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        隨著模具工業技術的不斷發展和進步,新材料、新工藝不斷涌現,在模具加工過程中選擇合適的切削液對於保證產品加工質量,提高加工效率,減少環境污染都是至關重要的。

        金屬加工液最基本的功能是潤滑、冷卻、排屑、防銹 。這四個性能不是完全孤立的,既有統一面,又有對立面。如切削油的潤滑、防 性能較好,但冷卻、清洗性能差;水溶液的冷卻、洗滌性能較好,但潤滑和防 性能差。

      一般認為,在低速重負荷切削加工(螺紋切削、擴孔和齒面切削)時,需要充分的潤滑,通常選用極壓切削油劑,切削潤滑劑的主要任務是縮小推進面與屑的粘結,作為邊界潤滑劑。在高速淺層切削加工時,冷卻是首要的,一般選用水基切削液——它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域的加工作業,給潤滑、冷卻造成很大困難。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。

        實踐證明,選用合適的金屬加工液,能降低切削溫度60~150℃,降低表面粗糙度1~2級,減少切削阻力15~30%,成倍地提高刀具和砂輪的使用壽命,并能把鐵屑和灰末從切削區沖走,因而提高了生產效率和產品質量。

        在模具加工過程中,刀具的作用是在主剪切區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,由於強烈的附著作用使推進面受到高的應力。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域——該區域產生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。在此時,潤滑和冷卻作用的重要性同時凸顯出來。值得注意的是,金屬去除類的機械加工種類很多,又各有其獨特工況。

        下文將聚焦金屬加工液在三種具體加工方式中的應用,并結合本刊對殼牌(Shell)和德國歐海(OEL- HELD)兩家公司的用戶采訪報道,說明金屬加工液的具體應用和性能要求。

        電火花加工

      殼牌公司旗下的萬安EDM110和130是優質火花電蝕加工油 ,采用高精度煉且芳香烴含量極低的石蠟基基礎油制成,絕緣性好,產品加工精度高,使用壽命長,對皮膚刺激小。其中,前者粘度中等,適合火花電蝕加工;後者粘度較高,適合火花電蝕較高精度加工。這兩種產品還可作為刀具研磨油使用。

      殼牌萬安EDM110 和殼牌萬安EDM130具有一些相同的特點:①粘度低,對工件和火花塞有極好的清洗作用;②帶屑性好,延長電極使用壽命;③絕緣性好,高介電強度,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高閃點,可減少機內發生火災的危險;⑥高沸點,最大限度減少揮發損失,防止因揮發損失導致油粘度升高和加工精度下降;⑦良好的熱穩定性和氧化穩定性,且使用壽命長,不易氧化變色;⑧無色無嗅,有助於用戶觀察火花塞加工過程的情況;⑨良好的過濾性,快速清除加工過程中產生的細屑;⑩芳烴含量極低,對皮膚刺激作用小,對人體無害。

      用戶感言

      殼牌金屬加工油/液性能優異,產品使用周期較長。對此,比亞迪精密制造有限公司設備部張啟波深有體會。

        據張啟波介紹,比亞迪精密制造是華南地區前三大模具制造基地之一,其設備部擁有幾百臺知名品牌機床。該公司目前所使用的殼牌火花電蝕加工油,周期已經超過3年半,并且無變色變味現象。如此長的使用壽命,使得比亞迪公司不僅降低了油品采購成本,且有效減少了因為換油而造成的設備停機時間,實現了生產效率的提升。

      不僅如此,使用殼牌火花電蝕加工油,對比亞迪公司的生產安全也提供了有效保證。比亞迪的技術人員曾做過這樣一個試驗—用布條浸沾殼牌火花電蝕加工油,然後試圖點燃,但經過多次試驗,布條始終無法燃燒。由此可見,與其他煤油類火花電蝕加工油相比,殼牌火花電蝕加工油的性能穩定,是安全生產的可靠保障。

      磨削

        磨削過程中磨粒與金屬表面的摩擦會產生大量熱量。當熱量聚集到一定程度時(磨削點的瞬間溫度可達1500℃,磨料與工件的磨削區域的平均溫度為500℃至800℃之間),工件表面就會出現灼傷甚至形變,因此成品的表面質量和精度將受到影響。如果改善磨削加工的操作條件,運用磨削油進行充分的冷卻和潤滑,加工過程中的一半熱能都會被冷卻劑吸收,而最終進入到工件的熱量只占到整個加工過程產生熱能的15%。因此,磨削油有效降低了工件被灼傷的機率。

      磨削油以基礎油為載體,通過在基礎油中添加多種具有不同性質和功能的添加劑混合而成。目前世界上性能最好的磨削油基礎油是以乙烯為原料直接合成的聚α-烯烴。由於產物的純凈和均一性,聚α-烯烴具有其他基礎油無可比擬的卓越性能,并在一級方程式賽車的嚴酷條件下用作基礎油。由於其組成結構為純烷烴,因此具有優異的抗剪切能力和抗老化穩定性,非常適用於高速磨削的加工。

