畢業(yè)設(shè)計(jì)---切削液的制備與性能研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　2011 年</b></p><p>　題 目切削液的制備與性能研究</p><p>　專 業(yè)材 料 化 學(xué)</p><p>　班 級(jí)</p><p>　學(xué) 生<

2、;/p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　切削液的制備與性能研究</p><p>　　Title: Study on perparation and performance of</p><p>　　Cutting fluid</p><p><b>　　目 錄</b></p>

3、<p><b>　　第一章 前 言1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 切削液的概述2</p><p>　　1.2.1 切削液的發(fā)展2</p><p>　　1.2.2 切削液的分類3</p><p>

4、;　　1.2.3 切削液的作用5</p><p>　　1.2.4 切削液的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)6</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容及主要目標(biāo)8</p><p>　　1.3.1 課題研究目標(biāo)8</p><p>　　1.3.2 課題的研究?jī)?nèi)容8</p><p>　　第二章 試驗(yàn)方案及過程10</p&

5、gt;<p>　　2.1 試驗(yàn)藥品及儀器10</p><p>　　2.2 總體設(shè)計(jì)方案10</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)原料配比的確定11</p><p>　　2.3.1 主要試劑的用量的確定11</p><p>　　2.3.2 確定乳化劑的用量11</p><p>　　2.4 新型切削液的

6、配方14</p><p>　　2.4.1 主要成分的配比14</p><p>　　第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析15</p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)原料的分析15</p><p>　　3.1.1 主要試劑的分析15</p><p>　　3.1.2 防銹劑的合成與選用15</p><p>　

7、　3.1.3 表面活性劑的選擇16</p><p>　　3.1.4 潤(rùn)滑劑和極壓潤(rùn)滑劑的合成與選用17</p><p>　　3.1.5 其他添加劑的選用18</p><p>　　3.1.6 最初切削液配方的確定19</p><p>　　3.1.7 乳化劑用量的分析20</p><p>　　3.2 新型切削液的

8、性能分析25</p><p>　　3.2.1 主要成分的配比分析25</p><p>　　3.2.3 性能分析26</p><p>　　3.2.4 原理分析28</p><p>　　3.2.5 環(huán)保性分析和成本分析29</p><p>　　第四章 結(jié) 論31</p><p><

9、b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　金屬切削加工是金屬加工中最常見、應(yīng)用最廣泛的一種。

10、金屬切削過程是指由機(jī)床提供必要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的條件下，用刀具（或磨具）切除（或磨削）坯件上多余的金屬，從而獲得形狀、精度和表面質(zhì)量均符合要求的工件的過程。根據(jù)工件的形狀、精度和表面質(zhì)量的不同，切削加工可分為車、銑、鉆、刨、鏜、絞、拉及磨削等[1]。金屬材料按預(yù)定規(guī)格進(jìn)行切削（或磨削）加工時(shí)，為了減輕刀具和工件之間的摩擦，增加潤(rùn)滑性，帶走因摩擦而產(chǎn)生的熱量和提高生產(chǎn)率，在工具與被切削、磨削的金屬材料之間注入液體，稱為金屬切削液。金屬切削液是

11、金屬切削加工中不可缺少的佐料。合理的使用切削液，則可提高磨削速度30%左右，降低切削溫度100-150℃，減少切削力10%-30%，延長(zhǎng)刀具壽命4-5倍。提高工件表面加工質(zhì)量，并能降低加工成本[2]。</p><p>　　金屬切削液廣泛用于機(jī)械加工行業(yè)，給人類創(chuàng)造巨大效益的同時(shí)，也對(duì)人的身體健康構(gòu)成危害，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染[3]。首先，切削加工中使用過的廢液若不經(jīng)有效處理直接排放或焚燒會(huì)對(duì)水資源、大氣及土壤造成污

12、染，如切削液中防銹劑磷酸鈉的積累會(huì)使河流、湖泊因富營(yíng)養(yǎng)化而出現(xiàn)赤湖；防腐殺菌劑苯酚生物降解性差，對(duì)魚類等水生物有毒性[4]。其次，切削液中的礦物油、表面活性劑等脫脂作用，防腐殺菌劑的刺激性，會(huì)使人體皮膚干燥、脫脂，甚至引起開裂、紅腫、化膿等。此外，切削液腐敗產(chǎn)生的惡臭對(duì)呼吸的影響和油基切削液形成的油霧，易引起火災(zāi)等不安全因素[5]。</p><p>　　隨著21世紀(jì)金屬切削加工向高速、強(qiáng)力和高精度的方向發(fā)展，現(xiàn)代

13、苛刻的加工條件對(duì)切削液的質(zhì)量提出了越來越高的要求。數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工中心和柔性制造系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)已逐漸推廣應(yīng)用，而先進(jìn)制造技術(shù)和難加工材料的切削加工均離不開冷卻潤(rùn)滑技術(shù)，因而，切削液越來越重要。</p><p>　　再者，隨著全球人類環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)和國(guó)際社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視，人們?cè)絹碓街匾暻邢饕簩?duì)環(huán)境的污染問題。盡管對(duì)環(huán)境無污染的干切削技術(shù)得到成功的應(yīng)用，但其應(yīng)用范圍非常有限。因此，在不影響切削液

14、使用性能的前提下，在對(duì)切削液的配制過程中應(yīng)多考慮其對(duì)環(huán)境和人體的影響[6]。</p><p>　　1.2 切削液的概述</p><p>　　1.2.1 切削液的發(fā)展</p><p>　　人類使用切削液的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。人們?cè)谀ブ剖鳌~器、鐵器時(shí)，就知道澆水可以提高效率和質(zhì)量。在古羅馬時(shí)代，車削活塞泵的鑄件時(shí)就使用橄欖油，16世紀(jì)使用牛脂和水溶劑來拋光金屬盔

15、甲。從1775年英國(guó)的約翰·威爾金森（J.wilkinson）為了加工瓦特蒸汽機(jī)的汽缸而研制成功鏜床開始，伴隨出現(xiàn)了水和油在金屬切削加工中的應(yīng)用。到1860年經(jīng)歷了漫長(zhǎng)發(fā)展后，車、刨、銑、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機(jī)床相繼出現(xiàn)，也標(biāo)志著切削液開始較大規(guī)模的使用。</p><p>　　19世紀(jì)80年代，美國(guó)科學(xué)家就已首先進(jìn)行了切削液的評(píng)價(jià)工作。F·W·Taylor[7]發(fā)現(xiàn)并闡明了使

16、用泵供給碳酸鈉水溶液可使切削速度提高30℅~40℅的現(xiàn)象和機(jī)理。針對(duì)當(dāng)時(shí)使用的刀具材料是碳素工具鋼，切削液的主要作用是冷卻，故提出“冷卻劑：一詞。從那時(shí)起，人們把切削液稱為冷卻潤(rùn)滑液。</p><p>　　隨著人們對(duì)切削液認(rèn)識(shí)水平的不斷提高以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，發(fā)現(xiàn)在切削區(qū)域中注入油劑能獲得良好的加工表面。最早，人們采用動(dòng)植物油來作為切削液，但動(dòng)植物油容易變質(zhì)，使用周期短。20世紀(jì)初，人們開始從原油中提煉潤(rùn)滑油

17、，并發(fā)明了各種性能優(yōu)異的潤(rùn)滑添加劑。在第一次世界大戰(zhàn)之后，開始研究和使用礦物油和植物油合成的復(fù)合油。1924年，含硫、氯的切削油獲得專利并應(yīng)用于中切削、拉削、螺紋和齒輪加工。</p><p>　　刀具材料的發(fā)展推動(dòng)了切削液的發(fā)展，1848年發(fā)明了高速鋼，切削速度較前提高了2~4倍。1927年德國(guó)首先研制出硬質(zhì)合金，切削速度比高速鋼又提高2~5倍。隨著切削溫度的不斷提高，油基切削液的冷卻性能已不能滿足切削要求，這時(shí)

