金屬切削工藝的潤滑--軸承加工技術(shù) |
一、金屬切削液的選用(技術(shù)切削設(shè)備的潤滑見機床的潤滑特點) 大部分金屬切削需要使用切削液,甚至在可以正常進行干切削的作業(yè),如果選用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤滑劑也可增加工效。早在1883年,F(xiàn).W.泰勒(Taylor)曾證明用沖洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。 金屬切削液的品種繁多。ASTM D2881把金屬加工用的液體劃為三類:(1)油和油 基液體;(2)水基乳液及分散體;(3)化學(xué)溶液(真溶液及膠體溶液)。2類與3類之間的基本區(qū)別在于分散相的粒度和粒度分布。溶解油乳化液的平均粒度大于1μm,真溶液及膠體溶液的粒度范圍為20~40nm。膠體乳液(Ⅱ-C)代表了一種介于化學(xué)溶液與溶解油的乳液之間的中間狀態(tài),其粒度分布介于上述兩等級之間。這種劃分原則 基本上是一個理論性的區(qū)分,因為從典型的礦物油到不含油的化學(xué)溶液之間,可能 存在著無限度的等級。 近年來,金屬切削液的發(fā)展和變化主要是在水溶性液體領(lǐng)域(2、3類)。由于這類液體以水為基質(zhì),其傳熱速度高(水的傳熱速度為油的2.5倍)。等量的水吸收一定熱量后,比油的溫升要慢得多,從而提高了冷卻效果,且可減少油霧,因此水基切削液的用量增大。以英國為例,水基切削液在整個切削液市場中約占60%。但是水基切削液與油相比存在著潤滑性差,其次是銹蝕、膠體穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性、可濾性、泡沫性等問題。這些問題對切削液在機床應(yīng)用時的“油池壽命(Sum p Life)”至關(guān)重要。合理選擇、應(yīng)用、監(jiān)控和維護,對使用水基切削液特別重要。 1、金屬切削液的成分與選擇 根據(jù)我國目前市場情況,切削液的主要成分如下。 (1) 油或油基液體:屬于ASTM D 2881分類中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C,習(xí)慣稱為切削油(也稱凈切削油),主體為礦物油,含或不含添加劑。 (2) 乳液:屬于ASTM D 2881分類中的Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C,有時稱為溶解油。根據(jù)礦物油含量和油滴粒度可分為3種: 粗乳液:含油65%~80%,油滴粒度 2~10μm; 微乳液:含油40%~50%,油滴粒度<1μm; 半合成乳液:含油5%~40%,油滴粒度約0.1μm; (3) 合成液體:含油或不含油,以溶于水的高分子有機物為主要潤滑劑。 (4) 化學(xué)溶液:不含油,屬ASTM D2881分類中的Ⅲ。從以上成分來看,以切削油的潤滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型乳液,如配制得當(dāng)也有相當(dāng)好的潤滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范圍最廣泛。用于重負荷切削的乳化液要含極壓添加劑。合成液是乳化液的補充產(chǎn)品。這種液體常用在特定的用途上。某些合成液體在 使用中由于濃度增大,清洗性增強而導(dǎo)致?lián)p傷操作人員的皮膚和機床涂層?;瘜W(xué)溶液是不含礦物油的水溶液。使用前用水稀釋,有良好的沖洗、冷卻效果,并應(yīng)能防止接觸區(qū)域的銹蝕。