工具 (三) 金属工件(四)切削油。 (一) 空气 空气含有 2%氧,和大多数金属反应产生氧化层。通常此反应是 随即发生的,而且最初含氧化层是看不见的。但当铁金属氧化反应完 全,最后可看到锈的形成。在很多案例中,氧因能减少切削阻力,而 能真正协助切削的进行。 由实验得知,对于一般金属来说,在真空下进行切削,其阻力比 在空气中来得更大。而从务实观点来看,无论如何,空气的存在是不 可被控制或调节的。 (二) 切削工具 在金属加工方面有四种金属基本切削工具,我们依据不同的加工 作业,不同的加工金属而选择不同的工具。通常使用的切削工具材料 包括高速钢、铸合金、碳化物、陶瓷和钻石。 要做好切削作业,切削工具需要在切削时能忍受高温。大部分金 属及物质在高温时会失去硬度, 金属切削工具及其它材料切削工具也 是一样。 另一影响切削工具因素是硬度与轫度间的关系。 硬度是指工具在切削时,抵抗磨损的能力。而轫度则是指震动负 载下, 工具不裂坏的能力。 例如在不连续切削过程中, 工具材料越硬, 越易碎。 越硬物质越易碎,但也越能抵抗磨损,在切削中也越容易断,切 削工具的选择必须平衡硬度和轫度。同样,切削工具的选择也会影响 到切削油的选择。 我们可以由以下关于切削刀具的说明中, 对此有更进一步的了解。 1. 高速钢 使用中速度切削操作,其速率约为 70m/m。高速钢是含有诸如 钨及铬元素的铁合金,以增加其硬度和抗磨性;即使如此,它们硬度 和抗磨损的品质因温度高过 600℃以上, 而降低到令人不能接受的地 步。但可使用水溶性切削油,以保持其作业温度低于 600℃。 2. 铸合金(铬钴钨) 这些合金是非铁元素,以钴为基础。当其温度高过 600℃时,比 高速钢更硬、耐磨性更佳。此可用于高速切削,也可用于不易切削的 合金及产生高温的切削作业。 铸合金对于温度巨变非常敏感,例如切削作业的突然中断。它们 较适合于连续切削操作,可使用水溶性切削油。 3. 碳化物 广泛使用在金属加工工业,它们通常被称为烧结碳化物或超硬合 金。它们是由钨、钛、铌、钽之碳化粉加在钴模具中以高温加热烧结 而成。改变金属碳化物之比例及类别,则可产生不同类烧结碳化物。 烧结碳化物被使用因为在高温 1000℃时,仍保有硬度及耐磨性。 它们通常被用作嵌放入或可替换的切削刀头, 每一种刀头都有不同的 形状及角度,随着不同的需要,它可以重新安装、储存。 另一种简便的制作方法就是在切削刀头上覆盖一层碳化物,它的 制作方法是将钛碳化物以蒸镀的方法覆盖在传统的碳化物刀具上。 这 种方法制成的刀头有很高的抗磨性,而刀具本身也不易碎裂。 碳化物工具常与水溶性切削油共同使用,但必须谨慎选择。某些 添加剂是会腐蚀覆盖钴的金属。 4. 陶瓷/钻石 陶瓷切削工具主要成分为氧化铝,能在高温保有它们的硬度及耐 磨性。但是,诸如前述,物质越硬越易碎,这使得陶瓷工具不适合不 连续切削或震动负荷及温度剧变。, 加工时可使用非水溶性切削油(油性切削油)或完全不使用切削 油,避免使用水溶性切削油。 最硬的切削工具是钻石,但是它也易碎。钻石能从事含量高的铝 加工作业,这种合金因含有硬的硅粒子,会很快地磨损碳化物工具。 它也适用于非铁物质之研磨加工,诸如石头、水泥。 钻石在高温可被氧化,所以,对加工较难的合金不适用。因为它 特别硬,所以常应用在研磨上。油性切削油或水溶性切削油或合成切 削液都可被使用。 (三) 金属工件 现在金属加工实物包括切削各种金属、合金,每一种都有它们的 物理特性,有些易于加工,有些不易于加工。此机械加工性之等级乃 是表示加工的难易程度,不一定正比于金属或合金的硬度。 当然,每一金属有它的机械制造性,并且关系于切削油种类的选 择。 1. 铸铁 一般的灰铸为主要成分,外加一些散布的石墨。