18、人們又開始重新重視水基切削液的優(yōu)點(diǎn)。1915年生產(chǎn)出水包油型乳化液，并與1920年成為優(yōu)先選用的切削液用于重切削。1948年在美國(guó)研制出第一種無油合成切削液，并在20世紀(jì)70年代由于油價(jià)沖擊而應(yīng)用提高[8]。</p><p>　　近幾十年來，由于切削技術(shù)的不斷提高，切削機(jī)床的不斷涌現(xiàn)，刀具和工件材料的發(fā)展，推動(dòng)了切削液的發(fā)展。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的深入發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)切削液技術(shù)提出了新的要求，它將推動(dòng)

19、切削技術(shù)向更高領(lǐng)域發(fā)展。</p><p>　　1.2.2 切削液的分類</p><p>　　目前，切削液的品種繁多，作用各異，但歸納起來分為兩大類，即油基切削液和水基切削液[9]。</p><p><b>　　油基切削液</b></p><p>　　油基切削液是以礦物油為主要成分，根據(jù)加工工藝和加工材料的不同，可以用純礦

20、物油，也可以加入各類油性添加劑和極壓添加劑以提高其潤(rùn)滑效果。</p><p>　?。?）純礦物物油主要采用用煤油、柴油等輕質(zhì)油。輕質(zhì)油主要用于鑄鐵的切削及研磨加工，有利于鐵粉的沆降。純礦物油成本低、穩(wěn)定性好，對(duì)金屬不腐蝕，使用周期長(zhǎng)。在使用過程中，即使有少量切削液漏入齒箱、軸承和液壓系統(tǒng)中或部分潤(rùn)滑油漏入切削油中，都不致影響機(jī)床的使用性能。但礦物油由于不含潤(rùn)滑添加劑，潤(rùn)滑效果較差，承載能力較低，一般只適用于輕負(fù)荷

21、切削及易切削鋼材和有色金屬的加工。對(duì)于要求低溫流動(dòng)性能好的切削油，可用聚烯烴等合成油，凝點(diǎn)可達(dá)-30℃以下，但價(jià)格昂貴。</p><p>　　（2）脂肪油（或油性添加劑）+礦油 脂肪油曾被廣泛用作切削油，一般用于精車絲杠、滾齒、剃齒等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、豬油等。脂肪油主要由脂肪酸組成，對(duì)金屬表面有較強(qiáng)的吸附性能，具有良好的潤(rùn)滑性能，其缺點(diǎn)是易氧化變質(zhì)，并在機(jī)床表面形成難于清洗的粘膜（即“黃袍”）

22、。</p><p>　　（3）非活性極壓切削油由礦物油+非活性極壓添加劑組成。所謂非流活性極壓切削油是指切削油在100℃，3h的腐蝕試驗(yàn)中，銅片腐蝕在2級(jí)以下（中等程度均勻變色）。氯化石蠟、磷酸酯、高溫合成的硫化脂肪油等屬非活性極壓添加劑。這類切削油的極壓潤(rùn)滑性能好，對(duì)有色金屬不腐蝕，使用方便，被廣泛用于多種切削加工。</p><p>　　（4）活性極壓切削油由礦物油+反應(yīng)性強(qiáng)的硫系極壓添

23、加劑配制而成。這類切削油對(duì)銅片的腐蝕為3-4級(jí)，對(duì)有色金屬有嚴(yán)重腐蝕。它有良好的抗燒結(jié)性能和極壓潤(rùn)滑性，可以提高高溫條件下刀具使用壽命，對(duì)刀具積屑瘤有強(qiáng)的控制能力，多用于容易啃刀的材料和難加工材料的切削。</p><p>　　（5）復(fù)合切削油由礦物油+油性和極壓添加劑配制而成。油性添加劑，如高級(jí)脂肪酸、脂肪油等，這些化合物在表面產(chǎn)生物理吸附和化學(xué)吸附，形成一個(gè)分子膜吸附層，可降低切削時(shí)的摩擦阻力，但這類添加劑只在

24、較低的溫度時(shí)才有效，當(dāng)溫度高于200℃，極性化合物產(chǎn)生解吸和分解而失去潤(rùn)滑作用，這時(shí)，需要極壓添加劑發(fā)揮作用。同時(shí)，含有油性劑和硫、磷、氯極壓添加劑的復(fù)合切削液，可以在很寬的范圍內(nèi)保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，適合于多工切削及多種材料的加工。</p><p><b>　　水基切削液</b></p><p>　　水基切削液由于具有導(dǎo)熱系數(shù)打，冷卻、潤(rùn)滑和防銹性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展

25、迅速，在機(jī)械加工工業(yè)中已被廣泛使用[10]。 水基切削液分為三類，即乳化液、合成切削液和半合成切削液。</p><p>　　合成切削液：它的濃縮液不含礦物油，由水溶性防銹劑、油性劑、極壓劑、表面活性劑和消泡劑等組成、稀釋液呈透明狀或半透明狀。主要優(yōu)點(diǎn)是：使用壽命長(zhǎng)；優(yōu)良的冷卻和清洗性能；適合高速切削；溶液透明，具有良好的可見性，特別適合數(shù)控機(jī)床、加工中心等現(xiàn)代加工設(shè)備上使用。但合成切削液容易洗刷掉機(jī)床滑動(dòng)部件上的

26、潤(rùn)滑油，造成滑動(dòng)不靈活，潤(rùn)滑性能相對(duì)差些。</p><p>　　半合成切削液：也稱微乳化切削液。它的濃縮液由少量礦物油（含量為5%~30%），油性劑、極壓劑、防銹劑、表面活性劑和防腐劑等組成。稀釋液油滴直徑小于1μm，稀釋液呈透明狀或半透明狀。它具備乳化液和合成切削液的有點(diǎn)，有彌補(bǔ)了兩者的不足，是切削液的發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　1.2.3 切削液的作用</p><

27、;p>　　在金屬加工過程中，使用切削液，有以下幾種目的：</p><p>　?。?）延長(zhǎng)工具（或砂輪）的使用壽命；</p><p>　?。?）降低工件表面粗糙度和提高工件精度；</p><p>　　（3）是切削和灰末從切削區(qū)域沖走；</p><p>　　（4）降低切削力和提高切削效率。</p><p>　　因此，

28、良好的切削液必須具有潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹四個(gè)主要作用[11]。 </p><p>　?。?）潤(rùn)滑作用：當(dāng)代的切削機(jī)床，向著程控化、自動(dòng)化、加工中心的方向發(fā)展。機(jī)械加工要求高精度、高生產(chǎn)率。生產(chǎn)過程中更換刀卡具和機(jī)床調(diào)整是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵，要求很高，占用的工時(shí)很多，因之提高生產(chǎn)率的一個(gè)切實(shí)可行的重要途徑，是盡量延長(zhǎng)刀具的使用壽命，減少機(jī)床調(diào)整時(shí)間。切削液的潤(rùn)滑作用是通過切削液滲入到切屑，工件與刀具的接觸表

29、面以后，粘附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜而產(chǎn)生的，這種潤(rùn)滑膜減少了切削與前面刀和工件與厚刀面之間的摩擦系數(shù)，減輕粘結(jié)現(xiàn)象和抑制切屑瘤，從而降低表面粗糙度和提高刀具耐用度。所以潤(rùn)滑作用的好壞，直接關(guān)系到刀具的使用壽命和工件的表面粗糙度和精度。</p><p>　?。?）冷卻作用：在切削加工過稱中所消耗的功，絕大部分都轉(zhuǎn)變成切削熱。在任何情況下，熱量對(duì)切削刀具和加工表面都是有害的，刀具抵抗作用于刀具上力的能力，隨著溫度的

30、上升而很快降低。切削液通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流、汽化熱而起到冷卻作用，它能有效改善散熱條件，將已產(chǎn)生的切削熱迅速地從切削區(qū)帶走，使切削區(qū)域的溫度下降，從而減少工件的熱變形，提高刀具的耐用度和產(chǎn)品的加工精度。</p><p>　　（3）清洗作用：在金屬切削過程中，切削、鐵粉、磨屑、油污等物易粘附在工件表面和刀具、砂輪上，影響切削效果，同時(shí)使工件和機(jī)床變臟，不易清洗所以切削液必須具有良好的清洗作用，對(duì)于油基切削液，粘度越低，