這類液體主要用于研磨,功能在于清洗和冷卻,沒有潤滑性。切削液的選擇,首先要避免使用那些對機床、刃具和加工材料有害的液體。通常,不含游離硫的硫化油適用于加工鋼材和銅材。而有些銅合金和高鎳合金,在硫劑(特別是含游離硫)作用下會產(chǎn)生暗色斑痕。水基切削液的成分比較復(fù)雜,這是因為要顧及乳化系統(tǒng)的穩(wěn)定,既要考慮諸成分的HLB值,又要達到各項性能的平衡。由于切削液以水為基質(zhì),還應(yīng)考慮諸成分的水溶性或在水中分散的性質(zhì)。 選擇切削液前應(yīng)充分了解下列情況。 1.1 加工材料的性質(zhì) 被加工的材料物理化學(xué)性質(zhì)各異,反映在切削操作上就會有切削的難易和與切削液相容性等新問題。對較難加工的材料及其與切削液的相容性分別簡略介紹如下 。 鋁:質(zhì)軟,切割易粘切具。乳化液如堿性強,與鋁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),造成乳液分層。應(yīng)選用專用乳化液或石蠟基礦物油作冷卻潤滑劑。 黃銅:切削時產(chǎn)生大量細屑,易使乳化油變綠。含活性硫的油劑可使加工材料變色,如選油劑要有過濾設(shè)備。 青銅:剪切前產(chǎn)生顯著的塑性變形,可使乳化液變成綠色。如選油劑要有過濾設(shè)備。 銅:粘韌,切削時產(chǎn)生微細卷曲的屑,可使乳化液變成綠色,影響乳化液的穩(wěn)定,在活性硫作用下生污斑。如選用油劑要配備過濾設(shè)備。 可鍛鑄鐵:切削時產(chǎn)生大量微細的具有化學(xué)活性的磨蝕性屑。這些活性細屑好似過濾介質(zhì),削弱了乳化液的活性,而且可生成鐵皂,使乳化液變?yōu)榧t褐色,乳化液的穩(wěn)定性變劣。如使用油劑,必須用離心機或過濾器把鐵屑除去。 鉛及其合金:易切削,可生成鉛皂,破壞乳化液的穩(wěn)定。如使用油劑,對油劑有稠化傾向,要防止使用含大量脂肪的油劑。 鎂:切削時產(chǎn)生細屑,可燃。一般不使用水基切削液,可采用低粘度油作為切削液。 鎳及高鎳合金:切削時局部產(chǎn)生高熱,切屑可能燒結(jié)。可選用重負荷乳化液或非活性硫化油。 鈦:產(chǎn)生磨蝕性、可燃的切削,易發(fā)生加工硬化現(xiàn)象,應(yīng)用重負荷乳化油或極壓油劑。 鋅:切削面不規(guī)整,難以取得良好的光潔度,與乳化液生成鋅皂,使乳化液分離,應(yīng)選專用乳化液。 1.2 加工工況 刀具的作用是在主剪切區(qū)域把加工材料用強剪切力切除剝落。刀具的推進面和暴露的新鮮金屬面之間,由于強烈的附著作用使推進面受到高的應(yīng)力。因切割剝落 的屑要移過刀具推進面,從而形成了第二剪切區(qū)域。在第二剪切區(qū)域產(chǎn)生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。潤滑和冷卻作用在此時同樣重要。但屬于金屬去除的機械加工種類很多,又各有其獨特的工況。一般認為,在低速加工(螺紋切削、擴孔和齒面切削)時,切削潤滑劑的主要任務(wù)是縮小推進面與屑的粘結(jié),作為邊界潤滑劑。 在高速切削加工時,切削液的主要作用是降低摩擦熱,帶走熱量。 那些切削液難以到達剪切區(qū)域的加工作業(yè),給潤滑、冷卻造成很大的困難。通常對擴孔、齒輪切削(特別是滾齒)、深孔鉆和鏜孔、攻絲(特別是盲孔)、深套孔、車螺紋加工要精心選擇適用的切削液。 1.3 油基和水基的特點 油基切削液指含添加劑的礦物油。水基切削液指乳液、合成液及化學(xué)溶液?;\統(tǒng)地說,低速重負荷切削需要充分的潤滑,通常選用極壓切削油劑。