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发表于 2006-11-30 12:08:56
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来自: 中国江苏苏州
水基切削液具有优良的冷却和清洗性能,但润滑和防锈性能差,因而应用范围受到限制。以松香、顺酐和多元胺等原料合成了非离子表面活性剂H,同是以油酸和三乙醇胺为原料合成油酸三乙醇胺酯,经实用证明:以非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液,具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。
$ k( t+ j8 F' U5 y7 A, l 关键词:新型水基切削液,研制,应用
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现代机械加工向高速、强力、精密方向发展,超硬、超强度等难加工材料的发展也使切削加工的难度日益增加。这两方面的原因导致切削加工过程中的摩擦力、摩擦热大幅度提高,这就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。矿物润滑油的润滑、防锈性能优越,但冷却、清洗性能差;乳化液和水基切削液的冷却、清洗性能优良,但润滑、防锈性能差。水基切削液除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[l]。在水基切削液中添加油性添加剂和极压添加剂,是改善水基切削液润滑和防锈性能的有效途径。以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂H具有优异的润滑和防锈性能,油酸三已醇胺酯是优良的油性添加剂,以非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液,具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。1非离子表面活性剂H的合成% S @% i" U; [
在催化剂存在下,反应温度为160~200℃时,松香[3]与顺酐进行共聚反应,共聚物进一步与多元胺发生中和反应,生成了非离子表面活性剂H。产物为红棕色粘稠液体。实验测定了顺酐,松香及其聚合物的红外光谱[2],证明了反应的发生。. x0 D& k; b; ]: U+ G' C
2 油酸三乙醇胺酯的合成. [. Y6 U7 t% O" Y" L
油酸是重要脂肪酸之一,其润滑性能很好,但它是非水溶性的。要把它添加在水基切削液中,必须在其分子链中引入亲水基团。三乙醇胺分子中含有三个一OH基团,它可与酸发生酯化反应[4]。
7 U* D [8 {" a; G 在130~160。C条件下,油酸与三已醇胺的初始反应摩尔比不超过1:3时,油酸的COOH基团与三乙醇胺的一0H基团发生酯化反应,生成了油酸三乙醇胺酯,油酸三乙醇胺酯是一种优良的水溶性油性剂。经四球机检测:5%的油酸三乙醇胺水溶液的最大无卡咬负荷PB值可达700N,用MPV一200摩擦磨损试验机测定其摩擦系数为0.070。
( W9 y9 _; p' h4 S: s e3 新型水基切削液的配方及工艺流程
! m) n _, f- L! {' M; P, B+ { (1)新型水基切削液的配方& w$ n7 w7 @7 h
作者研制的新型水基合成切削液,主要成份有:非离子表面活性剂H、油酸三乙醇胺、极压抗磨剂、防腐剂及消泡剂等。其中非离子表面活性剂H、油酸三乙醇胺由自己合成,其他组分均为市售。各组分配比通过实验选定如表1所示。7 z/ C) z0 _' u# ^' |- W+ K" l& I/ v
# U7 \& F# H% v2 z1 P# c/ @8 K
0 J' w$ Q: J) u) M) M (2)工艺流程
7 [" _7 ? G! A+ i2 { 新型水基合成切削液的工艺流程如下:
) Z; L; }. p: L/ Y/ H 非离子表面活性剂H的制备一油酸三乙醇胺的合成一各组分混合一搅拌一一+加入消泡剂一装桶。4新型水基切削液的质量指标8 Q6 n, K9 k1 [: r
按照国标(GB6144—85)进行检测,新型水基切削液的质量指标如表2所示。
; l8 B p0 F3 A- V ! i3 F7 Q, g+ ^" @1 P% U
5 应用结果及理论分析; f8 r5 X& w/ Y1 k" E6 h1 H" w
(1)应用结果; Y8 v! j r% L, N
新型水基切削液研制完成之后,先后在渝州齿轮厂、大江车辆制造厂进行试用,都获得了比较理想的效果。综合起来,产品有如下特点:8 h V& j; E, U