31、清洗能力越強(qiáng)，特別是含有柴油、煤油等輕組分的切削液，滲透和清晰性能就更好。含有表面活性劑的水基切削液，清洗效果較好表面活性劑一方面能吸附各種粒子、油泥，并在工件表面形成一層吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、刀具和砂輪上，另一方面能滲入到粒子和油污粘附的界面上把粒子和油污從界面上分離，隨切削液帶走，從而起到清洗作用。切削液的清洗作用還應(yīng)表現(xiàn)在對(duì)切屑、鐵粉、油污等有良好的分離和沉降作用。循環(huán)使用的切削液在回流到冷卻槽后能迅速是切屑、鐵粉、磨

32、屑、微粒等沉降于容器的底部油污等物懸浮與液面上，這樣便可保證切削液反復(fù)使用后仍能保持清潔，保證加工質(zhì)量和延長(zhǎng)使用周期。</p><p>　?。?）防銹作用：為了使加工件、機(jī)床和刀具不受周圍介質(zhì)（如空氣、水分、手汗等）腐蝕，要求切削液具有良好的防銹作用。防銹作用的好壞，取決與切削液本身的性能和加入防銹添加劑的作用。切削液防銹性能好壞，在我國(guó)對(duì)于很多行業(yè)（如軸承和儀表等）和一些地區(qū)（潮濕地區(qū)）來說，是一項(xiàng)十分重要的指

33、標(biāo)。</p><p>　　切削液的作用機(jī)理比較復(fù)雜，潤(rùn)滑、冷卻、清洗、防銹四個(gè)作用并不是孤立的，它們有統(tǒng)一的一面，又有對(duì)立的一面，而且各類切削液的作用，均有它的側(cè)重性和針對(duì)性。所以要具體情況具體分析。</p><p>　　1.2.4 切削液的研究現(xiàn)狀和趨勢(shì)</p><p>　　機(jī)械工業(yè)年耗電量300多億度，其中60%以上均消耗在各種切削機(jī)床上，這些消耗很大程度上取決

34、于切削液的質(zhì)量和使用技術(shù)水平[12]。然而，隨著金屬切削液的廣泛使用，人們發(fā)現(xiàn)切削液是金屬切削加工的主要污染源，除了使用時(shí)會(huì)對(duì)操作人員的身體健康構(gòu)成危害外，廢液的排放也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著現(xiàn)在機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展，切削技術(shù)和切削工藝的不斷創(chuàng)新，對(duì)機(jī)械加工的配套材料金屬切削液提出了更苛刻的要求。由于油基切削液的冷卻性能已不能完全滿足苛刻要求，且“低能耗，低成本，低公害”的要求日漸嚴(yán)格，金屬切削液逐漸向水基切削液過渡成為了新的發(fā)展方向

35、[13]。在日本，水基切削液產(chǎn)品的份額增長(zhǎng)趨勢(shì)更為明顯。在美國(guó)和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家，水基切削液已成為最重要的金屬切削液，并且微乳化液得到了廣泛的應(yīng)用，目前正大力研究和開發(fā)環(huán)保型水基切削液[14]。</p><p>　　我國(guó)目前非常重視水基金屬切削液的研究和推廣應(yīng)用工作，在“六五”、“七五”、和“八五”期間均安排了攻關(guān)任務(wù)，并取得了一定的成果[15-16]。目前，我國(guó)水基切削液的使用范圍越來越廣，但是水基切削液的研究情況

36、仍相對(duì)落后，市場(chǎng)銷售的水基切削液仍以乳化液為主[17]。從宏觀角度考慮，該類產(chǎn)品中的防銹劑大部分含有亞硝酸鈉和磷酸鈉，極壓潤(rùn)滑劑常含有短鏈氯化石蠟。亞硝酸鈉雖然具有良好的防銹效果，但是易于胺類化合物反應(yīng)生成亞硝酸胺，這是世界衛(wèi)生醫(yī)學(xué)界所公認(rèn)的致癌物質(zhì)，磷酸鈉的積累會(huì)使河流、湖泊因營(yíng)養(yǎng)富化而出現(xiàn)赤潮：而氯化石蠟是海水污染物之一。</p><p>　　近年來，我國(guó)有關(guān)文獻(xiàn)[18]報(bào)導(dǎo)了亞硝酸鈉的防銹劑和環(huán)己六醇六磷酸

37、酯，但是防銹劑鉬酸鈉因其成本高，環(huán)己六醇六磷酸酯因其易水解，性能不穩(wěn)定，均在推廣中受到限制。采用生物降解性好的植物油和合成酯代替礦物油的研究尚處于起步階段。</p><p>　　隨著環(huán)境保護(hù)和人類健康日益成為全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，切削液的健康和環(huán)保問題成為切削液領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，現(xiàn)代切削液的發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢(shì)：</p><p>　　礦物油逐漸被生物降解性好的植物油和

38、合成酯所代替；</p><p>　　油基切削液逐漸被水基切削液所代替；</p><p>　　開發(fā)性能優(yōu)良且對(duì)人體無害和對(duì)環(huán)境無污染的添加劑。</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容及主要目標(biāo)</p><p>　　1.3.1 課題研究目標(biāo)</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)線切割機(jī)所使用的水基切削液主要是乳化液。該類切

39、削液中的添加劑主要含有硫、磷、氯元素等，且刺激性氣味濃烈，有一定腐蝕性，使用范圍較窄，易對(duì)人體造成傷害。此外，該類切削液使用壽命短，廢液的排放對(duì)環(huán)境造成極大的污染。為保護(hù)環(huán)境而加強(qiáng)的規(guī)定，使得切削液的設(shè)備、管理和廢液處理等的總成本費(fèi)用上升，因而直接促使生產(chǎn)加工費(fèi)用的上升。因此，迫切需要研制一種性能優(yōu)良且無毒無害的新型切削液。以滿足現(xiàn)在切削加工的要求。</p><p>　　本課題研究的目的在于研發(fā)一種具有優(yōu)良的冷卻

40、、防銹、清洗和潤(rùn)滑性能，不含亞硝酸鈉和氯、硫、磷元素等，用于線切割、機(jī)床冷卻等的新型環(huán)保型切削液。該切削液不僅應(yīng)具有最佳的性能，而且對(duì)人體無危害，對(duì)環(huán)境無污染，符合國(guó)家環(huán)保要求，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削液，并且成本低于傳統(tǒng)的切削液。</p><p>　　1.3.2 課題的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題所要研制的就是一種新型的環(huán)保型切削液，其中防銹劑、潤(rùn)滑劑等是切削液的重要組成部分，也在

41、環(huán)保型切削液中占了很大的份額，它們的性能的好壞很大程度上影響了切削液的性能，并且藥品的正確使用也關(guān)系到成本的高低。因此，對(duì)添加劑的選擇和用量是整個(gè)課題的研究關(guān)鍵，其具體的研究?jī)?nèi)容包括：</p><p>　　切削液的配方的研究,主要包括對(duì)主要添加劑的選擇。</p><p>　　用正交法研究不同分量的藥品對(duì)切削液性能的影響。</p><p>　　所配制的切削液的pH值、

42、粘度、電導(dǎo)率的測(cè)定并與已知樣品的pH值、電導(dǎo)率相比較；</p><p>　　最終確定新型切削液的配方；</p><p>　　在機(jī)械加工廠的線切割機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，考察切削液的實(shí)際應(yīng)用效果。</p><p>　　第二章 實(shí)驗(yàn)方案及過程</p><p>　　2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器</p><p>　　試驗(yàn)所用藥品如表2-1所示

43、，其中試驗(yàn)用水為實(shí)驗(yàn)室自制去離子水。</p><p><b>　　表2-1 試驗(yàn)試劑</b></p><p><b>　　試驗(yàn)儀器及設(shè)備：</b></p><p>　　電子天平（DT-200A），250、50ml燒杯，玻璃棒，10ml的移液管，吸耳球，pH試紙，5ml量筒，秒表，電導(dǎo)率儀等。</p><