高速淺層切削,冷卻是首要的,一般選用水基切削液。有些極壓乳化液具有很好的潤滑和冷卻性,可以用于重負荷切削。一般的研磨加工,有時潤滑反而有害,故可使用合成液或化學(xué)溶液。加工材料、刀具材質(zhì)、機床構(gòu)造也是確定選用油基液或水基液的重要依據(jù)。 2 使用和維護 2.1 配制(稀釋)只有水基切削液需要配制,即按一定比例加水稀釋。水基切削液特別是乳化型的,在用水稀釋時要注意以下幾個方面。 2.1.1 水質(zhì) 一般情況下不宜使用硬度超過400的水,因高硬度的水中所含的鈣、鎂離子會使陰離子表面活性劑失效,乳液分解,出現(xiàn)不溶于水的金屬皂。即使乳化液是用非離子表面活性劑制成,大量的金屬離子也可使膠束聚集,從而影響乳液的穩(wěn)定性。太 軟的水也不宜使用。用太軟的水配制的乳化液在使用過程中易產(chǎn)生大量泡沫。 配制乳化液的水的適宜硬度應(yīng)為50~200??捎萌ルx子水和未經(jīng)處理的工業(yè)水混配使用。我國幅員遼闊,切削液品種極多,因此在選購水基切削液之前,最好用當(dāng)?shù)氐乃髡{(diào)配試驗。一般禁止使用處理后的污水、含化學(xué)物質(zhì)的水和二次水來配制乳化液。鍋爐用的軟化水也要慎用。 硬水地區(qū)的用戶可采用碳酸鈉法把水軟化后使用。軟化劑用量最好經(jīng)試驗確定。要防止軟水后水的pH值過高。軟水劑使用過度會破壞乳化液的穩(wěn)定。 2.1.2 稀釋 切削液的稀釋關(guān)系到乳化液的穩(wěn)定。切削液在使用前,要先確定稀釋的比例和所需乳化液的體積。然后算出所用切削液(原液)量和水量。 三泰 SUNTHAI , 飛帆 F&F 選取潔凈的容器,將所需的全部水倒入容器內(nèi),然后在低速攪拌下加入切削液原液。配制乳化液時,原液的加入速度以不出現(xiàn)未乳化原液為準。切削液原液和水的加入程序不能顛倒。不要在機床的油池(槽)內(nèi)直接調(diào)配乳液。 2.2 切削液的使用 切削液的使用效果,首先取決于正確選用適合加工工況的切削品種,以及合理地調(diào)配稀釋。但以下諸因素亦值得重視。 (1)循環(huán)液體總量 機加工過程中循環(huán)使用的切削液因飛濺、霧化、蒸發(fā)以及加工材料和切屑攜帶,不斷地消耗。這種消耗以a(攜帶值)表示。其定義是:為了維持機床油槽原有切削液的體積,每月需補加切削液量,以原有體積倍數(shù)表示。例如,一個切削液循環(huán)系統(tǒng)的a=1,是指一個V為20m↑3液體循環(huán)系統(tǒng),每月需補充稀釋后的切削液(或 油)20m↑3。歐洲汽車工業(yè)機加工的a值為1~1.5。個別切削液循環(huán)系統(tǒng)可低至0.25,即原來投入的切削液,假設(shè)不進行補充,4個月就會被攜帶完,也有高達a=4的。 攜帶值a與加工材料的形狀關(guān)系很大。攜帶值a無疑與機加工費用相關(guān)。但攜帶值太小會增大切削液的維護費用。每立方米冷卻劑一年的總費用K為: K=k1+k2+k3(元/m3·年) 式中,k1為變換冷卻劑的費用(原液+水)、廢冷卻液排放費用(勞力、清洗、 充入水以及停工時間);k2為攜帶值費用(液體因工件、切屑攜出的損失及液 體霧化、蒸發(fā)的損失);k3為冷卻劑的維護費用。從上式可知,攜帶值過大或過小都會增大費用。 冷卻液的逐漸消耗,使循環(huán)系統(tǒng)的液體減少,液體溫度上升甚至過熱,冷卻效力下降。冷卻效力下降會影響加工件的精度,并使刀具硬度下降。切削液溫度升高會加劇液體的霧化和蒸發(fā),污染車間環(huán)境,進而增大液體消耗,形成惡性循環(huán)。