铸铁易于加工制 造,而且不用切削油也可以切削,但容易产生废细层及黑色层粉。 可以煤油作为切削油,通常用过滤器把废屑及层粉滤去。也可以 采用特别设计的水溶性切削油或合成切削液, 其形成清晰溶液或乳化 液,稳定性高,不会和铸铁粒子起作用。 2. 球状铁(SG) 另一种不同型式的灰铸铁是球状铁或 SG 铁,常用来制成引击体 或其他零件。由成分较多之铁加上球状散布的石墨组成,与灰铸铁一 样易于加工,但比灰铸铁有较大的拉长强度及韧性。 如同灰铸铁一样会产生废屑及尘粉,我们也可以使用与灰铸铁类 似的切削油。 3. 钢 我们这里所谈到的钢包括一些常用的金属,但是不包括不锈钢。 钢的机械加工性范围很大,所以切削油也广泛的有选择性,且必需考 虑到钢的特性。钢的含碳量越高,硬度也越高。然而金属越硬,机械 加工性越差。 例如碳含量从 0.3%到 0.6%, 一般使用水溶性切削油。 再增加到 0.6%以上,则须要使用具有极压添加剂之切削油。热处理 及硬化加工会影响到机械加工性,合金如镍和铬常被用来硬化钢材, 它们也会使机械加工性减小。 在另一方面,例如锡或硫也可能增加钢的机械加工性,系所谓的 易削钢。硫产生硫化锰粒子,在剪力平面上打开了微小裂缝,在主变 型区减少了剪切抗力,铅也具有相同的效果,易加工钢通常是使用水 溶性切削油或合成切削液。 4. 不锈钢等 不锈钢、耐热合金及镍合金是钢中较特殊的,含有高含量镍、钴。 它们硬且低热传导性,此使得在碎屑中形成高温,及工具与碎屑交互 面的温度也很高,工具磨损很快。减少工具磨损可由放慢速度及控制 好给进速率,以避免加工较硬的工件时,工具的过度磨损。 油性切削油特别是含有高极压添加剂者是此类钢中主要切削油, 需要注意的是某些切削油含有活性硫,能使高镍含量合金产生污点。 5. 钛合金 钛及钛合金比不锈钢更不容易加工,具有非常低的热传导性,在 切屑及工具之界面上温度很高,钛在压力下有与切削工具熔接的倾 向,会使工具提早磨损。 这些总的解决方法都是采用较低切削速度,及采用高极压添加剂 含量的切削油。 6. 铝及合金 纯铝是很难加工的,因其常常粘在刀具上。工业用铝一般均为铝 合金,铝中含少量铜可大大增加机械加工性。 油性切削油及水溶性切削油均可用来加工铝合金,油性切削油应 该选择低粘度,且含有脂肪或氯添加剂者,它们可以帮助渗透或减少 切层与刀具的熔接。水溶性切削油应该选择加有脂肪添加剂,并且其 乳化液的 PH 值不应太高。因为 PH 值太高,会使铝的表面起污点。 有些铝合金含有高量的硅(8-16%),加入如此含量的硅可降低 熔点及粘度,使得压铸作业更加容易。但是由于合金本身软,加上硬 硅粒子,会造成刀具快速磨损。极压水溶性切削油适用于硅含量高的 铝合金切削作业,这种水溶性切削油含有较多的氯及脂肪添加剂。 7. 铜及合金 纯铜就像纯铝一样粘,因此加工不易。纯铜也产生长且连续的切 层,这种切层会干扰切削过程,但此问题可由加硫或铅来克服。 黄铜为锌及铜之合金,易于加工,产生不连续之切屑,它的机械 加工性会因铅的加入而增加。 一般来说,黄铜及铜可用水溶性切削油来加工。 有些切削油含有强碱、脂肪酸及硫,它们对铜有腐蚀作用,所以 选择适当的油是很重要的。当非常注重表面光度时,可选用无腐蚀性 之水溶性切削油或低粘度含脂肪矿物油的切削油。 加工困难的合金包 括青铜合金及含有镁、铝、磷之合金,则可使用极压添加剂和脂肪含 量较高的油性切削油。 8. 镁及镁合金 镁及镁合金易于加工,而且容易产生加工碎层。很重要的一件事 是应避免切削时所产生的高温,因为高温会使镁燃烧。 由这点来看,水溶性切削油似乎较理想,但是水中的氧会与刀具 的尖端的镁因高温发生反应。因此水溶性切削油从不使用在镁加工 上,正确用油是低粘度油性切削油。 