畢業(yè)設(shè)計---切削液的制備與性能研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（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</p><p>　班 級</p><p>　學 生<

2、;/p><p>　指導教師</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6</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容及主要目標8</p><p>　　1.3.1 課題研究目標8</p><p>　　1.3.2 課題的研究內(nèi)容8</p><p>　　第二章 試驗方案及過程10</p&

5、gt;<p>　　2.1 試驗藥品及儀器10</p><p>　　2.2 總體設(shè)計方案10</p><p>　　2.3 實驗原料配比的確定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 實驗結(jié)果與分析15</p><p>　　3.1 實驗原料的分析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 潤滑劑和極壓潤滑劑的合成與選用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床提供必要的運動和動力的條件下，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)格進行切削（或磨削）加工時，為了減輕刀具和工件之間的摩擦，增加潤滑性，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械加工行業(yè)，給人類創(chuàng)造巨大效益的同時，也對人的身體健康構(gòu)成危害，對環(huán)境造成嚴重污染[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對水資源、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使河流、湖泊因富營養(yǎng)化而出現(xiàn)赤湖；防腐殺菌劑苯酚生物降解性差，對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世紀金屬切削加工向高速、強力和高精度的方向發(fā)展，現(xiàn)代

13、苛刻的加工條件對切削液的質(zhì)量提出了越來越高的要求。數(shù)控機床、機械加工中心和柔性制造系統(tǒng)等先進制造技術(shù)已逐漸推廣應(yīng)用，而先進制造技術(shù)和難加工材料的切削加工均離不開冷卻潤滑技術(shù)，因而，切削液越來越重要。</p><p>　　再者，隨著全球人類環(huán)境保護意識的不斷增強和國際社會對生態(tài)環(huán)境的日益重視，人們越來越重視切削液對環(huán)境的污染問題。盡管對環(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，在對切削液的配制過程中應(yīng)多考慮其對環(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古時代。人們在磨制石器、銅器、鐵器時，就知道澆水可以提高效率和質(zhì)量。在古羅馬時代，車削活塞泵的鑄件時就使用橄欖油，16世紀使用牛脂和水溶劑來拋光金屬盔

15、甲。從1775年英國的約翰·威爾金森（J.wilkinson）為了加工瓦特蒸汽機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)歷了漫長發(fā)展后，車、刨、銑、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機床相繼出現(xiàn)，也標志著切削液開始較大規(guī)模的使用。</p><p>　　19世紀80年代，美國科學家就已首先進行了切削液的評價工作。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)象和機理。針對當時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。從那時起，人們把切削液稱為冷卻潤滑液。</p><p>　　隨著人們對切削液認識水平的不斷提高以及實踐經(jīng)驗的不斷豐富，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，人們采用動植物油來作為切削液，但動植物油容易變質(zhì)，使用周期短。20世紀初，人們開始從原油中提煉潤滑油

17、，并發(fā)明了各種性能優(yōu)異的潤滑添加劑。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

18、人們又開始重新重視水基切削液的優(yōu)點。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年在美國研制出第一種無油合成切削液，并在20世紀70年代由于油價沖擊而應(yīng)用提高[8]。</p><p>　　近幾十年來，由于切削技術(shù)的不斷提高，切削機床的不斷涌現(xiàn)，刀具和工件材料的發(fā)展，推動了切削液的發(fā)展。隨著先進制造技術(shù)的深入發(fā)展和人們環(huán)境保護意識的加強，對切削液技術(shù)提出了新的要求，它將推動

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，對金屬不腐蝕，使用周期長。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)中或部分潤滑油漏入切削油中，都不致影響機床的使用性能。但礦物油由于不含潤滑添加劑，潤滑效果較差，承載能力較低，一般只適用于輕負荷

21、切削及易切削鋼材和有色金屬的加工。對于要求低溫流動性能好的切削油，可用聚烯烴等合成油，凝點可達-30℃以下，但價格昂貴。</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，對金屬表面有較強的吸附性能，具有良好的潤滑性能，其缺點是易氧化變質(zhì)，并在機床表面形成難于清洗的粘膜（即“黃袍”）

22、。</p><p>　?。?）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的腐蝕試驗中，銅片腐蝕在2級以下（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滑性能好，對有色金屬不腐蝕，使用方便，被廣泛用于多種切削加工。</p><p>　?。?）活性極壓切削油由礦物油+反應(yīng)性強的硫系極壓添

23、加劑配制而成。這類切削油對銅片的腐蝕為3-4級，對有色金屬有嚴重腐蝕。它有良好的抗燒結(jié)性能和極壓潤滑性，可以提高高溫條件下刀具使用壽命，對刀具積屑瘤有強的控制能力，多用于容易啃刀的材料和難加工材料的切削。</p><p>　?。?）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)生物理吸附和化學吸附，形成一個分子膜吸附層，可降低切削時的摩擦阻力，但這類添加劑只在