通常機床的液槽(油槽)如處于半滿狀態(tài)就不能發(fā)揮液體的應(yīng)有功效,而且液體易變質(zhì)。 當(dāng)使用油劑切削液(凈切削油)的溫度過高,危害更為嚴重。凈切削油的冷卻能力較低,且多用在那些難加工、發(fā)熱量大的切削中。油槽內(nèi)凈切削油超溫不但具有前述危害,還可能導(dǎo)致添加劑分解(分解可能產(chǎn)生有害物質(zhì)),損壞機床、加工材料和刀具,惡化環(huán)境。特別是含大量氯化物添加劑的凈切削油,大多用于苛刻的機加工,產(chǎn)生的熱量大。這時油槽應(yīng)增多充油量,以增加熱容量。 三泰 SUNTHAI , 飛帆 F&F (2)切削液的流量 一般的機加工應(yīng)保證壓力、大流量。鏜深孔和空心桿刀具可采用高壓噴射冷卻液,以利于把切屑沖刷出來。有些中低碳鋼和鈦材的鉆孔加工采用脈沖式注射冷卻液更有利,但要注意適合油泵的性能??量痰募庸に褂玫暮葍羟邢饔?,要加大流量。 流量的大小可用循環(huán)系數(shù)f表示。定義是每小時循環(huán)量為總?cè)萘康谋稊?shù)。切削液循環(huán)系統(tǒng)的溫度、泡沫、污染物含量對f都有影響。 (3)油嘴形狀 油嘴的形狀應(yīng)適合被加工件的形狀和大小,以及刀具種類和操作程序。良好的油嘴應(yīng)使切削液一直保持液流平坦,使加工件各部分充分浴于液體內(nèi)。油嘴形狀要按實際效果來調(diào)整,基本要求是使最需要冷卻和潤滑之處得到足夠的冷卻液。 (4)泡沫 水基切削液和凈切削油在使用中會發(fā)生泡沫過多的問題。泵速過大會造成液體湍流,或者油管阻力形成噴射會增大液體的泡沫。特別是水基切削液的泡沫性是其 主要性能指標之一。 不同性質(zhì)的切削液相混(如凈切削油與乳化液相混)也會使泡沫增多。機床變更切削液前要洗凈油槽和循環(huán)路線。此外配制乳化液時要避免激烈攪拌和空氣攪拌。 過度軟化的水和含堿的水會增加乳化液的泡沫。流體循環(huán)泵密封不嚴也會增大液體的泡沫。泡沫的危害使冷卻潤滑液失效和油槽容積的浪費。泡沫嚴重的冷卻液會造成機床、刀具和工件損壞。 (5)機床的密封 經(jīng)常檢查機床的軸封(特別是用乳化液作為冷卻劑時),防止切削液串入機床齒輪箱、床頭箱或其它密封的傳動機構(gòu)內(nèi)。乳化液如果進入礦物油潤滑系統(tǒng)將使機床磨損。含極壓劑的凈切削油串入機床傳動或液壓系統(tǒng),危害較小。 2.3 切削液的維護 大型機械加工車間常采用集中冷卻潤滑系統(tǒng)。這類循環(huán)系統(tǒng)的冷卻液不停地循環(huán)使用,油池壽命十分重要。延長油池壽命除了冷卻液的質(zhì)量和合理使用外,冷卻液的維護也是重要的因素。冷卻液、切削液的維護工作主要包括以下幾項。 (1)確保液體循環(huán)路線的暢通 及時排除循環(huán)路線的金屬屑、金屬粉末、霉菌粘液、切削液本身的分解物、砂輪屑,以免造成堵塞。 (2)抑菌 切削液(特別是乳液)抑菌生長的重要性是人所共知的??刹捎枚ㄆ谕度霘⒕鷦┖陀贸⑦^濾等手段抑制細菌的繁殖。 (3)切削液的凈化 污染切削液的物質(zhì)主要是金屬粉末和砂礫細粉、飄浮油和游離水、微生物和繁殖物,特別是毛霉目真菌。 切削液內(nèi)所含的固體粉末來源于加工件和刀具。這類固體不但易堵塞管路并有以下危害:(1)懸浮于冷卻液內(nèi)的粒子損壞泵的密封,增大刀具磨損,損害人的皮膚,影響加工質(zhì)量;(2)固體沉淀在油池底部,與有機物聚結(jié),形成一層有大量氣孔的沉淀層,為微生物繁殖提供了有利條件,而霉菌的細絲更穩(wěn)定了沉淀的固體;(3)切削液中的金屬粉末具有很高的化學(xué)活性,可使切削液中的某些成分失效。