三、切削油如何配合工作 金属加工成型就是以机械切削方法将金属的一部分切除,以改变 其外型。而任何一种切削方法的基本物理意义差异并不大,事实上真 正的差异在于切削速度、切削角度及外观,当然切削方法、工件材料 及切削工具的使用,亦有所不同。 在大多数情形下,我们首先要决定的是应该用油性切削油、水溶性切 削油或合成切削油。 而最后决定因素常常只是简单的考虑到工厂的目 前设备、卫生的顾虑、使用者的嗜好和经济上的因素。 目前有许多不同的金属机械加工方法与新的技术不断地被开发出 来,在此我们列出 10 种最普遍的机械加工方法,然后依据它们在加 工时对润滑及冷却不同程度的要求,将它们依顺序排列起来,而润滑 及冷却当然就是切削油的两大功能。 1. 拉削 拉削包括一系列低速度、浅薄的切削作业,和其它作业比较起来, 它的温度较低。人们往往只使用氯当做极压添加剂,因为在切削区域 温度较低,常不能使硫发生效用。另一方面,切削油相当不容易接触 到切削区域,所以切削油的选择必须要有很低的粘度,使它们有良好 的渗透性及滋润性。 如果是拉削容易加工的金属,就可以使用轻度含氯量水溶性切削 油或油性切削油。对于比较难加工的金属,例如耐热钢,不断的浅薄 切削使得钢表面变硬, 因此我们必须使用一种含有高极压添加剂的切 削油。水溶性切削油因为过于稀释无法含有足量极压添加剂。所以我 们常常选择使用低粘度,含有多量氯添加剂的油性切削油。 2. 切齿及滚齿加工 在切齿及滚齿加工中,刀具及切屑承受很大的压力,在这种加工 中,切削区域的润滑作用是最重要的事。对于一些易削钢及较易加工 的金属,我们可以使用水溶性切削油或油性切削油。但是对于一些较 难加工的金属,例如高张力镍、铬,或其它合金,就不能使用水溶性 切削油,正确的选择应该是含有很多极压添加剂的油性切削油。 3. 钻孔 适用于钻孔加工的切削油, 应具有较低的粘度及较低的表面张力, 能充分的渗透到切削区域,同时将废屑带出。当在易于加工的金属上 钻孔时,我们可以使用水溶性切削油或合成切削液。对于一些较难加 工的金属,则只能使用含有极压添加剂,低粘度的油性切削油。 4. 车削及铣削 车削及铣削是一种中负荷的加工作业,是许多单点加工作业中的 一种。一般而言,这两种加工作业没有什么特别的问题,选择切削用 油最好的方法是依据加工的材料而定。 以铸铁为例,这种材料很容易加工,甚至可以不用切削油就可以 加工,使用切削油可降低其温度,但最大的功用是携走切削的废屑。 切削油的润滑作用,并不很重要,使用水溶性切削油或合成切削液就 足够了。 如果是车削或铣削中等加工困难的金属如易切削低碳钢,需要较 高润滑效果,同时也需要能将切削屑带走,对于这类金属,可以使用 传统的乳状水溶性切削油或含脂的低粘度矿物油。 如果是非常难处理的金属如不锈钢、镍及钴合金,在加工时会有 高热产生,因此切削油应含有硫及氯,宜使用含有极压添加剂的水溶 性切削油或油性切削油。油性切削油应具有中等粘度,使用切削油在 渗透力及润滑性上能取得最好的平衡。 5. 研磨 以切削油的观点来看,研磨就像一系列小的高速切削加工,所以 有时称它为多点切削。其温度相当高,高温下大部分的热量都被工件 所吸收。对研磨加工而言,冷却是非常重要的。高温如果没有适当的 控制,会改变工件的外形。此外,切削油必须有洁净剂及良好的滋润 效果。能渗透到研磨区域清除磨轮上的磨屑,而且能防止磨轮变得光 滑而丧失其磨削效果。同时,它能使那些小的碎屑及杂质要能很容易 地和切削油分离。 一些容易加工的金属,例如铸铁及易削钢,是很容易研磨的,我 们一般使用一些透明水溶性切削油或合成切削液就可以了。 这些切削 油的主要目的是降低工件的温度,维持磨轮清洁,在加工时清除磨屑 及金属屑;同时在研磨前后防止工件生锈、腐蚀。 