冷卻液的合理使用www.tool-tool.com－BW Professional Cutter Expert www.tool-tool.com

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對於冷卻液的應用應採取戰略性措施，即將冷卻液用於需要的地方，採用環保安全污染小的植物油基，並進行必要的過濾，達到有效地節約能源、經濟實用、具有各種程度的可調性、降低設置時間的目標。

在訂購金屬加工消耗品和評價分析抹布周圍存留的冷卻液和潤滑油的時候，時間也隨之流逝了。許多公司都已經深刻認識到，以不同的方式生產高質量的產品是企業生存之本。

選擇正確的冷卻液並不是達到良好冷卻效果的唯一考慮。如果冷卻液沒有有效地按照合適的溫度和壓力傳送，所使用的冷卻液沒有採用定位正確和形狀合適的噴嘴，所使用的過濾系統與所加工的工作不相匹配，那麼在這些情況下所提供的冷卻液可能根本起不到什麼作用，或者會產生更糟的結果。

技術並不是冷卻液和潤滑劑供貨商所面臨的唯一挑戰。美國潤滑油巨頭ITW RocolNorth America公司以及大多數其它供貨商都面臨著基本庫存費用不斷上漲的壓力。這是一個雙重性的挑戰，即石油缺乏和價格上漲。為確保向客戶提供滿足其需要的最佳解決方案，ITW Rocol North America公司不斷加強與客戶的密切合作。他們制定了雙重路線，既提供傳統的噴濺式冷卻液，又提供帶有微潤滑（MQL）系統的冷卻液。

ITW Rocol North America公司針對MQL市場開發了一種Accu-Lube系列有機冷卻液/植物油，用於准干式切削。由於這種植物油具有很多優點，能夠解決水基冷卻液存在的水箱需要維修和冷卻液需要處理等固有問題，因此MQL市場前景非常看好。對於傳統的噴濺式冷卻而言，該公司最近傾向於採用生物穩定型半合成冷卻液，例如Rustlick Ultracut 370R冷卻液。

究竟選用噴濺式冷卻方式還是MQL方式取決於特定的加工零件。關鍵的問題在於是否能夠將液體輸送到零件加工區域，以及將工作環境中產生的油霧限制到了何種嚴格的程度。如果油霧污染情況十分嚴重，那麼對於使用金屬加工冷卻液的客戶和供貨商來說，都將需要作出很多的改變。

冷卻液的基礎研究

基礎研究一直是奔馳石油公司的一個研究重點，特別是高壓條件下的潤滑劑表面化學特性問題。例如，當刀具與工件接觸時會發生什麼樣的情況？如何有效地使用冷卻液中的氯、磷和硫來控制工件的表面光潔度。而且還需要量化薄膜是如何形成的，以及是什麼使它們形成的。接下來，也許也是最重要的問題，就是瞭解這些化學元素如何以一種複雜的過程，打破工件材料表面原子間的結合，例如鐵原子間的結合，以及採取控制分裂法來打開表面，達到推進材料從工件上脫落的目的。這些化學物質起著一種高速氫脆劑的作用，通過在滑動接觸區表面上形成的薄膜來控制摩擦力。

基礎研究與冷卻液的生產工藝緊密相關，在這一過程中，其接觸壓力達到千兆Pa(GPa)以上，或者與某一點有關，在這一點上可以發生任何水平的塑性形變。

植物油的使用

石油價格的不斷上漲成為磨削操作的一個不可忽視的問題。趨向於使用溶劑精煉油的原因之一是它對熱衝擊不那麼靈敏。對任何精密磨削操作而言，熱穩定性是非常重要的。研究人員發現，在嚴酷的磨削條件下，水基冷卻液由於熱穩定性問題會給工件造成損傷。水分會在切削表面上沸騰蒸發，從而造成整個系統處於干磨的狀態之下。但傾向於使用油基冷卻液的客戶也必須瞭解產生油霧的原因，還需要採用較高壓力流量系統來清除油霧。

