随着模具工业技术的不断发展和进步,新材料,新工艺不断涌现,在模具加工过程中选择 合适的切削液对於保证产品加工质量,提高加工效率,减少环境污染都是至关重要的. 金属加工液最基本的功能是润滑,冷却,排屑,防锈 .这四个性能不是完全孤立的,既有 统一面,又有对立面.如切削油的润滑,防 性能较好,但冷却,清洗性能差;水溶液的冷 却,洗涤性能较好,但润滑和防 性能差. 一般认为,在低速重负荷切削加工(螺纹切削,扩孔和齿面切削)时,需要充分的润滑,通常 选用极压切削油剂,切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结,作为边界润滑剂.在 高速浅层切削加工时, 冷却是首要的, 一般选用水基切削液——它的主要作用是降低摩擦热, 带走热量.那些切削液难以到达剪切区域的加工作业,给润滑,冷却造成很大困难.通常对 扩孔,齿轮切削(特别是滚齿),深孔钻和镗孔,攻丝(特别是盲孔),深套孔,车螺纹加工要 精心选择适用的切削液. 实践证明,选用合适的金属加工液,能降低切削温度 60~150℃,降低表面粗糙度 1~2 级, 减少切削阻力 15~30%, 成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命,并能把铁屑和灰末从切削区冲 走,因而提高了生产效率和产品质量. 在模具加工过程中,刀具的作用是在主剪切区域把加 工材料用强剪切力切除剥落.刀具的推进面和暴露的 新鲜金属面之间,由於强烈的附着作用使推进面受到 高的应力.因切割剥落的屑要移过刀具推进面,从而 形成了第二剪切区域——该区域产生的剪切作用使刀 具受到最大摩擦力.在此时,润滑和冷却作用的重要 性同时凸显出来.值得注意的是,金属去除类的机械 加工种类很多,又各有其独特工况. 图 1 金属加工液在生产中的应用 下文将聚焦金属加工液在三种具体加工方式中的应 用,并结合本刊对壳牌(Shell)和德国欧海(OEL- HELD)两家公司的用户采访报道,说明金属加工液的具体应用和性能要求. 电火花加工 壳牌公司旗下的万安 EDM110 和 130 是优质火花电蚀加工油 (见表 1,转下页),采用高精 度炼且芳香烃含量极低的石蜡基基础油制成,绝缘性好,产品加工精度高,使用寿命长,对 皮肤刺激小.其中,前者粘度中等,适合火花电蚀加工;后者粘度较高,适合火花电蚀较高 精度加工.这两种产品还可作为刀具研磨油使用. 壳牌万安 EDM110 和壳 牌万安 EDM130 具有一 些相同的特点:①粘度 低, 对工件和火花塞有极 好的清洗作用; ②带屑性 表 1 壳牌万安 EDM 110/130 火花电蚀加工油当前产品典型值 好,延长电极使用寿命; ③绝缘性好,高介电强度,④表面加工精度高,加工表面粗糙度可以低至 3 微米至更低; ⑤高闪点,可减少机内发生火灾的危险;⑥高沸点,最大限度减少挥发损失,防止因挥发损 失导致油粘度升高和加工精度下降;⑦良好的热稳定性和氧化稳定性,且使用寿命长,不易 氧化变色;⑧无色无嗅,有助於用户观察火花塞加工过程的情况;⑨良好的过滤性,快速清 除加工过程中产生的细屑;⑩芳烃含量极低,对皮肤刺激作用小,对人体无害. 磨削 磨削过程中磨粒与金属表面的摩擦会产生大量热量. 当热量聚集到一定程度时 (磨削点的瞬 间温度可达 1500℃,磨料与工件的磨削区域的平均温度为 500℃至 800℃之间),工件表 面就会出现灼伤甚至形变, 因此成品的表面质量和精度将受到影响. 如果改善磨削加工的操 作条件,运用磨削油进行充分的冷却和润滑,加工过程中的一半热能都会被冷却剂吸收,而 最终进入到工件的热量只占到整个加工过程产生热能的 15%.因此,磨削油有效降低了工 件被灼伤的机率. 磨削油以基础油为载体,通过在 基础油中添加多种具有不同性质 和功能的添加剂混合而成.目前 图 2 使用 OEL-HELD 的 Sintogrind 磨削油的加工结果与 世界上性能最好的磨削油基础油 是以乙烯为原料直接合成的聚 α其它产品的使用效果对比 a: 其它磨削油和常规砂轮的磨削效果 b: 其它磨削油和 内冷式砂轮的磨削效果 c: Sintogrind 和内冷式砂轮的磨 削效果 烯烃. 