44、p>　　2.2 總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　為滿足切削液潤(rùn)滑、防銹、冷卻、清洗性能，同時(shí)使切削液配制工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、節(jié)約原材料成本，需對(duì)切削液的添加劑進(jìn)行合理的配制，找出最佳的組分用量。本章的實(shí)驗(yàn)方案如下：</p><p>　　進(jìn)行試探性試驗(yàn)，找出主要試劑用量的最佳比例，從而制定出最初的切削液的配方；</p><p>　　觀察最初切削液與工廠提供的切

45、削液的外觀形態(tài)的不同，并向兩種切削液加入等量的水后分別測(cè)定它們的pH、粘度、電導(dǎo)率同時(shí)進(jìn)行分析二者的不同之處。</p><p>　　根據(jù)對(duì)最初切削液配發(fā)的研究，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)的方法來確定乳化劑的最佳用量，分析其性能，從而確定出切削液配方的最佳方案；</p><p>　　分析最佳方案，進(jìn)行調(diào)整，再用正交實(shí)驗(yàn)法確定新型切削液的最佳配方，并與已提供的試樣切削液相對(duì)比分析其性能，最后確定出新型切削液

46、的配方。</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)原料配比的確定</p><p>　　2.3.1 主要試劑的用量的確定</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[18]，采用20#機(jī)油作為實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)油?；A(chǔ)油主要起潤(rùn)滑作用，同時(shí)也是油溶性添加劑、表面活性劑等的載體。首先用單因素實(shí)驗(yàn)法確定油酸與吐溫-80的最佳反應(yīng)配比，方法為按表2-2所示的配方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。</p>&l

47、t;p>　　表2-2 單因素實(shí)驗(yàn)配方</p><p>　　從表2-2中得出，2ml的油酸與3ml的吐溫-80反應(yīng)時(shí)，混合液加水后呈乳白色最穩(wěn)定，靜置后，表面的油狀漂浮物較少。</p><p>　　2.3.2 確定乳化劑的用量</p><p>　　乳化劑用量就是油酸、吐溫-80、三乙醇胺三種材料用量的多少。</p><p><b&

48、gt;　　1.實(shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　采用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)方案，將油酸、吐溫-80、C三乙醇胺三個(gè)因素的各水平填入正交表，按照正交表所提供的數(shù)據(jù)配制九組切削液，配制好后，首先與工廠提供的試樣切削液的外觀形態(tài)行對(duì)比，然后向各組切削液以及等量的試樣切削液加入100ml水進(jìn)行pH、粘度、電導(dǎo)率的對(duì)比。</p><p><b>　　2.基本操作</b&

49、gt;</p><p>　　用50ml的燒杯取機(jī)油10ml,按照表2-4所示的配方用5ml的量筒取相應(yīng)量的吐溫-80加入機(jī)油中；</p><p>　　取1ml的水于200ml的燒杯中，按照表2-4所示的配方用5ml的量筒去相應(yīng)量的三乙醇胺加入水中，用電子天平稱取0.15g無水Na2CO3加入水相中并用玻璃棒攪拌至均勻；</p><p>　　將第一步中的油相滴入第二步

50、中的水相中，然后向其中加入1ml的OP乳化劑，用玻璃棒將此時(shí)的混合液攪拌至透明；</p><p>　　向攪拌好的混合液中加入100ml水，用玻璃棒攪拌至乳白色溶液。</p><p>　　另去一個(gè)燒杯倒入等量的樣品切削液，加入100ml水并用玻璃棒攪拌至乳白色。</p><p><b>　　3.檢測(cè)性能</b></p><p&

51、gt;　　檢測(cè)配好的乳白色溶液的pH、粘度、以及電導(dǎo)率。</p><p><b>　　pH值</b></p><p>　　pH值亦是切削液的一項(xiàng)重要指標(biāo)。切削液的pH值過高，可能會(huì)造成操作者皮膚過敏和有色金屬腐蝕；pH值過低，則會(huì)影響切削液的防銹性能和抗菌性能。</p><p>　　目前，切削液的pH值的檢測(cè)方法主要有pH試紙法和pH計(jì)法，此次

52、實(shí)驗(yàn)使用的是pH試紙法。這種方法雖然精度較差，但操作簡(jiǎn)單，更適于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。具體操作如下：</p><p>　　用玻璃棒分別蘸取加了水后的實(shí)驗(yàn)切削液與樣品切削液滴至pH試紙上，待pH試紙變色后與比色卡相對(duì)比，確定出其pH值。</p><p><b>　?、普扯?lt;/b></p><p>　　切削液的潤(rùn)滑作用也與切削液的粘度有關(guān)，只有低粘度的切削液才

53、能瞬間流入切削區(qū)內(nèi)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)所使用的測(cè)粘度的方法為粗略檢測(cè)，誤差較大，具體的操作為：</p><p>　　取1個(gè)10ml的移液管，首先用吸耳球吸取10ml的蒸餾水，用大拇指按住管口。在移去大拇指的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，直到水滴完的那一刻停止計(jì)時(shí)，記下所用的時(shí)間,重復(fù)此步驟三次，最后數(shù)值取平均值。</p><p>　　用吸耳球和移液管分別去取加了水后的實(shí)驗(yàn)切

54、削液與樣品切削液10ml，重復(fù)1）中的實(shí)驗(yàn)步驟，記下滴完所用的時(shí)間，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，最后數(shù)值取平均值。</p><p>　　已知蒸餾水在常溫下的粘度為1.0005×10-3μ/Pa·s，根據(jù)等式（2-1）即可算出所求液體的粘度。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中為粘度系數(shù)(μ/Pa

55、83;s)，t（s）為液體滴完移液管所用的時(shí)間。1為水的粘度，t1為水滴完移液管所用的時(shí)間，而2為所求溶液的粘度。</p><p><b>　?、请妼?dǎo)率</b></p><p>　　由于切削液在使用過程中不斷補(bǔ)充水分所引發(fā)的礦物質(zhì)累積，以及外界雜質(zhì)的引入，會(huì)導(dǎo)致切削液電導(dǎo)率不斷上升。當(dāng)電導(dǎo)率上升至一定的階段，切削液會(huì)出現(xiàn)析皂分層現(xiàn)象，使加工能力迅速下降。因此，電導(dǎo)率也

56、是衡量切削液好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)。</p><p>　　通常檢測(cè)切削液電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀。具體操作為：</p><p>　　用電導(dǎo)率儀分別測(cè)出加了水后的實(shí)驗(yàn)切削液與樣品切削液的電導(dǎo)率，并相對(duì)比，看實(shí)驗(yàn)制備的切削液是否達(dá)標(biāo)。</p><p>　　2.4 新型切削液的配方</p><p>　　2.4.1 主要成分的配比</p><

57、;p>　　在2.2的基礎(chǔ)上以及大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，影響切削液性能的主要成分為：A(油酸)、B(三乙醇胺)、C（OP乳化劑），通過對(duì)各成分的分析，制定了實(shí)驗(yàn)因素水平表（見表2-5）</p><p>　　1）實(shí)驗(yàn)方法：該實(shí)驗(yàn)包括3個(gè)因素三水平，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)規(guī)律，選用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)方案，將表2-5所示的A（油酸）、B(三乙醇胺)、C(OP乳化劑)三個(gè)因素的各水平填入正交表，即得到了2-6所示的正交表來安排

58、實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)除了A、B、C三個(gè)量為變量外，其他原料的用量均相等：即10ml的機(jī)油為實(shí)驗(yàn)所用的基礎(chǔ)油，0.15g碳酸鈉進(jìn)行調(diào)節(jié)pH。從實(shí)驗(yàn)中可確定出三個(gè)因素的最佳實(shí)驗(yàn)比，這樣就可以確定出新型切削液的配方。</p><p><b>　　2）基本操作：</b></p><p>　　用50ml的燒杯取機(jī)油10ml,按照表2-4所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依次用5ml量筒量取相對(duì)應(yīng)的油酸、