菌污染使切削液酸敗分解,霉菌的繁殖產(chǎn)生粘稠物,導(dǎo)致管路和噴嘴堵塞。 飄浮油是指機床傳動和液壓系統(tǒng)用油因機床密封不嚴漏入切削液系統(tǒng)的油。飄浮油的危害是使切削液系統(tǒng)的某些材料膨脹變形,干擾了乳化液的乳化平衡,使乳化液失去穩(wěn)定性。而且飄浮油常浮于乳液油表層,阻擋了乳化液和空氣的接觸,導(dǎo)致乳化液缺氧,使厭氧菌快速繁殖,加速乳化液的腐敗變質(zhì)。 切削液被上述三類物質(zhì)污染后,如采取分別去除污染的方法,手續(xù)十分繁瑣。近年來開發(fā)了超細過濾方法,可除去固、液和大部分菌類污染物。但被超細過濾的切削液只限于含油少的微乳液或合成液,其成分在低濃度時不會構(gòu)成膠束或其它凝聚物。 有一種循環(huán)再生系統(tǒng)可把上述三類污染物在一個整體系統(tǒng)內(nèi)清除。這種系統(tǒng)包括多種設(shè)備,分別用來除去不同的污物。例如用撇油輪除去表面飄浮油;用高速離心機或紙質(zhì)過濾器除去金屬粉末和泥砂;用高壓巴氏殺菌器滅菌。 在循環(huán)再生過程中要向系統(tǒng)內(nèi)補充10%~15%的新鮮冷卻液,以彌補蒸發(fā)、漏損和加工件攜帶走的損失和添加劑的消耗。采用分批再生方式定期從切削液循環(huán)系統(tǒng)中抽出一定體積的液體,進行上述處理后再返回循環(huán)系統(tǒng)。 這種再生系統(tǒng)的特征是:配套完整,效率高,可從切削液中除去1μm以上的固體顆粒和大部分飄浮油。主要優(yōu)點是采用高壓巴氏滅菌,省去了定期投放殺菌劑的麻煩,減少了殺菌劑對人身和環(huán)境的危害。 3、 勞動衛(wèi)生與環(huán)境影響人身健康和環(huán)境的主要原因是切削液所含的基礎(chǔ)油和各種添加劑。這些物質(zhì)對健康的危害主要有以下幾方面。 (1)致癌切削液所含的高密度礦物油(相對密度大于0.9)屬高芳烴含量的礦物油,易被乳化。但其中的多環(huán)芳烴(PCAH)是致癌成分。亞硝酸鈉和三乙醇胺曾被廣泛用于乳化液中,是有效的防銹劑。由于亞硝基二乙醇胺被證實為致癌物質(zhì),70年代有些國家已禁止使用。 (2)油疹由于皮膚接觸切削液中的油、菌類和金屬屑而產(chǎn)生的油疹,是最常見的皮膚病。 (3)毛囊炎由于皮膚汗毛囊管受到油及外來物剌激所致,主要發(fā)生在手臂。 二、切削液使用中的問題及其對策。 1、切削波變質(zhì)發(fā)臭的問題 切削液變質(zhì)發(fā)臭的主要原因是:切削液中含有大量細菌,切削液中的細菌主要有耗氧菌和厭氧菌。耗氧菌生活在有礦物質(zhì)的環(huán)境中,如水、切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(huán)境中,每小時分裂為二,代謝釋放出SO2,有臭雞蛋味,切削液變黑。當(dāng)切削液中的細菌大于106時,切削液就會變臭。三泰 SUNTHAI , 飛帆 F&F (1) 細菌主要通過以下渠道進入到切削液中: 1)配制過程中有細菌侵入,如配制切削液的水中有細菌。 2)空氣中的細菌進入切削液。 3)工件工序間的轉(zhuǎn)運造成切削液的感染。 4)操作者的不良習(xí)慣,如亂丟臟東西。 5)機床及車間的清潔度差。 (2)控制細菌生長的方法 1)使用高質(zhì)量、穩(wěn)定性好的切削液。 2)用純水配制濃縮液,不但配制容易,而且可改善切削液的潤滑性,且減少被切屑帶走的量,并能防止細菌侵蝕。 3)使用時,要控制切削液中濃縮液的比率不能過低,否則易使細菌生長。 4)由于機床所用油中含有細菌,所以要盡可能減少機床漏出的油混入切削液。 