水基切削液的维护管理

2017-05-02 09:23:25 天纬化学 457

       随着中国机械加工行业的迅速发展,对金属加工润滑剂需求量越来越大,同时对金属加工润滑剂的要求也越来越高。据粗略估算,目前中国市场金属加工润滑剂年需求量约为25万t,其中水基切削液的需求量约为5~6万t。水基切削液在金属零部件的切削加工过程中起着重要的润滑、冷却、清洗和防锈作用。在循环使用过程中,水基切削液不断发生着复杂的变化,加工过程中产生的金属碎屑,溶液中累积的矿物质,外界进入的异物,以及切削液本身的氧化产物等,都导致切削液的性能发生变化,影响产品的加工性能。

      在机械加工过程中为了获得良好的加工性能,一方面需要高品质的切削液,另一方面则离不开强有力的维护管理技术作为支撑。同样的产品,在同样的工作环境下,管理得好与不好,对产品的使用性能和使用寿命会产生很大影响。为了提高切削液的使用性能,延长产品的使用寿命,进而降低生产成本,需要加强切削液的维护管理工作。

       切削液投入现场使用过程中主要包括新液的配液工作和使用中切削液的维护与管理两个大方面。

1.配液工作

(1)液槽的清洗

        切削液在长时间的循环使用过程中会产生大量微生物,系统管道、液槽和机床等也会粘附堆积一定量的碎屑和杂物,因此在换液前,需要采取机械手段清理掉污物。最好在更换前24h左右,在使用液中加入专用消毒清洗剂,一起循环,杀灭系统内微生物,以防止微生物污染新液,致使新液迅速腐败。

(2)配液用水水质的选择 

        水基切削液中水的含量一般占使用液的90%~99%。水的品质会直接影响到使用液的稳定性、防锈性、抗泡性和抗微生物性能,因此其对水基切削液性能的影响不容忽视。

水质硬度大致可以分为软水(0~100p p m)、中硬水(100~300p p m)和硬水(>300p p m)。一般来说,配液用水硬度需适中(75~200p p m),不易过高或过低。硬度过高,一方面容易加速微生物繁殖;另一方面,溶解的矿物质(主要是钙离子和镁离子)会和切削液中的阴离子发生发应,生成不溶性皂状物,严重时导致油水分离,以至于切削液整个乳化体系被破坏,影响产品的使用性能。当生成的皂状物大量聚集时,会使比较精细的滤网堵塞。如果水质硬度太小,则容易起泡。泡沫中含有大量空气,而空气的冷却性能远远低于水的冷却性能,因而会影响切削液的冷却性。一旦泡沫过多,会导致切削液溢出,污染周围的环境。水中的氯离子对金属腐蚀影响很大,极易与金属作用,破坏金属的钝化膜,对切削液的防锈性能造成不利影响。因此,在氯离子含量特别多的时候,需要选用防锈性能优异的切削液,甚至需要进行去离子处理,除去水中多余的氯离子。水质中的硫酸根离子则是厌氧菌的营养物质,容易加速厌氧菌大量繁殖,使得切削液散发出臭鸡蛋气味,造成切削液的腐败变质。

(3)稀释液的配制 

     切削液的稀释关系到乳化液的稳定。配制稀释液时,需要按照一定比例将浓缩液加入到水中,充分搅拌后即可达到乳化状态,得到均匀的稀释液。需要说明的是,配制乳化型切削液时,一定是将浓缩液加入到水中,不能反其道而行之,否则会对切削液的性能产生不良影响。稀释液配制完成后,利用手持折光仪测试浓度,确保稀释液浓度在规定范围内。

2.水基切削液的维护管理

水基切削液在使用现场中的维护管理工作涉及两个方面:一是防止外界污染物的混入和及时清除,另一个是保持加工液的性能稳定,如浓度、防锈性、p H值、抗菌能力和电导率等。

(1)浓度管理

 在切削液的常规监测项目中,浓度是保证其使用性能的重要指标。特定加工方式条件下,每种切削液都有其最佳的浓度使用范围,浓度过低容易导致切削液润滑、防锈性能下降,进而影响刀具的使用寿命、工件的加工精度和设备的工作效率;浓度过高,则可能导致加工过程中泡沫增加,而且会导致其冷却性能的下降,还会对操作员工的眼睛、鼻、皮肤和喉咙产生刺激,从经济角度来看也是一种浪费。因此浓度是许多企业每天必须检测的重要参数之一。通过定期检测油槽中切削液的浓度来实现对切削液质量和使用性能的控制,继而根据检测结果,定期补液、补水和补充功能添加剂等进行调控,以获得最佳切削加工效果,并尽可能地延长切削液的使用寿命。切削液的浓度测试可以采取物理方法和化学方法等多种手段,目前常用的方法主要包括折光率法、酸解破乳法、化学滴定法和仪器分析法。其中,折光仪法是用手持折光仪直接读取切削液的折光率并换算出浓度,这是一种非常简便快速的测试方法,在现场得到了广泛应用。可是,对于使用过一段时间的切削液,折光仪的读数可能变得模糊不清,难以读取,此时需要采用化学滴定等方法进行检测。在一些集中供液系统情况下,为了减少劳动力,提高监控效率,降低人工成本,开始出现以控制机为控制核心的乳化液浓度检测与自动配比系统,实现了对乳化液浓度在线检测和实时监控的有机结合。