1)冷却性能突出。能大大带走切削热和充分冷却刃具的切削刃,使其保持硬度、强度和锐利的切削能力,从而提高了工作效率。' f! G9 }' G) Q) b* A: _
2)润滑性能优越。在切削区能形成润滑油膜,切削液最大无卡咬负荷PB值达到686N以上。因而能大大降低切削力和降低刀具及砂轮的消耗。同乳化油相比,表面加工精度显著提高。
5 V2 `( Q8 g+ `4 w9 R4 |1 L 3)该润滑切削液在使用中可以渗入工件切削表面的极细微裂缝中,使表面金属晶格脆化,使切削加工容易进行。
/ e0 B: J& q- ^ 4)具有很好的流动性和良好的清洗性。同乳化油相比,可提高工件光洁度l~2级。" y1 O7 D- n0 ?# o* }; b* } ~
5)具有优良的稳定性。在存储和使用时,不分层及析出沉淀物,不易腐败,不产生防碍工人健康的气体。同时该产品不含对人体有害的亚硝酸钠和矿物油,工作环境干净无味,加工时能清晰观察工件表面。. }$ `/ g6 O, c$ U) `
6)具有优良的化学、热安定性和防锈性。在高温、高压与空气接触中不分解、不变质、不腐蚀金属表面。加工件常温下两周内不生锈。4 j7 F+ l% y T
7)新型水基切削液的总体性能与矿物油相当,但成本不到矿物油的一半。
3 O0 O! k* N: ?4 V+ x 8)新型水基切削液的工作废液少,易于处理,大大地减少了环境污染。( M+ d: l* l; I% i$ \
(2)理论分析5 H7 B$ Y% e w+ ?$ x# O- p
1)润滑性能分析
/ R8 a' E k& H' h# d3 l 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。
& |# ]0 n. R: l/ W 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,它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。能防止或减小工件、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。
. w) I# p8 X% [4 [% I 油酸三乙醇胺是一种阳离子表面活性剂,作为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。; o# w- {" a% G" v
2)清洗性能分析
; q- X+ l$ ^! v* A 切削液清洗性能的好坏,与切削液的渗透性和流动性紧密相关,表面张力低、渗透性和流动性好的切削液,清洗性能就好。
! D4 k" s$ K' C( n" e! b 新型水基切削液中由于有含量不低的非离子表面活性剂H和阳离子表面活性剂油酸三乙醇胺的存在,二者协调作用,极大地降低了切削液的表面张力,明显地增强了切削液的渗透性和流动性。因而具有很好的清洗性能。 O1 B4 t( h, ^; n( c0 B2 `
3)冷却性能分析
# ]2 y, v& S$ o 切削液的冷却作用,取决于它的导热系数、比热、汽化热及汽化速度等。水的导热系数为油的3~5倍,比热为油的2~2.5倍,故水的冷却性能比油优越很多。新型水基切削液中含有90%以上的水分,所以冷却性能突出。/ a h8 ^4 @: _8 u& l) x0 s4 m9 r
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4)防锈性能分析
) X7 Y2 {4 A e* o 非离子表面活性剂H本身具有防锈和防腐作用,与加入的防腐剂产生复合增效作用,在金属表面形成吸附保护膜层,钝化膜层,从而阻滞了阴、阳极腐蚀过程,由于有致密的履盖膜,能有效地抗拒介质中的水分子、氧及其他腐蚀性物质的浸入,具有优良的防腐、防锈性能。- x) ]% ^! N7 T* J2 W; \
6 结论3 d& Z, H, j0 e) v) D7 f, r+ p
(1)以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂H,具有优异的润滑、防锈和清洗性能。
! K# c* V1 C" A1 L* a$ m9 Z' f(2)油酸三乙醇胺酯是一种优良的水溶性油性剂。
! o5 N" K) s, Z! Z7 J, i(3)以非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的水基切削液,具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性。是水基切削液的重大突破。 |
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