研磨一些比较困难的金属,例如不锈钢及高镍合金,这些金属是 以粘著称,因为在非常高的温度之下,这些金属会蚀化,而附着在磨 轮的摩擦颗粒上,因而造成磨轮光滑,失去摩擦力。 为了避免这种情形发生, 切削油除了应具有冷却及清洁的功能外, 同时也要具有润滑的功能。因此在研磨的切削油中,应该加入氯及硫 极压添加剂。在这里硫是特别重要的,因为磨轮和工件摩擦时,温度 相当高。 针对这些较困难的金属,常使用含有上述添加剂的水溶性或油性 切削油。 而油性切削油的基础油粘度应该是非常低, 以确保它能渗透、 冷却,并且能携带添加剂到研磨区域。 在研磨加工中,制成品的品质受到切削油影响非常大。在一般比 较粗制的研磨作业中,加工主要目的的将大量的金属磨除。在这种情 形下,切削油需要较少的润滑特性,而需要较大的清洁能力,以确保 磨轮的清洁,适用的产品为透明水溶性切削油或合成切削液。 对于要求制成品品质相当好的研磨加工,切削油应具有更多的润 滑效果。 可以选择使用含有更多添加剂及较高浓度的水溶性切削油或 低粘度油性切削油。 6. CNC 机器及自动多功能机器 这些多功能机器的引进,使用我们对切削油的选择应更加小心。 因为只选用一种切削油却必需适合于一台机器内多功能的切削作业。 实际上,我们是针对那个最困难的切削作业选择切削油,换句话 说,对同一台机器内其它的较容易加工作业而言,是不需要使用这种 高规格的切削油。 7. 决定使用何种切削油的其它几个参考条件 由上面的说明,您可以知道对于大部分的切削加工而言,切削油 的选择并无一个明确的标准。 对一些极端的情况, 例如高速磨床加工, 没有其他选择,您一定要使用水溶性切削油。另一种极端的情况,例 如高负荷的加工,人们也没有选择,一定要使用有极压添加剂的油性 切削油。 但是,对于一般性的机器加工而言,我们可以使用油性切削油, 也可以使用水溶性切削油。 以下几项因素可以帮助我们作决定选用何 种切削油。 (1) 机器类型 一些设计简单的机器,?如机力车床、方角车床、铣床及钻床,它 们的给进驱动装置和切削区域距离很远或互相隔离?;谎灾?,切削油 流动的区域限制于切削区域附近, 而不会接触到滑道系统或机械的其 它零件。在这种情形下,我们可以使用水溶性切削油或油性切削油。 对于一些较为复杂的机器,例如一些自动车床及齿轮切削机器, 切削油必须同时用于润滑机器滑道及接近切削区域的其它零件, 对于 这种机器最好使用油性切削油。 (2) 工作中切削油注意事项 油性切削油不需要特别的注意,只要常常添加就可以了;而水溶 性切削油却需要常常注意它的乳化强度、酸碱值、其它油流入污染及 细菌含量。这需要做一些简单的化学仪器试验,一般小工厂可能不具 备这种设备,而润滑油公司却常常能提供这方面的协助。 (3) 经济性 在选择润滑油时,另一项的顾虑就是经济性。水溶性切削油可能 最初看起来比较便宜, 因为它大部分是水。 可是, 事实往往不是这样, 乳化液控制不良、乳化液效果降低、管理不良等等其它因素都会造成 水溶性切削油乳化液寿命减短。 看起来选择适当的切削油是一个复杂的过程, 可是它并不如听起来那 么烦杂。 平常我们是运用删除法来做决定, 而且有很多前例可以遵循, 同时可以由切削油供应商那里得到许多建议及指导。 (4) 卫生 卫生问题必须加以注意,因为有些工厂的卫生条件较差,在这种 情况下,比较不适于使用水溶性切削油。因为这些工厂可能是细菌的 温床,会造成乳化液的分解及产生令人厌恶的臭味。 (5) 作业人员的接受性 如果使用方法正确,水溶性切削油或合成切削液使用起来比较合 适,因为它没有一些油性切削油会有的油味及臭味的情况。而一些皮 肤过敏的作业人员,接触到油性切削油可能会有过敏的问题,这也是 使用水溶性切削油的另一项原因。 切削油的管理 1. 