對(duì)于冷卻液的應(yīng)用應(yīng)采取戰(zhàn)略性措施，即將冷卻液用于需要的地方，采用環(huán)保安全污染小的植物油基，并進(jìn)行必要的過濾，達(dá)到有效地節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、具有各種程度的可調(diào)性、降低設(shè)置時(shí)間的目標(biāo)。

在訂購金屬加工消耗品和評(píng)價(jià)分析抹布周圍存留的冷卻液和潤(rùn)滑油的時(shí)候，時(shí)間也隨之流逝了。許多公司都已經(jīng)深刻認(rèn)識(shí)到，以不同的方式生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品是企業(yè)生存之本。

選擇正確的冷卻液并不是達(dá)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采用定位正確和形狀合適的噴嘴，所使用的過濾系統(tǒng)與所加工的工作不相匹配，那么在這些情況下所提供的冷卻液可能根本起不到什么作用，或者會(huì)產(chǎn)生更糟的結(jié)果。

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

ITW Rocol North America公司針對(duì)MQL市場(chǎng)開發(fā)了一種Accu-Lube系列有機(jī)冷卻液/植物油，用于準(zhǔn)干式切削。由于這種植物油具有很多優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng)前景非?？春谩?duì)于傳統(tǒng)的噴濺式冷卻而言，該公司 近傾向于采用生物穩(wěn)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方式取決于特定的加工零件。關(guān)鍵的問題在于是否能夠?qū)⒁后w輸送到零件加工區(qū)域，以及將工作環(huán)境中產(chǎn)生的油霧限制到了何種嚴(yán)格的程度。如果油霧污染情況十分嚴(yán)重，那么對(duì)于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(chǔ)研究

基礎(chǔ)研究一直是奔馳石油公司的一個(gè)研究重點(diǎn)，特別是高壓條件下的潤(rùn)滑劑表面化學(xué)特性問題。例如，當(dāng)?shù)毒吲c工件接觸時(shí)會(huì)發(fā)生什么樣的情況？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，以及是什么使它們形成的。接下來，也許也是 重要的問題，就是了解這些化學(xué)元素如何以一種復(fù)雜的過程，打破工件材料表面原子間的結(jié)合，例如鐵原子間的結(jié)合，以及采取控制分裂法來打開表面，達(dá)到推進(jìn)材料從工件上脫落的目的。這些化學(xué)物質(zhì)起著一種高速氫脆劑的作用，通過在滑動(dòng)接觸區(qū)表面上形成的薄膜來控制摩擦力。

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

植物油的使用

石油價(jià)格的不斷上漲成為磨削操作的一個(gè)不可忽視的問題。趨向于使用溶劑精煉油的原因之一是它對(duì)熱沖擊不那么靈敏。對(duì)任何精密磨削操作而言，熱穩(wěn)定性是非常重要的。研究人員發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)酷的磨削條件下，水基冷卻液由于熱穩(wěn)定性問題會(huì)給工件造成損傷。水分會(huì)在切削表面上沸騰蒸發(fā)，從而造成整個(gè)系統(tǒng)處于干磨的狀態(tài)之下。但傾向于使用油基冷卻液的客戶也必須了解產(chǎn)生油霧的原因，還需要采用較高壓力流量系統(tǒng)來清除油霧。

瑞士巴索公司(Blaser)認(rèn)為植物油是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。植物油不僅環(huán)保安全，而且還可以使生產(chǎn)效率得以提高。在某一應(yīng)用案例中，巴索公司的工程師們?cè)诟挠弥参镉鸵院?，使生產(chǎn)周期節(jié)約了30%。他們發(fā)現(xiàn)，在更為困難的加工環(huán)境中應(yīng)用植物油可以獲得 高的生產(chǎn)效益。例如，在鈦合金加工中采用植物潤(rùn)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(xì)密均勻分布的表層。巴索公司的客戶在開始使用植物油基的產(chǎn)品以后，已經(jīng)多次稱贊它們?cè)谔岣呱a(chǎn)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(jī)床上排出，所加工生產(chǎn)的零件質(zhì)量更好，還可節(jié)約使用20%～30%。這也一定程度彌補(bǔ)了使用礦物油和植物油之間的成本差距。因?yàn)槿绻麅H從價(jià)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(jià)格可以躍升5～9美元，這對(duì)生產(chǎn)企業(yè)來講是一筆不小的開支。植物油的另一優(yōu)點(diǎn)是，大多數(shù)植物油的閃點(diǎn)都要比礦物油高，這對(duì)于一直使用油產(chǎn)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(fā)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(chǎn)率的優(yōu)勢(shì)。在為高壓應(yīng)用領(lǐng)域選用合適的金屬加工冷卻液時(shí)，水質(zhì)、水箱的大小、周期時(shí)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(duì)冷卻液的性能發(fā)揮起著十分重要的作用。美國(guó)馬斯達(dá)化工公司的產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)理Andy Nelson先生認(rèn)為，過濾器應(yīng)該使過濾后的冷卻液中循環(huán)微粒不大于公差范圍的10%。例如，公差范圍是±0.13 mm，那么就選用能夠可靠地去除大于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，那么即使是很小的一點(diǎn)擦痕也會(huì)影響表面質(zhì)量和測(cè)量值。而且時(shí)間一長(zhǎng)，過濾器上也會(huì)發(fā)生微粒累積現(xiàn)象。因此，定期清除冷卻液中累積的微粒是非常必要的，因?yàn)樗鼈儠?huì)使冷卻液產(chǎn)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)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(rùn)，砂輪變成了一個(gè)迅速移動(dòng)的海綿體，將冷卻液帶到接觸弧面處進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。砂輪能夠吸收的冷卻液越多，那么冷卻液降低寄生阻力的能力越強(qiáng)。沉積在砂輪上的殘留物對(duì)砂輪的影響也很大，因此必須注意保持砂輪的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，對(duì)砂輪進(jìn)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(zhì)，另一部分則來自于殘油。