由於产物的纯净和均一性, 聚 α-烯烃具有其他基础油无可比 拟的卓越性能,并在一级方程式 赛车的严酷条件下用作基础油. 由於其组成结构为纯烷烃, 因此具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性, 非常适用於高速磨 削的加工. OEL-HELD (中国) 西南代表处的魏欣阳表示, 其公司旗下的 Sintogrind, Diagrind, Toolgrind 系列高性能磨削油采用聚 α-烯烃,氢化裂解油作为基础油,具有蒸发率低,无腐蚀性(包括 对密封件),可过滤性好,冲洗性强,消泡性高,闪点高以及黏度指数较高等优点.在独特 的磨擦改良剂,抗磨添加剂,极压添加剂和抗氧化剂等的协同作用下,上述系列磨削油在加 工硬质合金时完全避免了金属钴的析出, 并具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性, 在减少 能耗与砂轮磨损的同时, 工具表面不会产生任何灼伤, 从而达到高精度加工要求并获得良好 的表面光洁度, 因此被绝大多数的知名磨床制造商所推荐, 在欧美等国家市场占据主要的份 额. 切削 近年来金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域. 这类液体以水为基质, 传热速度 高(水的传热速度为油的 2.5 倍).等量的水吸收一定热量后,比油的温升要慢得多,从而提 高了冷却效果,且可减少油雾.因此,水基切削液的用量增大. 目前,水基切削液在中国切削液市场总体中约占 60%,但水基切削液与油相比存在着一些 问题,这包括润滑性差,以及 蚀,胶体稳定性,化学稳定性,生物稳定性,可滤性,泡沫 性等方面的问题. 这些因 素对切削液在机床应用 时的 "油池寿命(Sump Life)"至关重要. 壳牌公司旗下的壳牌斯 特来 Sitala CE 3402 高 性能水溶性切削液 (见表 2),含有大量极压添加 表 2 壳牌斯特来 Sitala CE 3402 水溶性切削液当前产品典型值 剂,适用於钢材和铝合金材料的加工.可满足要求高表面精度的苛刻加工,以及高压,使用 内冷刀具的工艺,如:深孔钻,钻孔,铣和 MAPAL 绞孔等. 壳牌斯特来 Sitala CE 3402 具有良好的抗泡沫性能,优异的生物稳定性和清洗性能,可保 持机床和工件清洁. 其良好的冷却能力和润滑性能, 能确保加工工件的高精度. 同时, Sitala CE 3402 的生物稳定性优异,产品使用寿命长,可显着降低维护成本.而高度抗腐蚀性能 则有利於保护刀具,加工工件和导轨. 节能环保,降本增效的发展趋势不可阻挡 深圳市模具技术学会专家委员罗百辉指出, 企业在选用金属加工液时要全面权衡利弊, 须达 到以下要求:热容量大,导热性好,具有较好的冷却作用.具有较高的油性或是较强的金属 表面吸附作用,能使形成的吸附薄膜具有较高强度,牢固吸附在金属表面,起到良好的润滑 作用.而防 性好的话,对金属不起腐蚀作用,也不会因腐蚀而损坏机床和工件的精度及表 面粗糙度.同时,表面张力低的产品,易於均匀扩散,利於冷却和洗涤作用并具有较好润滑 性. 罗百辉同时表示,经济成本方面的考虑也很重要.金属加工液必须使用方便,价格低廉,要 求容易配置并最好适用於多种金属材料和多种加工方式(如车,磨,刨等),有一定的透明 度,在提高切削速度时不冒烟.对人体无害,无毒,无异味.不会伤害皮肤及鼻腔粘膜,不 刺激眼睛等.稳定性好,使用寿命长.在长期使用和贮存期间,不分层,不析出沉淀物,不 发霉变质.切削废液量较大,考虑废液处理,避免造成环境污染. 中国"保增长,扩内需"的政策举措正付诸实施,重点产业振兴规划也相继出台,模具企业购 买力在不断提升,企业转型所需产品种类将更广泛,并且对产品的品质要求必会飞速提高. 在经济危机的考验之下,模具行业金属加工液用户的需求必然加速向高效节能,健康环保, 低经济成本的方向迈进.