储存 切削油应该储存在干净、密封的桶中,外加覆盖,以避免日照或 渗漏。这些容器应该清楚地标示,以分辩它们的成分。储存时必需横 置, 以避免水分进入。 如果以直立式来储存, 则应用盖子适当地遮盖。 储存这些油的地方,必须有足够的 B 型灭火器(即泡沫灭火器)或 B.C.F。这些灭火器的数目的多少,都依据储存区域大小及当地对于 可燃及易燃液体的有关法令而决定。 有时会有溢出的情形发生,所以应随时备有一种惰性硅藻土吸收 剂。应尽量避免用锯屑去吸收流出物,因锯屑会与油混合而有自燃倾 向。同样地,棉花也会与油产生自燃倾向,所以这些东西不可以储存 在油储区域。 切削油基本上是惰性的,但它们能像其它有机物一样与氧化剂发 生反应。在有些地区如澳大利亚,氧化剂被标明为黄色危险物品,标 有此警告的危险容器不能和切削油在同一区域储存。 2. 混合水溶性油 水溶性切削油应该是随用随混合,不能将已混合的乳化液放置过 长时间。虽然混合水溶性切削油是种直接的程序,但是一些简单的规 定应该被遵守。第一,应该将油液倒入盛有水的桶里,不可将水倒入 盛有油液的桶里。如果是硬水的话,必须在加入油液前加入软化的化 学品。 其次,算出水溶性油所需之量,然后逐渐地加入水中,当加入时, 保持搅动, 直至全部倒入。 从头到尾正确的搅拌要领是上下翻转运动, 而不是旋转运动。当用桨叶来搅拌小量液体时,以慢速搅拌较适合。 当任何困难发生时,你的切削油供应商能提供较多的资料,并且协助 使用适当的方法。 切记:一定是把水溶性切削油加到水中, 不可以把水加到水溶性切 削油中。 水的硬度是一种测量标准,它测量溶解在水中的无机盐浓度,这 种无机盐能与肥皂反应,产生浮渣。亦可与水溶性切削油反应,导致 乳化剂分解。理想状态是用软水来冲调水溶性切削油,但是现代的水 溶性切削油已被设计成能与中度硬水混合使用。 在非常硬的水中混合时(水硬度超过 150ppm),参考下表可加 入软化剂到水中,此方法为:在水溶性切削油加入之前,先将每公升 100 克的苏打粉(碳酸钙)或把每公升 300 克的一般苏打(含有 10 个水分子的碳酸钠)加入水中?;旌洗砉涛恍∈?,然后将沉淀 盐分析出,把溶液上面清水轻轻倒出,以便用来制造水溶性乳化液。 在硬水区域,最好的方法是装置水软化设备。“混合床”系统是较受欢 迎的,因为可将所有离子从水中移除,产生非常纯的水。此设备尤其 适用于水蒸发比较快的系统,因为它可以马上补充水分,所以是一种 理想的设备。如果没有马上补充水分,则会导致硬水浓度增加。 我们建议你与切削油的供应商讨论有关软化水之程序。 3. 细菌控制 导致水溶性乳化液不稳定的原因之一是细菌的存在。这些细菌可 靠吃切削油内的脂肪成分、腐蚀抑制剂及乳化液其他的成分生存。如 果没有控制好的话,它们能以很快的速率增殖。所产生的化学变化, 使乳化液变得更酸,破坏了乳化稳定性,并且造成金属腐蚀。 细菌生长产生令人不愉快的副产品是酸味,最糟的味道是由一种 叫硫酸还原菌的滋生。它们生长在氧含量低的乳液中,并且产生硫化 物气体,此气体有时被成为“星期一早上臭气”。 乳化液因工厂停工、假日或周末而会变得不稳定,如果我们在油 槽中安装空气帮浦或自动搅拌器,连续缓慢地搅拌,乳液会与空气混 合,可降低细菌生长速率。细菌控制最重要的方面是清洁,废屑会聚 集在切削液底部,把切削液内之溶氧降低,使得它更适于细菌生长。 渗漏油会留在切削乳液表面,使乳液和空气隔离,它减少了乳液 内的含氧量,创造了适合细菌生长的有利条件,因此必须尽可能地防 止。食物碎层及其它一般废物也可增进细菌生长,所以不可把它们投 入切削乳液内。 4. 渗漏油控制 要使切削油充分发挥效用, 在加工过程中应保持非常良好的控制, 特别是有关渗漏油方面的问题。 