5)切削液的pH值在8.3~9.2時,細菌難以生存,所以應(yīng)及時加入新的切削液,提高pH值。 6)保持切削液的清潔,不要使切削液與污油、食物、煙草等污物接觸。 寧波三泰軸承有限公司 NINGBO SUNTHAI BEARING COMPANY 商標 BRANDS:三泰 SUNTHAI , 飛帆 F&F 7)經(jīng)常使用殺菌劑。 8)保持車間和機床的清潔。 9)設(shè)備如果沒有過濾裝置,應(yīng)定期撇除浮油,清除污物。 2、切削液的腐蝕問題 (1)產(chǎn)生腐蝕的原因 1)切削液中濃縮液所占的比例偏低。 2)切削液的pH值過高或過低。例如PH>9.2時,對鋁有腐蝕作用。所以應(yīng)根據(jù)金屬材料選擇合適的pH值。 3)不相似的金屬材料接觸。 4)用紙或木頭墊放工件。 5)零部件疊放。 6)切削液中細菌的數(shù)量超標。 7)工作環(huán)境的濕度太高。 (2)防治腐蝕的方法 1)用純水配制切削液,并且切削液的比例應(yīng)按所用切削液說明書中的推薦值使用。 2)在需要的情況下,要使用防銹液。 3)控制細菌的數(shù)量,避免細菌的產(chǎn)生。 4)檢查濕度,注意控制工作環(huán)境的濕度在合適的范圍內(nèi)。 5)要避免切削液受到污染。 6)要避免不相似的材料接觸,如鋁和鋼、鑄鐵(含鎂)和銅等。 3、產(chǎn)生泡沫的問題 在使用切削液時,有時切削液表面會產(chǎn)生大量泡沫。 (1)產(chǎn)生泡沫的主要原因 1)切削液的液面太低。 2)切削液的流速太快,氣泡沒有時間溢出,越積越多,導(dǎo)致大量泡沫產(chǎn)生。 3)水槽設(shè)計中直角太多,或切削液的噴嘴角度太直。 (2)避免產(chǎn)生泡沫的方法 1)在集中冷卻系統(tǒng)中,管路分級串聯(lián),離冷卻箱近的管路壓力應(yīng)低一些。 2)保證切削液的液面不要太低,及時檢查液面高度,及時添加切削液。 3)控制切削液流速不要太快。 4)在設(shè)計水槽時,應(yīng)注意水槽直角不要太多。 5)在使用切削液時應(yīng)注意切削液噴嘴角度不要太直。 4、操作者皮膚過敏的問題 (1)產(chǎn)生操作者皮膚過敏的主要原因 1)pH值太高。 2)切削液的成分。 3)不溶的金屬及機床使用的油料。 4)濃縮液使用配比過高。 5)切削液表面的保護性懸浮層,如氣味封閉層、防泡沫層。殺菌劑及不干凈的切削液。 (2)在工作中,為了避免操作者皮膚過敏,應(yīng)該注意以下幾點。 1)操作者應(yīng)涂保護油,穿工作服,帶手套,應(yīng)注意避免皮膚與切削液直接接觸。 2)切削液中濃縮液比例一定要按照切削液的推薦值使用。 3)使用殺菌劑要按說明書中的劑量使用。 還有,氟橡膠、脂橡膠受切削液影響變形較小,在用作機床密封件時,可優(yōu)先考慮。為了防止變形,機床密封件所用橡膠含脂量一般應(yīng)大于35%。另外,為了有效防止切削液引起機床油漆脫落,可選擇環(huán)氧樹脂漆或聚腔酯漆。 總之,在正常生產(chǎn)中使用切削液,如果能注意以上問題,可以避免不必要的經(jīng)濟損失,有效地提高生產(chǎn)效率。 |
購買 微型軸承、深溝球軸承 請找三泰軸承。
寧波三泰軸承有限公司 胡先生 0574-87220315電話:0574-87220315 87220319 87220519 13065807009
傳真:0574-87223781
www.huizhouweb.com web@sunthaibearing.com
【文字顯示:大 中 小】【打印】 【關(guān)閉】 |
相關(guān)技術(shù)文章