瑞士巴索公司（Blaser）認為植物油是一個巨大的市場。植物油不僅環保安全，而且還可以使生產效率得以提高。在某一應用案例中，巴索公司的工程師們在改用植物油以後，使生產週期節約了30%。他們發現，在更為困難的加工環境中應用植物油可以獲得最高的生產效益。例如，在鈦合金加工中採用植物潤滑劑可以比加工鋁材獲得更高的效益。植物油帶有極性，這一特性使植物油添加劑可以有效地形成細密均勻分佈的表層。巴索公司的客戶在開始使用植物油基的產品以後，已經多次稱讚它們在提高生產效率方面的能力和好處，而且使用更加頻繁，加工速度更快。

此外，植物油可以與切屑一起從機床上排出，所加工生產的零件質量更好，還可節約使用20%～30%。這也一定程度彌補了使用礦物油和植物油之間的成本差距。因為如果僅從價格方面來看，初期使用的植物油基的切削冷卻液，其每加侖的價格可以躍升5～9美元，這對生產企業來講是一筆不小的開支。植物油的另一優點是，大多數植物油的閃點都要比礦物油高，這對於一直使用油產品的那些客戶來說，使用植物油顯然具有更高的安全性。

巴索公司在高壓冷卻液和切削油裝置研究方面也取得了顯著成果。他們開發出了能夠控制泡沫和氣化的冷卻液，這可以使客戶充分享受高壓帶來的提高生產率的優勢。在為高壓應用領域選用合適的金屬加工冷卻液時，水質、水箱的大小、週期時間、水泵的配置、壓力和通過刀具冷卻液的輸送都是需要考慮的重要因素。

冷卻液過濾器的選擇

冷卻液過濾器對冷卻液的性能發揮起著十分重要的作用。美國馬斯達化工公司的產品應用經理Andy Nelson先生認為，過濾器應該使過濾後的冷卻液中循環微粒不大於公差範圍的10%。例如，公差範圍是±0.13 mm，那麼就選用能夠可靠地去除大於0.0025 mm微粒的過濾器，以確保切屑遺留下來的擦痕或累積誤差不影響公差要求。如果要求較高的表面光潔度，那麼即使是很小的一點擦痕也會影響表面質量和測量值。而且時間一長，過濾器上也會發生微粒累積現象。因此，定期清除冷卻液中累積的微粒是非常必要的，因為它們會使冷卻液產生不必要的化學反應，進而影響表面光潔度。

在磨削加工中，冷卻液能很快地使砂輪濕潤，砂輪變成了一個迅速移動的海綿體，將冷卻液帶到接觸弧面處進行冷卻和潤滑。砂輪能夠吸收的冷卻液越多，那麼冷卻液降低寄生阻力的能力越強。沉積在砂輪上的殘留物對砂輪的影響也很大，因此必須注意保持砂輪的標準尺寸，對砂輪進行正常的修整、清潔，清除沉積在砂輪上的微小顆粒。這些殘留物一部分是混合硬水中所含的礦物質，另一部分則來自於殘油。

殘留物中的陽離子，特別是鎂離子和鈣離子會與冷卻液中的濕潤劑起化學反應，產生一種柔軟的油污殘留物而粘附在砂輪表面上，降低了砂輪吸附冷卻液的能力。此外，這一化學反應也會降低濕潤劑在冷卻液中的含量，從而影響其有效地濕潤砂輪的能力。如果在冷卻液中，加入「過量」的普通「主題」防泡沫劑，其中主要活性成分是不溶於水的「油狀」物質（一般是一種或多種硅氧烷複合物乳劑），那麼也會發生類似的情況。在「使用很小粒度的硬質封閉式砂輪」時，往往在任何時候都可以發生這些問題。

油霧的控制

在金屬加工廠油霧中允許的礦物油數量也許是可以改變的。美國政府工業衛生學者委員會（ACGIH）建議油霧極限是0.2 mg/m3。儘管ACGIH並不是一個管理機構，但美國職業安全和健康署（OSHA）還是接受了他們的建議。

一旦這一新的限制生效以後，它必將會影響到設備製造商和最終用戶，並需要對設備作大量的改進。這意味著可更多地使用合成液體，要求系統對油霧具有更好的控制功能。從理論上說，植物油將不包括在內，因此其使用量可能會有所增長。