渗漏油是种渗入或流入切削油系统的 外来油,它来自一般润滑所用之矿物油或液压系统,少量渗漏油会导 致水溶性切削油产生一些问题。 渗漏油聚集在乳化液中乃是润滑油及液压油渗漏的一种信号。此 现象可由定期检查,定期保养及适当的照顾来避免。 此外,渗漏油是造成乳化液产生的三个问题之原因: (1) 乳化液负担过重 (2) 阻塞导管 (3) 细菌会分解乳化液 当乳化液中的乳化剂再乳化渗漏油,则造成乳化剂负担过重,破 坏了可溶性与非可溶性两方面的平衡, 导致乳化液不稳定或乳化液破 解。 乳化剂负担过重也会造成导管阻塞,这种不稳定会造成乳化剂中 非水溶性金属皂类的分离,使得非水溶性金属皂类沉积在导管两侧, 当较多皂类被沉积在此层时,导管阻塞随即发生。 在特殊例子中,必需用清洁剂来清洗切削油导管系统。此操作必 须在停工时进行,也因此降低了产能。渗漏油产生的另一个问题先前 已提过,那就是渗漏油浮在乳化液上,隔离空气,产生了适合细菌快 速生长的理想状况。 5. 碎渣及污秽物 由于大量的细屑产生及工件光度的严格要求,因此,在大部分的 研磨及搪磨加工都应该装上清洁及过滤设备。 滤网是大部分机械工具 最基本的设备。很多操作不会受切削油中停留的细粒子所影响,而较 大的碎屑由于地心引力关系,也很容易就被分离出,使用这些滤网就 足以完成过滤清洁的任务。 为了要有高表面光度的制成品,我们常使用油性切削油,在研磨 上会有碎渣及污秽的问题。由于油性切削油的粘度较高,所以水性切 削油容易积存残渣。油性切削油也较能长久使用,因为比较能容忍有 害物质的聚集。利用一个旁通管路,设置离心机或净化器便可解决此 一问题。 6. 切削油的给油方式 在许多加工作业上,切削油的给油速度可以慢速度,使大量的切 削油冲刷切削区域。一般而言,较快流速能提供最佳的冷却、清洁效 果。高压喷射方法输送切削油,一般用于高速切削等作业。 另一方面,采用喷雾的方式输送切削油到工具及工件,可以达到 满意的冷却效果。当从事深孔、搪孔加工或使用空心柄工具时,这都 需要采用高速的给油系统。在切削油输送系统中完善的挡板是必需 的, 没有它们, 操作者会把切削油流速减低, 以避免溅到自己; 如此, 也减少了切削区域的冷却效果。此结果会产生令人不愉快的蒸气,并 且对工具造成伤害。 特别是油性切削油有时会有蒸气或过热情形发生,其原因不是很 明显,但可能与下列条件有关:切削油状态、流速、输送到切削区方 式,操作者的适应性、加工速率、切削工具等。 这些可能有麻烦的地方——被检查后,没有发现任何问题,最好 向切削油制造商寻求建议。 油性切削油和水性切削油都会起泡沫,通??赡苡斜悯牍让土?转动、喷嘴口的限制、不共溶的油相混合(生产时将水溶性油换成油 性油,或油性油换成水溶性油)、水溶性油乳化过程中不正确的使用 空气搅动方法等的原因。 7. 切削油的处理 和水溶性切削油比较,油性切削油相对地易于处理。废油可由机 器集油槽和残屑处理槽收集,固体物质可用过滤法、离心法或磁化法 分离。通常把费油装在桶中,固体当做废物丢弃。 大多数废油可用作燃油,或者喷在燃煤上面处理,但是含氯油, 因为会产生酸性物质,所以不可以用燃烧法处理。 水溶性切削油处理较为困难,因为大部分的地方政府不允许倒入 河川、水沟和下水道,我们可以用下面两种方法处理: 第一、 外包厂商处理,这是最简单的方法,但是由于可以倾倒的 地方越来越少,越来越远,所以花费会变得很贵; 第二、 乳化液的化学分解,这是目前唯一被接受的处理方法。在 化学分解当中,乳化液加入小量的化学药剂而分离成油和水。成分较 少的油可由燃烧而处理掉;水占了 95%的体积,在取得地方主管许 可后,可以倒至下水道中。跟油含量标准一样,当地主管机关需要考 虑其重金属、酸碱值、温度、生化需氧量、酚及其它化学含量,向地 方主管官员请教是必需的。 