(2)微生物控制 

水基切削液中含有微生物繁殖所需要的营养源、水质和适宜的温度。在切削液使用现场,很容易因为微生物的大量繁殖导致切削液发生腐败。使切削液劣变的微生物有多种,主要包括好氧菌、厌氧菌和霉菌。好氧菌的繁殖会使切削液中氧含量减少,为厌氧菌的繁殖提供了良好的条件。特别是在周末或节假日期间,由于使用液停止了循环流动,接触空气的机会大大减少,使得厌氧菌呈几何级数增加。厌氧菌将硫酸盐类物质还原成硫化氢,发出难闻的臭鸡蛋气味,这就是很多工厂车间出现的“星期一现象”。微生物的大量繁殖会造成切削液的p H值下降、防锈性下降和浓度下降等一系列问题。细菌的新陈代谢产物多为有机酸,容易导致切削液p H值下降。曾有文献研究不同配方的乳化油加入菌种时p H值与细菌数的关系。结果表明,抗微生物性能较差的乳化液,随着培养周期的延长,细菌数迅速增加,p H值也急剧下降。当细菌大量繁殖时,会“吃掉”切削液中的防锈剂,导致切削液防锈剂含量减少,防锈性能快速下降,进而造成工件和机床的锈蚀。细菌还会分解切削液中乳化剂成分,破坏切削液的乳化性能,容易造成油水分离。此外,如果霉菌的繁殖得不到有效控制,会产生大量白色絮状物,粘附在机床、管道和油槽壁上,严重时会堵塞管道和过滤系统。正是因为微生物的大量繁殖会造成上述问题的发生,因此在切削液使用过程中,必须严密监控微生物的繁殖状况。通常切削液中微生物含量最好控制在105个/mL以下,以避免微生物过度繁殖后产生不良后果。

(3)pH值的监控

 水基切削液的维护管理中,pH值是另外一个重要指标。一般情况下,切削液p H值维持在8.5~9.5之间。如果p H值过高,容易造成有色金属的腐蚀,严重时还会导致操作员工的皮肤脱脂、干燥,甚至发生皮肤过敏等问题;如果p H值过低,则容易导致细菌的大量繁殖,影响切削液的防锈性能等。通常,当切削液p H值大幅度下降时会加速微生物的生长繁殖,致使切削液发生劣变;而细菌大量繁殖时,会导致p H值进一步下降,如此形成一种恶性循环。因此需要根据现场情况在使用液中补加碱保持剂和杀菌剂等功

能添加剂维持切削液的性能。

(4)防锈性 

水基切削液防锈性能下降时,可能导致工件、刀具以及机床发生锈蚀,给工厂造成巨大损失。因此,防锈性能是切削液的一个重要监控指标。切削液浓度偏低、p H值过低、细菌滋生和水质硬度太高等因素均有可能导致防锈性能的大幅度下降,因此,需要分别采取补加浓缩液、碱保持剂、杀菌剂和软水剂等方法加以调整,以防止锈蚀问题的发生。

(5)浮油

 浮油是漂浮在切削液表面,没有被乳化的油状物质。浮油通常是因为设备用油诸如液压油、导轨油等渗漏到使用液中造成的。如果切削液中的浮油含量过高,会在切削液表面形成一层油层,阻碍空气中的氧气进入使用液中,致使使用液中的厌氧菌迅速繁殖,严重时造成切削液腐败发臭。因此,需要经常利用撇油器等手段除去表面的油层。

(6)其他指标的监控

 切削液的浓度、微生物含量、p H值和防锈性等常规指标是切削液维护管理的重要监控对象,这些指标通过科学合理的管理都可以得到有效控制。在集中供液的管理系统,切削液的过滤性、污染物和杂质含量、黏度等参数与切削液的劣变过程有较好的对应关系,可以为集中供液系统中切削液的换液方案提供有力支持。值得一提的是,随着计算机技术的迅猛发展,开始出现了集中供液系统切削液中央监控体系,用于维护和管理切削液。U S 5224051报道称,利用在线监控器,通过切削液在多台机器中循环,可以实时提供切削液的性能数据。中央系统会对数据进行分析,并据此自动或手动补加浓缩液,或采取其他的调整措施,以用于控制加工液的状态。


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