      OEL-HELD(中國)西南代表處的魏欣陽表示,其公司旗下的 Sintogrind、Diagrind、Toolgrind系列高性能磨削油采用聚α-烯烴、氫化裂解油作為基礎油,具有蒸發率低、無腐蝕性(包括對密封件)、可過濾性好、沖洗性強、消泡性高、閃點高以及黏度指數較高等優點。在獨特的磨擦改良劑、抗磨添加劑、極壓添加劑和抗氧化劑等的協同作用下,上述系列磨削油在加工硬質合金時完全避免了金屬鈷的析出,并具有優異的抗剪切能力和抗老化穩定性,在減少能耗與砂輪磨損的同時,工具表面不會產生任何灼傷,從而達到高精度加工要求并獲得良好的表面光潔度,因此被絕大多數的知名磨床制造商所推薦,在歐美等國家市場占據主要的份額。

      應用案例

      為了說明基於聚α-烯烴全合成產品的效果,OEL-HELD公司在Rappold Winterthur磨床公司進行了一系列試驗。磨削後的產品使用電子顯微鏡進行同等倍數的掃描。如圖2所示,使用Sintogrind全合成產品可以獲得極高表面質量。

      德陽東汽工模具有限公司一直在使用OEL-HELD公司的磨削油產品,該公司技術開發部副部長胡劍華告訴本刊,OEL- HELD的磨削油現已使用3年而沒有更換,有效降低了生產成本及設備停機時間,全面改善生產效率。

      切削

        近年來金屬切削液的發展和變化主要是在水溶性液體領域。這類液體以水為基質,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後,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。

      目前,水基切削液在中國切削液市場總體中約占60%,但水基切削液與油相比存在著一些問題,這包括潤滑性差,以及 蝕、膠體穩定性、化學穩定性、生物穩定性、可濾性、泡沫性等方面的問題。這些因素對切削液在機床應用時的 “油池壽命(Sump Life)”至關重要。

      殼牌公司旗下的殼牌斯特來Sitala CE 3402高性能水溶性切削液(見表2),含有大量極壓添加劑,適用於鋼材和鋁合金材料的加工??蓾M足要求高表面精度的苛刻加工,以及高壓、使用內冷刀具的工藝,如:深孔鉆、鉆孔、銑和MAPAL絞孔等。

        殼牌斯特來Sitala CE 3402具有良好的抗泡沫性能、優異的生物穩定性和清洗性能,可保持機床和工件清潔。其良好的冷卻能力和潤滑性能,能確保加工工件的高精度。同時,Sitala CE 3402的生物穩定性優異,產品使用壽命長,可顯著降低維護成本。而高度抗腐蝕性能則有利於保護刀具、加工工件和導軌。

      用戶感言

        比亞迪精密制造有限公司在制造過程中,一直使用殼牌斯特來Sitala CE 3402高性能水溶性切削液。該公司設備部張啟波表示,這一產品相比同類產品,更換周期長,性價比高。且在保護刀具及保證加工工件精度方面性能出眾。

        張先生深深體會到,生產的進一步發展對金屬加工液的性能提出了更高要求,比如增強可維護性以及延長更換周期,等等。而殼牌金屬加工液在滿足這方面要求方面的能力可謂獨樹一幟。

      節能環保、降本增傚的發展趨勢不可阻擋

        深圳市模具技術學會專家委員羅百輝指出,企業在選用金屬加工液時要全面權衡利弊,須達到以下要求:熱容量大,導熱性好,具有較好的冷卻作用。具有較高的油性或是較強的金屬表面吸附作用,能使形成的吸附薄膜具有較高強度,牢固吸附在金屬表面,起到良好的潤滑作用。而防 性好的話,對金屬不起腐蝕作用,也不會因腐蝕而損壞機床和工件的精度及表面粗糙度。同時,表面張力低的產品,易於均勻擴散,利於冷卻和洗滌作用并具有較好潤滑性。

      羅百輝同時表示,經濟成本方面的考慮也很重要。金屬加工液必須使用方便,價格低廉,要求容易配置并最好適用於多種金屬材料和多種加工方式(如車、磨、刨等),有一定的透明度,在提高切削速度時不冒煙。對人體無害,無毒、無異味。不會傷害皮膚及鼻腔粘膜,不刺激眼睛等。穩定性好,使用壽命長。在長期使用和貯存期間,不分層、不析出沉淀物,不發霉變質。切削廢液量較大,考慮廢液處理,避免造成環境污染。

        中國“保增長、擴內需”的政策舉措正付諸實施,重點產業振興規劃也相繼出臺,模具企業購買力在不斷提升,企業轉型所需產品種類將更廣泛,并且對產品的品質要求必會飛速提高。在經濟危機的考驗之下,模具行業金屬加工液用戶的需求必然加速向高效節能、健康環保、低經濟成本的方向邁進。

      2018年11月03日

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      金屬加工液在模具制造中的應用

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