无论用何种方法处理,都是昂贵且无生产力的。当使用水溶性切 削油时,最好使用高品质的水溶性切削油,它的使用寿命长。保持清 洁及遵守本章所述的指导方针,更可以延长切削油的使用寿命。 五、切削油的使用安全 金属切削过程需要所有有关人员,例如:作业员、装配员、工厂 经理的注意及关心。由于我们每天接触油品、化学品、有害的金属颗 粒,所以必须留心以确定这些不会造成身体健康的危害。 在切削油作业加工中,要确实保持个人健康,应注意下列各点: 作业员对于卫生的态度、正确的控制、正确的工作场所设计,使得作 业人员不致暴露在危险下。有责任感的切削油化学家,会充分了解到 金属加工作业时的健康顾虑, 因此会在他们知识范围内及有限可选的 原料范围内,将切削油成分中对身体健康、对人们的危害降到最低。 可是事实上, 没有任何一种物质能保证在任何环境下对任何人都没有 副作用。特别是在每星期六天,每天八小时长时间的暴露。 在切削油方面, 问题在于外来的污染物也会跑到切削油里去。油、 化学品及其它切削油污染物可能被人们食入、吸入、或者皮肤、眼睛 的接触而进入人体。对于金属切削加工工人,最常见的是皮肤接触。 1. 皮肤问题 有很多来源导致皮肤问题,例如细菌或滤过性病毒传染、虱或疥 癣之蔓延、不同种类之烧伤及皮肤炎。 皮肤炎是皮肤问题的一种通称,它涵盖许多不同的皮肤问题包括 皮肤发炎。造成皮肤炎的原因很多,例如在工厂触摸工业原料,在家 中接触到油漆、树脂、燃料、化妆品、果园喷雾器。甚至于果园植物 也会造成皮肤炎。所有皮肤发炎中只有大约三分之一的由于接触颜 料、环氧树脂、溶剂或切削油所造成,且并非全部和工作有关。 由接触所造成的皮肤炎,我们称为接触皮肤炎或外来皮肤炎,有 30%-40%是由于皮肤敏感人的过敏反应, 完全避免这种皮肤敏感是 很困难的。因为他们即使是接触到一点点敏感物质就会引起反应,导 致皮肤炎。 如果一位员工常?;计し粞?,而他常常和切削油接触,假如对他 作一些医学上的测验, 我们常??梢匀范ㄋ杂诨坊蛴图劣泄?症,不适合从事与金属切削有关的工作。剩下的 60-70%的接触性 皮肤炎是由于接触到刺激物所造成, 这包括使用金属切削油时所发生 各种皮肤不舒服的情形。 物质对于皮肤的刺激能力,随着接触时间、物质的性质、接触数 量、位置、皮肤的厚度、皮肤的情况等因素而不同。 对大部分人而言,短暂而且偶尔与切削油接触,再加上有良好的 个人卫生习惯, 应该不会有任何问题。 无论如何, 天天和切削油接触, 每周工作六天,在这种环境下,自然而然增加了皮肤问题的机会。如 果采用良好的?;ご胧┘霸し来胧?。 大部分的作业员在他们一生的工 厂生涯中,将不会有任何皮肤问题。 另一个需要顾虑的是废屑,这包括了金属废屑、磨轮上的碎屑、 铁锈粒子等等。如果这些废屑留在皮肤表面,或是清洁皮肤时将废屑 刺入皮肤,这些废屑会导致皮肤的擦伤或刺激皮肤。在工作后,我们 建议您使用高品质、脂状或胶状的清洁膏来清除这些废屑。 废屑也会堵塞皮肤毛细孔,当人流汗时情况会更糟,因而造成毛 囊及汗腺孔发炎,形成一种称为毛囊炎的皮肤炎。另一种较不常见的 问题是皮肤擦伤,某些切削加工机械会不断地摩擦手指尖或手掌,因 而造成暂时性的失去皮肤表层,皮肤也因此变得更敏感,而且更容易 受到刺激、擦伤。这可能会造成一种恶性循环,最好的方法就是尽量 减少不必要的摩擦。 同样的问题核能是由被浸湿或很脏的工作服造成, 尤其是内衣裤。 一般而言,衣服被油浸湿的原因可能是因为机器的挡油板设计不良, 没有使用或使用错误的挡油板,或是切削油喷出的压力过高。 有时一位新作业者,甚至一位老手,在操作不熟悉物品时,可能 皮肤会暂时受到刺激而红肿,事后红肿会消退。通常这只是一种正常 的适应新工作环境的过程,但是这种事情还是应该报告出来,以防止 由于更改工作环境而造成皮肤过敏的发生。