殘留物中的陽離子，特別是鎂離子和鈣離子會(huì)與冷卻液中的濕潤(rùn)劑起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)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(xué)反應(yīng)也會(huì)降低濕潤(rùn)劑在冷卻液中的含量，從而影響其有效地濕潤(rùn)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于水的“油狀”物質(zhì)(一般是一種或多種硅氧烷復(fù)合物乳劑)，那么也會(huì)發(fā)生類似的情況。在“使用很小粒度的硬質(zhì)封閉式砂輪”時(shí)，往往在任何時(shí)候都可以發(fā)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(shù)量也許是可以改變的。美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)者委員會(huì)(ACGIH)建議油霧極限是0.2 mg/m³。盡管ACGIH并不是一個(gè)管理機(jī)構(gòu)，但美國(guó)職業(yè)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后，它必將會(huì)影響到設(shè)備制造商和 終用戶，并需要對(duì)設(shè)備作大量的改進(jìn)。這意味著可更多地使用合成液體，要求系統(tǒng)對(duì)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(nèi)，因此其使用量可能會(huì)有所增長(zhǎng)。

傾向于使用植物油加工的原因是因?yàn)槭偷膬r(jià)格不斷上漲，以及更大量地使用高壓潤(rùn)滑油和通過刀具的潤(rùn)滑油。植物油具有更強(qiáng)的抗泡沫形成特性，還具有更強(qiáng)的抗微生物特性和更強(qiáng)的生物穩(wěn)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(yè)，因?yàn)檫@種材料具有優(yōu)良的強(qiáng)度與重量比。由于這一發(fā)展趨勢(shì)而引進(jìn)了其它相關(guān)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(zāi)或爆炸。因此，在鎂合金加工中采用的冷卻液要禁止發(fā)生這類反應(yīng)，這應(yīng)引起足夠的重視。

冷卻液和磨削加工

汽車制造商舍得花費(fèi)上百萬美元購置磨床，但是卻舍不得在輸送管和切削液上投資，這種現(xiàn)在磨削加工行業(yè)并不少見。

在磨削加工中，冷卻液起著一個(gè)特殊的作用，不但對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用，而且對(duì)加工費(fèi)用也會(huì)有很大的影響。砂輪主軸電機(jī)所消耗的功率主要分布在砂輪驅(qū)動(dòng)、磨削加工和冷卻液傳送等方面。磨削中工件所產(chǎn)生的熱量必須立即冷卻，防止局部溫度過高和因進(jìn)一步升溫而造成的材料相位轉(zhuǎn)變。相位轉(zhuǎn)變往往會(huì)造成殘余應(yīng)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。

采用冷卻和潤(rùn)滑液以及選用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，可以使磨削表面產(chǎn)生的熱量降低到 低程度，將所產(chǎn)生的大部分熱量由砂輪、切屑和冷卻液帶走，從而達(dá)到生產(chǎn)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(duì)生產(chǎn)工藝的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)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(dǎo)熱速度，流向可以使液體清除在砂輪周圍運(yùn)動(dòng)的空氣障礙。噴射的液體必須對(duì)準(zhǔn)砂輪前的磨削區(qū)，為空氣的流通打開一條通道。

冷卻液流量的大小取決于所使用的砂輪，而在磨削過程中消耗的主軸功率所產(chǎn)生的熱量需要冷卻。在許多情況下，花費(fèi)在冷卻液噴嘴和液泵/過濾設(shè)計(jì)上的時(shí)間往往接近于機(jī)床的運(yùn)行時(shí)間。在其它情況下，機(jī)床制造商將可彎曲的塑料噴嘴或小直徑彎曲金屬管為基礎(chǔ)，提供一種簡(jiǎn)單的噴嘴系統(tǒng)，尤其是對(duì)工具磨床和宇航產(chǎn)品的磨床而言。冷卻液的噴射壓力應(yīng)與砂輪的轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)或分流，開放式的小直徑管子甚至?xí)驀娚淞Φ姆醋饔昧Χ蚝笸丝s，因此不適于應(yīng)用。與噴嘴有關(guān)的其它問題還包括高壓射流裂散問題、出口前管內(nèi)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(biāo)問題。

對(duì)于連貫噴射的圓形噴嘴與高度可配置性相結(jié)合方式已經(jīng)過廣泛的試驗(yàn)。在 近進(jìn)行的一項(xiàng)案例研究中，客戶以礦物油作為冷卻液對(duì)透平葉片的葉根形狀進(jìn)行磨削加工，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

·               砂輪使用壽命提高一倍，砂輪在每次修整后，玻璃狀CBN含量增加了25%；

·               降低了推斷力，加工精度進(jìn)一步提高；

·               消除了研磨燒傷和磨削裂紋；

·               采用激光瞄準(zhǔn)以后，設(shè)定速度加快；

·               降低了液泵和冷卻裝置的能耗；

·               噴嘴對(duì)不同加工零件的可調(diào)性程度提高。

對(duì)于冷卻液的應(yīng)用應(yīng)采取戰(zhàn)略性措施，也就是說，只將冷卻液用于需要的地方，應(yīng)能有效地節(jié)約能源且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。一種優(yōu)秀的工程產(chǎn)品應(yīng)具有各種程度的可調(diào)性，可降低設(shè)置時(shí)間。

而且所選用的冷卻液應(yīng)能滿足加工需要和成本及生產(chǎn)利益。直接的油類產(chǎn)品，如礦物油、合成油等一般具有較高的潤(rùn)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 好的冷卻液。