59、三乙醇胺的反應(yīng)量加入機(jī)油中，用玻璃棒攪拌均勻；</p><p>　　用5ml的量筒量取表2-4所示的對(duì)應(yīng)的OP乳化劑的反應(yīng)量，倒入另外一個(gè)燒杯中，并用電子天平稱取0.15g的無水碳酸鈉加入到OP乳化劑中，并用玻璃棒攪拌至無水碳酸鈉徹底溶解；</p><p>　　將溶有無水碳酸鈉的OP乳化劑倒入步驟1中的混合液當(dāng)中并用玻璃棒攪拌至透明狀；</p><p>　　用量筒量

60、取100ml的水加入到步驟3中的混合液中，玻璃板攪拌。并觀察其外觀；</p><p>　　按照以上方法可確定出切削液的配方，然后按照此配方配制一定的新型切削液，同時(shí)取等量的試樣切削液，并向兩種切削液內(nèi)加入等量的水，對(duì)所配制的兩種液體進(jìn)行性能分析，最終確定新型切削液的最終配方</p><p>　　第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)原料的分析<

61、;/p><p>　　3.1.1 主要試劑的分析</p><p>　　油酸，分子式為CH3(CH2)7CH:CH(CH2)7COOH為不飽和脂肪酸，與三乙醇胺反應(yīng)的最佳反應(yīng)比為1:2，反應(yīng)后為乳狀液的醇胺類化合物，其pH為9.0，且防銹性能非常好，可以作為潤(rùn)滑劑、油性劑、表面活性劑來使用。</p><p>　　三乙醇胺，分子式為N(CH2CH2OH)3，可作為非離子表面活

62、性劑起著增溶、分散、穩(wěn)定的作用，且不受稀釋水質(zhì)的影響。</p><p>　　吐溫-80，是親水性的表面活性劑，切削液中添加吐溫-80可提高其潤(rùn)滑性，但其缺點(diǎn)是造價(jià)較高，并且吐溫-80中親脂成分包括不飽和脂肪酸，這些不飽和脂肪酸十分容易氧化降解而產(chǎn)生更多的有毒成分，由此而產(chǎn)生的毒副反應(yīng)將會(huì)超過產(chǎn)品本身帶來的益處。</p><p>　　OP乳化劑，HLB值為14.5，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在乳化前在OP-

63、10乳化劑中預(yù)先加入適量的水，使其稀釋到適當(dāng)?shù)臐舛群笤偃榛A(chǔ)油，所得到的乳化油在水中的分散能力大大提高，即可得到較穩(wěn)定的乳化液。</p><p>　　3.1.2 防銹劑的合成與選用</p><p>　　防銹性是評(píng)價(jià)金屬切削液性能好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，所添加的防銹劑應(yīng)是一種極性很強(qiáng)的化合物，它的作用在于防止工件生銹。防銹劑大多采用一些極性物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一端是極性很強(qiáng)的基團(tuán)，具有親水

64、性；另一端是非極性的烷基，具有疏水性。當(dāng)含有防銹劑的溶液與金屬接觸時(shí)，防銹劑分子中的極性基團(tuán)對(duì)金屬表面有很強(qiáng)的吸附性，并在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護(hù)層，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬接觸，起到防銹作用。防銹劑還對(duì)水及一些腐蝕物質(zhì)有增溶效果，可起到分散和（或）減活作用，從而減輕腐蝕物質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕。此外，堿性防銹劑對(duì)酸性物質(zhì)還有中和作用，可使金屬免受酸的腐蝕[19]。</p><p>　　一般認(rèn)為防銹劑性能與有機(jī)分子

65、極性基團(tuán)的功能有關(guān)。這些極性基團(tuán)包括-COOH、-CONH、-SO3H、-OH、-NH等[20]。根據(jù)防銹劑的吸附原理，分子中的極性基團(tuán)能吸附于金屬表面，而疏水性的烴基在金屬表面形成保護(hù)膜，防止水分侵蝕金屬表面，從而起到防銹效果。有機(jī)分子在水中的溶解性與烷基鏈的長(zhǎng)短和親水性基團(tuán)的多少有關(guān)。作為水溶性的防銹劑，分子中不但要有起防銹作用的極性基團(tuán)，而且要求分子具有一定的水溶性。對(duì)于水溶性防銹添加劑，亞硝酸鈉是長(zhǎng)期被認(rèn)為有效的防銹添加劑，但人

66、們已逐漸認(rèn)識(shí)到它對(duì)人體有致癌的可能性。鉻酸鹽、重鉻酸鹽對(duì)鋼鐵也具有良好的防銹作用，但是有毒、會(huì)污染環(huán)境，它們的使用均受到限制。磷酸鹽類防銹劑會(huì)污染環(huán)境，因此其使用也受到限制。經(jīng)過篩選，有機(jī)羧酸與醇胺類物質(zhì)反應(yīng)得到的產(chǎn)物兼具良好的防銹性能和水溶性能。</p><p>　　研究表明[21],采用油酸與三乙醇胺反應(yīng)后的產(chǎn)物具有良好的防銹性能；磺化蓖麻油與三乙醇胺反應(yīng)后的醇胺類化合物的防銹性能也非常好；硼酸酯是一種優(yōu)良的

67、多功能防銹潤(rùn)滑添加劑。由于單獨(dú)使用這些防銹劑所需濃度較高，因此可選用上述一種或幾種有機(jī)防銹劑與碳酸鈉、硼砂、苯甲酸鈉等無機(jī)防銹劑復(fù)配，以提高防銹能力和減少試劑用量。但是，過多的添加劑進(jìn)行復(fù)配不僅提高了產(chǎn)品的成本，而且由于各添加劑的復(fù)雜性，給切削液配方的確定造成困難。所以，找到兩種既有防銹性，又有潤(rùn)滑性，且能溶于水，并性能穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中采用油酸與三乙醇胺、碳酸鈉復(fù)配為防銹劑，

68、此時(shí)復(fù)配的防銹劑不僅具有良好的防銹性能和水溶性能，而且不具有氮、磷等對(duì)環(huán)境有害的元素，從防銹劑這一方面做到了環(huán)保的要求，即對(duì)操作人員沒有傷害，也便于后續(xù)切削液的處理，對(duì)環(huán)境沒有污染。</p><p>　　3.1.3 表面活性劑的選擇</p><p>　　能顯著降低溶劑（一般為水）表面張力和液—液界面張力的化學(xué)物質(zhì)稱為表面活性劑。表面活性劑具有親水、親油的性質(zhì)，在水基切削液中起到乳化、分散、

69、洗滌、潤(rùn)濕、殺菌和防腐蝕等作用。然而，表面活性劑用量過多，又會(huì)使泡沫增多，影響切削加工的能見度，過量泡沫甚至?xí)绊懻Ｊ褂谩?lt;/p><p>　　微乳化切削液中分散相的高度細(xì)化和體系的穩(wěn)定性是依靠表面活性劑的潤(rùn)濕、分散、乳化、增溶等作用實(shí)現(xiàn)的。在乳化液中，表面活性劑的用量一般為20%~50%，而在微乳化液中，用量可高于40%，以保證分散相油滴細(xì)化，使體系保持高度穩(wěn)定性。</p><p>　

70、　表面活性劑是使油和水乳化的關(guān)鍵性物質(zhì)，一般分為陽(yáng)離子型表面活性劑、陰離子表面活性劑和非離子型表面活性劑。陽(yáng)離子型表面活性劑通常使乳化液呈酸性，使乳化液容易腐敗變質(zhì)，故極少用。陰離子型表面活性劑的特點(diǎn)是乳化性能好，并有一定的清洗和潤(rùn)滑性能，但抗硬水能力差，且易起泡，常與非離子表面活性劑配對(duì)使用。非離子型表面活性劑在水中不電離，其親水基主要是由具有一定數(shù)量的含氧基團(tuán)（醚基和羥基）構(gòu)成，不易受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)酸鹽類的影響，也不易受酸堿的影響，與