对于在工厂工作的人而 言,受伤的皮肤未经治疗,无论是割伤或擦伤,无论伤口多小,都是 一种潜在的危险,没有治疗的伤口可能被感染。因此,一个未治疗的 伤口可使切削油或其它物质直接进入人体, 大大的增加健康问题的危 险性。 攻击金属切削油的细菌很少会对人体造成影响,主要对人体的威 胁是来自切削的废屑及某些特别的细菌,它们以切削系统作媒介,而 跑到伤口里去。在工作时受伤,无论是切伤或擦伤,无论伤口多小, 都应立即得到专业化的治疗。 在切削加工时,我们会接触到稀释后的切削油。当我们在混合水 溶性切削油时,也会有机会接触到浓缩的切削油。稀释前的水溶性切 削油比稀释后的切削油更容易刺激到皮肤, 所以在稀释水溶性切削油 时,应特别注意?;てし艏把劬?。 2. 预防计划 我们可以采用几种预防方法避免皮肤的问题,这些方法主要在减 少接触的时间,以减少接触性皮肤炎发生机会。 (1) 避免接触 实际上,完全避免和切削油接触小不可能的。 我们可能做到的是, 尽可能地减少接触以及维持最佳个人卫生。 防护的第一线是切削油使 用正确的流速,及采用足够的防护板,以避免被切削油溅到。如果无 法做到这一点,我们应穿上 PVC,或人造橡胶做的不透水围裙及手 套。 戴手套时应特别注意,尤其在湿热的天气下,因为手套内部可能 因为沾污或浸湿,会比没戴手套产生更多的问题,可以考虑使手套内 部易于清洗或使用后即丢弃的手套。 (2) ?;つ钠し?衣服例如工作服或内衣裤如果被油弄脏了,可能会造成擦伤或刺 激皮肤, 这种衣服应该立即换掉。 在重新使用前, 必须要彻底的清洗。 如果衣服污染到一个程度,无法满意地清洗干净,最好丢弃它;同时 污秽的衣服不可与清洁的衣服储存在一起。 有一种不良习惯我们应该避免,就是将油污的棉花或废纸放在工 作服口袋里,这也是造成污染的原因之一。我们建议您最好穿短袖的 工作服,而不穿长袖工作服。穿短袖,前臂露在外面,前臂很容易看 得见, 易于清洗, 袖子的纤维不会和手臂摩擦。 长袖易于受到油污染, 因此造成污染和皮肤长时间的接触。 在某些加工作业如研磨,粒子可能会击中赤裸的前臂。为了避免 这种情形,我们可以戴上不透水的活动袖子或宽手套。 (3) 清洁您的皮肤 清洗时最重要的是不要在油槽内清洗,并且不要用煤油或白酒精 来清洗皮肤。当然这些溶剂会清洁皮肤,但它们也会吸收皮肤表面天 然的?;び椭?,使得皮肤干燥、分裂,会更容易受到进一步的伤害。 在每一次休息时间,吃东西或上厕所前,应使用温和的胶质型清 洁剂或中性无侵蚀性肥皂清洗暴露的皮肤。使用热水,再慢慢彻底晾 干,不可以使用会导致皮肤炎的侵蚀性、粗糙的肥皂。 (4) 关心您的皮肤 使用乳液润滑皮肤,可以给皮肤特别的?;ぷ饔?,同时也易于皮 肤的清洗。应该注意的是,水溶性切削油及油性切削油要使用不同的 乳液,所以在选择乳液时应该特别注意向他人请教。 如果作业员是天生干性皮肤,可以使用润肤乳液、以恢复在工作 上所失去的皮肤油脂。如果可能的话,在下班后洗个淋浴,换干净的 衣服。 (5) 关心您的眼睛 在金属切削的加工中,眼睛伤害的危险一直存在,所以预防措施 是非常重要的。第一,要有良好的防护板。第二,作业员应戴上护目 镜,如果眼睛被切削油溅到,要马上用大量清水冲洗,并马上去做专 业的急救医疗。 当然,使用后的切削油都会含有腐蚀粒子及会刺激眼睛的物质, 任何一种切削油都会刺激眼睛。 (6) 呼吸道的?;?当吸入切削油所发出的气体或蒸气时,会造成呼吸道的刺激,我 们应该采取行动避免气体及蒸气的发生,如果不能避免这种情况,则 必须要有适当的通风设备。

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