傾向於使用植物油加工的原因是因為石油的價格不斷上漲，以及更大量地使用高壓潤滑油和通過刀具的潤滑油。植物油具有更強的抗泡沫形成特性，還具有更強的抗微生物特性和更強的生物穩定性。

高鎂合金和低鎂合金的使用量在不斷增加，特別是在汽車工業，因為這種材料具有優良的強度與重量比。由於這一發展趨勢而引進了其它相關的金屬加工冷卻液。鎂是一種活性金屬，與水接觸能釋放出氫氣，這樣就容易引起火災或爆炸。因此，在鎂合金加工中採用的冷卻液要禁止發生這類反應，這應引起足夠的重視。

冷卻液和磨削加工

汽車製造商捨得花費上百萬美元購置磨床，但是卻捨不得在輸送管和切削液上投資，這種現在磨削加工行業並不少見。

在磨削加工中，冷卻液起著一個特殊的作用，不但對產品的質量起著決定性作用，而且對加工費用也會有很大的影響。砂輪主軸電機所消耗的功率主要分佈在砂輪驅動、磨削加工和冷卻液傳送等方面。磨削中工件所產生的熱量必須立即冷卻，防止局部溫度過高和因進一步升溫而造成的材料相位轉變。相位轉變往往會造成殘餘應力和白層的形成，降低材料的疲勞壽命，造成材料表面和次表面的裂紋。

採用冷卻和潤滑液以及選用適當的工藝參數，可以使磨削表面產生的熱量降低到最低程度，將所產生的大部分熱量由砂輪、切屑和冷卻液帶走，從而達到生產工藝的冷卻目的。
冷卻液的輸送壓力、流量、溫度和流向等都對生產工藝的質量和經濟性有很大影響。壓力控制液體的流速，流量和溫度控制液體的導熱速度，流向可以使液體清除在砂輪周圍運動的空氣障礙。噴射的液體必須對準砂輪前的磨削區，為空氣的流通打開一條通道。

冷卻液流量的大小取決於所使用的砂輪，而在磨削過程中消耗的主軸功率所產生的熱量需要冷卻。在許多情況下，花費在冷卻液噴嘴和液泵/過濾設計上的時間往往接近於機床的運行時間。在其它情況下，機床製造商將可彎曲的塑料噴嘴或小直徑彎曲金屬管為基礎，提供一種簡單的噴嘴系統，尤其是對工具磨床和宇航產品的磨床而言。冷卻液的噴射壓力應與砂輪的轉速相匹配，一般在0.4～0.2 kPa之間。而塑料噴嘴只能以低得多的壓力運動或分流，開放式的小直徑管子甚至會因噴射力的反作用力而向後退縮，因此不適於應用。與噴嘴有關的其它問題還包括高壓射流裂散問題、出口前管內高壓喘流問題、與砂輪的極度接近問題和以試湊法接近目標問題。

對於連貫噴射的圓形噴嘴與高度可配置性相結合方式已經過廣泛的試驗。在最近進行的一項案例研究中，客戶以礦物油作為冷卻液對透平葉片的葉根形狀進行磨削加工，結果發現具有如下優點：

□ 砂輪使用壽命提高一倍，砂輪在每次修整後，玻璃狀CBN含量增加了25%；
□ 降低了推斷力，加工精度進一步提高；
□ 消除了研磨燒傷和磨削裂紋；
□ 採用激光瞄準以後，設定速度加快；
□ 降低了液泵和冷卻裝置的能耗；
□ 噴嘴對不同加工零件的可調性程度提高。

對於冷卻液的應用應採取戰略性措施，也就是說，只將冷卻液用於需要的地方，應能有效地節約能源且經濟實用。一種優秀的工程產品應具有各種程度的可調性，可降低設置時間。

而且所選用的冷卻液應能滿足加工需要和成本及生產利益。直接的油類產品，如礦物油、合成油等一般具有較高的潤滑性能，而水溶性乳劑型冷卻液，如合成水溶性乳劑、半合成水溶性乳劑和油/水混合乳劑是最好的冷卻液。

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