71、其他類型的表面活性劑相溶性好，能很好地混合使用。但由于在溶液中不電離，故在一般的固體表面上不易產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附，另外，隨溫度的升高，很多非離子型表面活性劑溶解度降低甚至不溶，會(huì)造成乳化液渾濁，不透明。所以，通常通過調(diào)整陰離子型表面活性劑和非離子表面活性劑的配比，使HLB值與分散相配，以獲取最佳的分散乳化效果。</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)知[22],乳化油劑所需的HLB值為9~14，單一乳化劑很難形成穩(wěn)定的乳化液。

72、根據(jù)HLB值，在實(shí)驗(yàn)中使用的是OP乳化劑和三乙醇胺復(fù)配成的乳化劑，三乙醇胺可作為陰離子表面活性劑，結(jié)果表明其乳化效果較好，此外，OP乳化劑和三乙醇胺均不含有有害于人體和環(huán)境的元素，環(huán)保無害，而且，這兩類藥品價(jià)格適宜，容易購(gòu)買，從根本上降低了切削液的成本。</p><p>　　3.1.4 潤(rùn)滑劑和極壓潤(rùn)滑劑的合成與選用</p><p>　　在金屬切削加工中，切削、工件與刀具之間的摩擦狀態(tài)可分

73、為干摩擦、流體潤(rùn)滑摩擦和邊界潤(rùn)滑摩擦三大類。大多數(shù)難加工金屬材料的加工處于極壓潤(rùn)滑狀態(tài)，此時(shí)油性添加劑在摩擦表面形成的潤(rùn)滑膜將被高溫高壓所破壞，因此必須依靠極壓添加劑形成另一種潤(rùn)滑膜。這層潤(rùn)滑膜是極壓添加劑在高溫高壓下進(jìn)入切削、工件與刀具界面之間與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所生成的氯化鐵、硫化鐵等化學(xué)吸附膜，它可使邊界潤(rùn)滑層具有良好的潤(rùn)滑性[21]。</p><p>　　在極壓潤(rùn)滑狀態(tài)下，切削液中必須添加極壓添加劑，以維持

74、潤(rùn)滑膜強(qiáng)度。常用的極壓添加劑為含硫、磷、氯、碘、硼等的有機(jī)化合物，它們可在高溫下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成化學(xué)吸附膜，它比物理吸附膜的熔點(diǎn)高得多，可防止極壓潤(rùn)滑狀態(tài)下金屬摩擦界面的直接接觸，起到減小摩擦、保持潤(rùn)滑的作用。</p><p>　　可作為水溶性潤(rùn)滑劑使用的只有油酸、亞油酸、氯化脂肪酸、磷酸三乙酯等幾種物質(zhì)，但它們的減摩抗極壓能力有限。由此可見，傳統(tǒng)的防銹劑和潤(rùn)滑劑功能單一，不能很好滿足現(xiàn)代新型切削液的

75、要求。為使切削液具有優(yōu)良的綜合性能，必須同時(shí)添加幾種物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，這樣不僅提高了成本，而且由于各種添加劑之間相互作用復(fù)雜，勢(shì)必給配方的確定造成困難。所以，本實(shí)驗(yàn)在選擇防銹劑的時(shí)候，就考慮了其也具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性等其他功能。研究表明[22]，油酸三乙醇胺除具有防銹性和潤(rùn)滑性能外，還是一種表面活性劑，具有良好的滲透性和浸潤(rùn)性，有助于進(jìn)入高溫高壓下的加工面，形成極壓潤(rùn)滑膜。</p><p>　　3.1.5 其他添加劑的選

76、用</p><p>　　切削液中使用的輔助添加劑還包括消泡劑、pH調(diào)整劑等。而在本實(shí)驗(yàn)中只添加了pH調(diào)整劑。</p><p>　　切削液的pH值應(yīng)保持在8~10之間，pH值過低易滋生細(xì)菌霉變，pH值過高腐蝕嚴(yán)重。本實(shí)驗(yàn)中采用NaOH與Na2CO3的配比來調(diào)節(jié)pH，Na2CO3與油酸、三乙醇胺復(fù)配為防銹劑，因此它的量不能隨意改變，因此，實(shí)驗(yàn)中切削液調(diào)節(jié)pH時(shí)主要是改變NaOH的量，又因?yàn)镹a

77、OH為強(qiáng)堿，所以在實(shí)驗(yàn)中每次添加NaOH時(shí)應(yīng)注意用量，切勿添加過多導(dǎo)致pH值過大。</p><p>　　3.1.6 最初切削液配方的確定</p><p>　　從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)油酸與吐溫-80在2:3的配比下混合液加水后呈乳白色最穩(wěn)定，靜置后，表面的油狀漂浮物較少。此時(shí)，按此比例即可確定出最初切削液的配方，具體見表3-1：</p><p>　　表3-1 最初切削液的配方&

78、lt;/p><p>　　按上述配方配制的相應(yīng)的切削液，同時(shí)取19ml等量的工廠提供的切削液進(jìn)行性能的比較。從外觀上來看，兩種切削液均是油狀淺黃均勻性液體，并且無分層、無沉淀。但工廠提供的試樣切削液較稀，流動(dòng)性強(qiáng)。同時(shí)向這兩種切削液加入100ml水，攪拌至均勻后對(duì)比兩種切削液的性能（見表3-2）。</p><p>　　表3-2 兩種切削液的對(duì)比</p><p>　　在表3

79、-2中，時(shí)間表示液體滴完移液管所需要的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)中水滴完移液管所使用的時(shí)間為29?33，液體的粘度是根據(jù)等式（2-1）求出的，單位為1×10-3μ/Pa·s。</p><p>　　從表3-2中得出，加水后實(shí)驗(yàn)中配置的切削液呈乳白色，靜置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)液面有油層漂浮著，而工廠提供的切削液試樣加水后呈透亮的乳白色且靜置一段時(shí)間后液面并沒有油層漂浮，原因一方面可能是添加劑之間沒有充分反應(yīng)，另一方面

80、可能是由于乳化劑的量太小導(dǎo)致的。從pH這個(gè)方面看，實(shí)驗(yàn)配制的切削液使pH試紙變?yōu)闇\黃色，對(duì)照pH顯色卡，此時(shí)的pH大約在6左右，而試樣切削液使pH試紙顯淺綠色，對(duì)照pH顯色卡試樣切削液的pH為7~8之間，因此實(shí)驗(yàn)配制的切削液的pH偏小，需要增加堿性物質(zhì)來提高pH值。另外配制的切削液的黏度小于提供的樣品切削液的黏度，并且在未加水前的切削液比試樣切削液看起來要稠很多，說明此時(shí)的配方還不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)水平，還需對(duì)各成分進(jìn)行詳細(xì)配比試驗(yàn)。</

81、p><p>　　3.1.7 乳化劑用量的分析</p><p>　　乳化劑的用量指的是A（油酸）、B(吐溫-80)、C(三乙醇胺)的實(shí)驗(yàn)最佳配比。實(shí)驗(yàn)中采用的是L4（23）正交實(shí)驗(yàn)方案，將表3-3所示的A（油酸）、B(吐溫-80)、C(三乙醇胺)填入正交表，得到表3-4所示的九組三個(gè)主要成分的用量數(shù)據(jù)，即按表3-4的配方進(jìn)行配制切削液并對(duì)配好的切削液進(jìn)行粘度、電導(dǎo)率的測(cè)定，并對(duì)所測(cè)得的粘度、電導(dǎo)

82、率進(jìn)行極差分析，從而確定出最佳的切削液的配方。在進(jìn)行配制各組切削液的過程中，每組的其他成分均保持不變，即：10ml機(jī)油作為基礎(chǔ)油，1mlOP乳化劑以及0.15g無水碳酸鈉。</p><p>　　表3-3 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表</p><p>　　表3-4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析</p><p><b>　　初始優(yōu)化工藝條件。</b></p>

