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水基切削液润滑性能的改进研究
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水基切削液润滑性能的改进研究

(重庆大学机械传动国家重点实验室  王家序  陈战  秦大同)


    摘要:水基切削液具有优良的冷却、清洗和防锈性能,但润滑性能差,因而应用范围受到限制。如何提高水基切削液的润滑性能,已成为目前研究的重点。本文从水基切削液的润滑机理人手,提出了改善润滑性能的思路和方法。并经实践证明是可行的。
    关键词:水基切削液,润滑性能,改进,研究

    现代机械加工要求金属加工液具有更好的润滑、冷却、清洗、防锈性能,以便获得理想的加工表面。采用油性切削剂,有较好的润滑性能,刃具耐用度较好,但由于冷却性能差,工件的表面质量可能不理想;采用水性切削剂,则有助于提高工件的表面质量,而刃具耐用度不理想。
    水性切削剂由于具有导热系数大,冷却、防锈性能好等优点[1],并具有重要的环保意义。因而发展迅速,在机械加工工业中已被广泛采用。另外,水基切削液除了具有乳化液的所有性能外,其润滑、冷却、防锈性能亦达到或超过乳化液的标准要求。因而水基切削液已成为国内外机械加工中提高加工性能的发展方向。如何提高水基切削液的润滑性能,已成为目前研究的重点。从水基切削液的润滑机理来看:在水基切削液中设法添加油性剂[3]和极压抗磨剂、合成恰当的表面活性剂,是改善水基切削液润滑性能的有效途径。
1  水基切削液的润滑机理
    切削液的润滑作用是通过切削液渗入切屑、工件与刀具的接触面后粘附在金属表面上,形成润滑膜而产生的,这种润滑膜减小了切屑与前刀面和工件与后刀面的摩擦系数,减轻粘结现象和抑制积屑瘤,从而减少工件的表面粗糙度值,提高刀具的耐用度。在金属切削加工中,大多数摩擦属于边界润滑摩擦。在边界润滑中,由于不存在完全的油膜,其承载能力已与油的粘度无关,而取决于润滑液的油性,即润滑成分是否包含着对金属存在强烈吸附的原子团,能在切削
界面形成物理吸附膜。
    水基切削液由于少含油或不含油,润滑液的油性较低。另外,脂肪酸和绝大多数的极压抗磨剂是不溶于水的有机物油性剂。不能直接用在水基切削液中以提高润滑性能。水基切削液的油性与切削液中的表面活性剂有关,因而选用恰当的表面活性剂,同时将脂肪酸等有机油性剂转化为水溶性油性剂,添加在水基切削液中,可显著地提高润滑性能。
2 水基切削液润滑性能的改进实验
    在实验中,采用重庆钢铁集团第五分厂所用的水基切削液为原液。改性剂由自已合成。最大无卡咬负荷PB值(N)用四球机测出,摩擦系数由摩擦磨损试验机MPV一200测定。
    (1)改性剂的制备
    以松香、顺酐和多元胺等原料合成了非离子表面活性剂H[2],同时以油酸三乙醇胺为原料合成油酸三乙醇胺酯。
   (2)非离子表面活性剂H对润滑性能的改进
    1)实验结果
    非离子表面活性剂H对润滑性能的影响如表l和图1、图2所示。
    2)结果及理论分析
    从图l、图2可以看出,当非离子表面活性剂H的含量小于5%时,水基切削液的最大无卡咬负荷PB值随着非离子表面活性剂H含量的增大而显著提高;摩擦系数则随着非离子表面活性剂H含量的增大而降低。说明润滑性能随着非离子表面活性剂H含量的增大而大幅提高。当非离子表面活性剂H的含量达到8%时,润滑性增大趋势变缓。
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   非离子表面活性剂H能显著地改进水基切削液的润滑性,是因为非离子表面活性剂H中的极性基团对金属有较大的亲合能力,很容易吸附在金属表面上,形成吸附润滑膜。因其疏水基团较大,并有芳环结构,具有油性剂的作用。同时非离子表面活性剂H含有N非活性极压元素,则兼有油性剂和极压剂的双重功效。再与加入的极压抗磨剂协同作用,形成高强度物理和化学吸附膜,使之在高压、高温和激烈摩擦作用下不致于破坏。能防止或减少工件、切屑、刀具三者之间的直接接触,达到减小摩擦及粘结的目的,起到极好的润滑作用。
    (3)油酸三乙醇胺酯对润滑性能的改进
    1)实验结果
    油酸三乙醇胺酯对润滑性能的改进结果如表2和图3、图4所示。
    2)结果及理论分析
  从图3、图4可以看出:油酸三乙醇胺亦可使水基切削液的润滑性能显著提高。其原因是油酸三乙醇胺是一种阳离子表面活性剂和水溶性油性剂,添加在切削液中,易在刃具与切削工件之间形成物理吸附膜,从而起到润滑作用。另外,油酸三乙醇胺与极压抗磨剂也有良好的协同抗磨作用,亦可使润滑性能显著提高。因此,油酸三乙酸胺酯是优良的水溶性油性添加剂。
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3 结论
    从前面的实验结果可以得出如下结论:
    (1)非离子表面活性剂H具有优异的润滑性能。
    (2)油酸三乙醇胺酯是优良的水溶性油性添加剂。
    (3)非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯能显著地改进水基切削液的润滑性能。

    参考文献
[1]美庆国,水基金属切削液,轴承,1994(12):35~38。
[2]王延等,松香类表面活性剂的开发与应用,表面活性剂工业,l994(2):7~l6。
[3]张秀玲,三乙醇胺及其在水基切削液中的应用,润滑油,1999(5):36~37。

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