83、<p>　　由極差分析可知，各因素影響不同指標(biāo)的大小順序?yàn)椋赫扯龋篈＞B＞C；電導(dǎo)率：A＞C＞B；由此推出的最佳方案為：</p><p><b>　　粘度：A1B1C2</b></p><p>　　電導(dǎo)率：A1B3C3</p><p>　　綜合平衡確定最優(yōu)工藝條件</p><p>　　以上三指標(biāo)單獨(dú)分析出的

84、優(yōu)化條件不一致，必須根據(jù)因素的影響主次，綜合考慮，確定最佳工藝條件。</p><p>　　對(duì)于因素A，從圖3-1中看其對(duì)粘度影響大小排第一位，此時(shí)選A1；其對(duì)電導(dǎo)率的影響也排第一位，此時(shí)A的最佳方案為A1；</p><p>　　對(duì)于因素B，從圖3-1中得出，其對(duì)粘度的影響大小排第二位，此時(shí)選B1，而其對(duì)電導(dǎo)率的影響最小，此時(shí)選B3，根據(jù)正交試驗(yàn)的原則，B的最佳方案為B1。</p>

85、;<p>　　對(duì)于因素C，從圖3-1中得出，其對(duì)粘度的影響最小，此時(shí)選C2，而且對(duì)電導(dǎo)率的影響排第二位，此時(shí)選C3，根絕正交試驗(yàn)的原則，C的最佳方案為C3。</p><p>　　綜上所述，正交試驗(yàn)的結(jié)果為A1 B1 C3，即1ml油酸、2ml吐溫-80、3ml三乙醇胺，但在實(shí)驗(yàn)中并沒有出現(xiàn)這個(gè)最佳方案。在實(shí)驗(yàn)中還測(cè)得了工廠提供的試樣切削液的粘度和電導(dǎo)率，分別為1.014×10-3μ/Pa&

86、#183;s、1.079ms/cm。分別將九組實(shí)驗(yàn)的粘度、電導(dǎo)率與試樣切削液的粘度、電導(dǎo)率進(jìn)行對(duì)比，相比較之下只有方案6與之相近（粘度為0.978×10-3μ/Pa·s，電導(dǎo)率為1.075 ms/cm）。</p><p>　　對(duì)切削液的分析除了有粘度和電導(dǎo)率，還應(yīng)考慮切削液的外觀形態(tài)以及所對(duì)應(yīng)的pH值，見表3-5，現(xiàn)分析如下：</p><p><b>　　外觀

87、形態(tài)</b></p><p>　　從表3-5中看出，9組實(shí)驗(yàn)的加水前的外觀形態(tài)與試樣均存在著差異，并且從實(shí)驗(yàn)中來看，所配制的切削液太稠、流動(dòng)性差，不夠透亮，原因可能是各組分配比不合理，乳化效果不理想。將所配制的切削液與相同體積的試樣切削液加入100ml水后，所配制的切削液的顏色均沒有試樣切削液的白且透亮，并且靜置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)頁(yè)面上均有油層浮現(xiàn)，原因可能是組分之間沒有充分反應(yīng)或者某些組分過多所導(dǎo)致的。

88、</p><p>　　圖3-1 表3-4趨勢(shì)圖</p><p><b>　　pH</b></p><p>　　從表3-5中看出，只有實(shí)驗(yàn)編號(hào)為1、2、3、6、7、9的pH與試樣的接近，此時(shí)pH試紙顯綠色。其他實(shí)驗(yàn)均使pH試紙呈黃色。對(duì)照pH比色卡看，試紙呈黃色的pH約為5~6，此時(shí)的pH值過低，則會(huì)影響切削液的防銹性能和抗菌性能。而試紙呈綠色

89、的pH值則為7~8之間，符合切削液的pH指標(biāo)。</p><p>　　表3-5 正交實(shí)驗(yàn)外觀分析</p><p>　　綜上所述，實(shí)驗(yàn)編號(hào)為6的切削液與工廠提供的切削液的各項(xiàng)性能最為接近，因此實(shí)驗(yàn)6為最佳實(shí)驗(yàn)方案，其配方見表3-6。配方中，油酸、吐溫-80與碳酸鈉復(fù)合成為水溶性防銹劑，并且具有優(yōu)良的防銹性能和潤(rùn)滑性能，OP乳化劑和三乙醇胺組合成為表面活性劑，乳化效果較好。這樣配制出來的切削液具

90、有良好的防銹、潤(rùn)滑、冷卻的性能。但這個(gè)配方有個(gè)缺點(diǎn)，即加水配制成為乳白色溶液靜置后，在溶液表面具有一層油層，說明根據(jù)配方6所配制的切削液的穩(wěn)定性較差。并且因?yàn)橥聹?80的價(jià)格較高，在實(shí)際投入生產(chǎn)中一方面會(huì)增加切削液的成本，另一方面不環(huán)保，不好進(jìn)一步回收。因此，需在配方6的基礎(chǔ)上進(jìn)行切削液的穩(wěn)定、環(huán)保兩方面的改善。</p><p>　　表3-6 最佳實(shí)驗(yàn)配方組成</p><p>　　3.2

91、新型切削液的性能分析</p><p>　　3.2.1 主要成分的配比分析</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)配方6的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，幾種試劑對(duì)比，從環(huán)保的角度來看，只有吐溫-80對(duì)環(huán)境有影響，從成本方面來看，吐溫-80的造價(jià)較高，使用量過大會(huì)增加切削液的成本。因此，選擇去掉吐溫-80。此時(shí)配方中主要的試劑為油酸、三乙醇胺、OP乳化劑，同樣用正交實(shí)驗(yàn)法，選用L9（34）正交實(shí)驗(yàn)方案來確定其反應(yīng)的最佳

92、配比。首先確定實(shí)驗(yàn)因素及水平見表3-7，然后按照表3-8的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行9組實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　表3-7實(shí)驗(yàn)因素水平表</p><p>　　表3-8正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　但在實(shí)驗(yàn)配置的過程中發(fā)現(xiàn)，只有第九組即油酸6ml、三乙醇胺3ml、OP乳化劑2ml配制加水后為粘稠狀，經(jīng)過攪拌以及再次添加適量的水后可配制成為透亮的乳白色溶液。相比之下，其他八組配

93、制加水后液面均有較厚的油層不能成形。因此，主要對(duì)第九組的實(shí)驗(yàn)配方配置的切削液進(jìn)行研究，此時(shí)新型切削液中油酸、三乙醇胺、OP乳化劑的用量分別為6ml、3ml、2ml。</p><p>　　3.2.3 性能分析</p><p>　　新型切削液配置好后即為稠狀乳白色液體，此時(shí)對(duì)新型切削液與提供的樣品切削液進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，主要看二者的外觀、pH、粘度、電導(dǎo)率的差別。</p><p

94、><b>　　外觀形態(tài)</b></p><p>　　由于新型切削液在加水前即為乳白色粘稠狀液體，比起工廠提供的試樣相比新型切削液比較稠，但在加水后二者均為亮白色液體，都沒有任何油狀懸浮物。與傳統(tǒng)切削液相比，新型切削液在外觀上有所突破。傳統(tǒng)的切削液在未加水之前均為油狀、透亮具有流動(dòng)性的液體，再加入適量的水后才變?yōu)槿榘咨后w。而新型切削液在未加水之前就是乳白色粘稠且流動(dòng)性較強(qiáng)的液體，加入水

95、后仍然為乳白色液體，且靜置一段時(shí)間后其各種性能十分穩(wěn)定，說明其穩(wěn)定性也較好。</p><p><b>　　pH</b></p><p>　　從表3-9看出，新型切削液使pH試紙呈綠色，與所提供的試樣切削液的pH相差不大，均為7~8之間，因此可斷定新型切削液的pH符合標(biāo)準(zhǔn)。這主要是靠增加堿性物質(zhì)—?dú)溲趸c來提高切削液的pH值。另外，氫氧化鈉為強(qiáng)堿性藥品，因此在實(shí)驗(yàn)中以0

96、.01g為單位來改變切削液的pH值。從大量的實(shí)驗(yàn)中得出，添加0.30g的氫氧化鈉時(shí)新型切削液的pH值剛好在7~8之間，符合切削液的pH值的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　粘度</b></p><p>　　從表3-9看出，新型切削液滴完移液管的時(shí)間與試樣切削液所用的時(shí)間相差不到一秒，算出的切削液的粘度也基本相等，故其粘度也符合標(biāo)準(zhǔn)。說明各組分反應(yīng)充分，均達(dá)到了最佳配

97、比，也從另一方面可看出新型切削液具有良好的潤(rùn)滑性能和流動(dòng)性。</p><p><b>　　電導(dǎo)率</b></p><p>　　用電導(dǎo)率儀測(cè)得的新型切削液的電導(dǎo)率要比試樣的電導(dǎo)率大，但二者相差較大，但在機(jī)床上應(yīng)用的時(shí)候發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率較大的切削性能非常好，因此新型切削液具有很好地切削性。</p><p>　　表3-9 新型切削液性能分析</p&g

98、t;<p>　　綜上所述，新型切削液各項(xiàng)性能都達(dá)到切削液的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的切削液相比，新型切削液在未加水之前就為乳白色粘稠狀液體，粘度較小，因此具有良好的潤(rùn)滑性能，雖然電導(dǎo)率相比之下較大，但并不影響其性能。</p><p>　　最后，按照新型切削液的配方制備1000ml的切削液，將配制好的切削液放于密封的瓶子里靜置一個(gè)禮拜。一個(gè)禮拜過后，打開瓶子發(fā)現(xiàn)切削液的外觀形態(tài)以及性能并沒有發(fā)生變化，說明新型

99、切削液具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，不會(huì)發(fā)生質(zhì)變。</p><p>　　將配置好的1000ml切削液在幾個(gè)工廠的線切割機(jī)上進(jìn)行試用，在使用中發(fā)現(xiàn)其具有很好的潤(rùn)滑、防銹、冷卻的作用,而且切削性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的切削液。另外市場(chǎng)上銷售的相同性能的切削液相比新型切削液的價(jià)格更便宜，受到了工廠的歡迎。因此，新型切削液具有很好地市場(chǎng)前景。</p><p>　　本課題通過科學(xué)系統(tǒng)的方法研究出了新型切削液的最佳配方

100、，見表3-10。從配方中可以看出，除了不具有一些對(duì)人體以及環(huán)境有污染的藥品外，水在切削液的配方中占據(jù)了較大的比例，這與傳統(tǒng)的切削液相比就大大減小了成本。</p><p>　　表3-10環(huán)保切削液的配方組成</p><p>　　3.2.4 原理分析</p><p><b>　　冷卻作用</b></p><p>　　新型切削

101、液中添加有陰離子表面活性劑，從物理意義上來講，電子發(fā)射與金屬變形時(shí)的電子逸出功有關(guān)。造成金屬塑性變形的機(jī)械作用，能在金屬表面激發(fā)微范圍的電子云，從而引起電子的外發(fā)射。由于電子外逸造成切削區(qū)正電荷的不斷增加，因此利用切削液中的陰離子使正電荷聚積的迅速中和達(dá)到瞬時(shí)冷卻作用，這就是本切削液的特殊冷卻作用。</p><p><b>　　防銹作用</b></p><p>　　該

102、切削液的防銹劑為大多有機(jī)化合物，通過吸附在金屬表面上起緩蝕作用。這種吸附包括物理吸附和化學(xué)吸附，防銹劑的極性端對(duì)金屬表面有將強(qiáng)吸附能力，能夠在金屬表面形成一層致密的吸附膜，從而阻止空氣中的氧分子等與金屬表面接觸，起緩蝕作用。此外，該有機(jī)化合物防銹劑含有氮等元素，它們?cè)诮饘俦砻娉陉帢O區(qū)作物理吸附外，還進(jìn)行著化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附在陽(yáng)極區(qū)阻礙金屬的溶解，又在陰極區(qū)阻礙去極化作用。</p><p>　　單一防銹劑的防銹性

103、能不夠理想，原因是形成的膜總有一些小空隙。為此需要利用幾種防銹劑的協(xié)同作用，良好的協(xié)同作用可以減少添加劑用量。但并非所有防銹劑都具有促進(jìn)作用，有些甚至可產(chǎn)生反作用，這是因?yàn)榍邢饕褐杏卸喾N表面活性劑、防銹劑等極性分子，它們的極性不同，對(duì)金屬表面的吸附能力也不同，有些分子吸附能力較強(qiáng)但非極性基形成的的膜不夠致密（如表面活性劑），有些分子吸附能力不強(qiáng)但非極性基成膜很密（如防銹劑）。只有對(duì)這些極性分子的極性基和非極性基進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠胶?，使極性基能

104、牢固吸附在金屬表面，它們才會(huì)顯示出良好的防銹性能。新型切削液配方由于較好協(xié)調(diào)了極性基于非極性基之間的組分比例，一次獲得了較好的防銹性能。</p><p><b>　　潤(rùn)滑作用</b></p><p>　　在潤(rùn)滑理論中，把潤(rùn)滑分為流體動(dòng)力潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑。即作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)金屬表面完全被潤(rùn)滑劑隔開，沒有金屬間的直接接觸，其摩擦阻力僅依賴于潤(rùn)滑劑的粘性，摩擦面的接觸壓較小，

105、且有較高的滑動(dòng)速度，這種潤(rùn)滑狀態(tài)為流體動(dòng)力潤(rùn)滑。隨著負(fù)荷的繼續(xù)增加，金屬表面的潤(rùn)滑劑膜逐漸減薄，當(dāng)負(fù)荷增加到一定程度，連續(xù)的潤(rùn)滑液膜被金屬表面的微凸體峰頂破壞，局部產(chǎn)生金屬表面之間的直接接觸，因此，產(chǎn)生磨損和較高的摩擦阻力，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱，這種潤(rùn)滑狀態(tài)稱為邊界潤(rùn)滑。</p><p>　　在切削過程中，磨具-切削-工件之間的潤(rùn)滑就屬于邊界潤(rùn)滑。由于壓力，三者間摩擦導(dǎo)致迅速磨損磨具。所以，設(shè)法在切削區(qū)磨具（砂輪）-

106、切削-工件中使用一種理想的潤(rùn)滑劑，就可有效地防止三者之間的干摩擦，從而獲得保護(hù)工件和磨具，延長(zhǎng)磨具的使用壽命，降低工件表面的粗糙度。</p><p>　　新型切削液中的油性劑油酸三乙醇胺分子中具有強(qiáng)極性基團(tuán)，可與金屬表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附作用并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成較牢固的物理吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜。該膜層具有一定承載能力，能夠達(dá)到減摩抗磨作用。從而提高了新型切削液的摩擦學(xué)性能。</p><p>　　

107、3.2.5 環(huán)保性分析和成本分析</p><p>　　該切削液中不含亞硝酸鈉、氯、硫、磷等，對(duì)人體無毒害、無刺激性氣味、不腐蝕機(jī)床、外觀呈乳白色的粘稠狀液體，清洗性、冷卻性、防銹性及防腐性良好，并具有一定的潤(rùn)滑性。在工廠的機(jī)床上進(jìn)行試用的時(shí)候，也未出現(xiàn)對(duì)操作人員有危害的現(xiàn)象，并且對(duì)切削液的后續(xù)處理也較簡(jiǎn)單，因此做到了環(huán)保無污染的要求。</p><p>　　從成本方面來看，所配制的新型切削液

108、中，水的含量占的比重較大，這樣就大大減小了切削液的成本，并且其他原料也相對(duì)便宜，購(gòu)買方便，細(xì)估算一下，新型切削液的成本為7元/桶，而從市場(chǎng)上得知切削液的普遍價(jià)格為15元/桶，成本下降了一半。從根本上解決了切削液成本較高的難題。</p><p><b>　　第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論</b></p><p>　　本課題查閱了大量的文獻(xiàn)資料，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課題的