24、較低的溫度時才有效，當溫度高于200℃，極性化合物產(chǎn)生解吸和分解而失去潤滑作用，這時，需要極壓添加劑發(fā)揮作用。同時，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熱系數(shù)打，冷卻、潤滑和防銹性能好等優(yōu)點，因而發(fā)展

25、迅速，在機械加工工業(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)點是：使用壽命長；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床滑動部件上的

26、潤滑油，造成滑動不靈活，潤滑性能相對差些。</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，有彌補了兩者的不足，是切削液的發(fā)展趨勢。</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>　?。?）是切削和灰末從切削區(qū)域沖走；</p><p>　?。?）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滑、冷卻、清洗、防銹四個主要作用[11]。 </p><p>　?。?）潤滑作用：當代的切削機床，向著程控化、自動化、加工中心的方向發(fā)展。機械加工要求高精度、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，占用的工時很多，因之提高生產(chǎn)率的一個切實可行的重要途徑，是盡量延長刀具的使用壽命，減少機床調(diào)整時間。切削液的潤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，形成潤滑膜而產(chǎn)生的，這種潤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、對流、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>　?。?）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，同時使工件和機床變臟，不易清洗所以切削液必須具有良好的清洗作用，對于油基切削液，粘度越低，

31、清洗能力越強，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)量和延長使用周期。</p><p>　　（4）防銹作用：為了使加工件、機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，在我國對于很多行業(yè)（如軸承和儀表等）和一些地區(qū)（潮濕地區(qū)）來說，是一項十分重要的指

33、標。</p><p>　　切削液的作用機理比較復(fù)雜，潤滑、冷卻、清洗、防銹四個作用并不是孤立的，它們有統(tǒng)一的一面，又有對立的一面，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</p><p>　　機械工業(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，除了使用時會對操作人員的身體健康構(gòu)成危害外，廢液的排放也會對環(huán)境造成嚴重污染。隨著現(xiàn)在機械制造業(yè)的快速發(fā)展，切削技術(shù)和切削工藝的不斷創(chuàng)新，對機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)品的份額增長趨勢更為明顯。在美國和歐洲發(fā)達國家，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、仍相對落后，市場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)學界所公認的致癌物質(zhì)，磷酸鈉的積累會使河流、湖泊因營養(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，我國有關(guān)文獻[18]報導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)境保護和人類健康日益成為全社會關(guān)注的焦點，切削液的健康和環(huán)保問題成為切削液領(lǐng)域的研究熱點和重點。為了適應(yīng)社會發(fā)展的要求，現(xiàn)代切削液的發(fā)展出現(xiàn)了新的趨勢：</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)良且對人體無害和對環(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</p><p>　　1.3.1 課題研究目標</p><p>　　目前，國內(nèi)線切割機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，易對人體造成傷害。此外，該類切削液使用壽命短，廢液的排放對環(huán)境造成極大的污染。為保護環(huán)境而加強的規(guī)定，使得切削液的設(shè)備、管理和廢液處理等的總成本費用上升，因而直接促使生產(chǎn)加工費用的上升。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、清洗和潤滑性能，不含亞硝酸鈉和氯、硫、磷元素等，用于線切割、機床冷卻等的新型環(huán)保型切削液。該切削液不僅應(yīng)具有最佳的性能，而且對人體無危害，對環(huán)境無污染，符合國家環(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 課題的研究內(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，對添加劑的選擇和用量是整個課題的研究關(guān)鍵，其具體的研究內(nèi)容包括：</p><p>　　切削液的配方的研究,主要包括對主要添加劑的選擇。</p><p>　　用正交法研究不同分量的藥品對切削液性能的影響。</p><p>　　所配制的切削液的pH值、

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

43、，其中試驗用水為實驗室自制去離子水。</p><p><b>　　表2-1 試驗試劑</b></p><p><b>　　試驗儀器及設(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，電導率儀等。</p><

44、p>　　2.2 總體設(shè)計方案</p><p>　　為滿足切削液潤滑、防銹、冷卻、清洗性能，同時使切削液配制工藝簡單、性能穩(wěn)定、節(jié)約原材料成本，需對切削液的添加劑進行合理的配制，找出最佳的組分用量。本章的實驗方案如下：</p><p>　　進行試探性試驗，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定它們的pH、粘度、電導率同時進行分析二者的不同之處。</p><p>　　根據(jù)對最初切削液配發(fā)的研究，運用正交實驗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，進行調(diào)整，再用正交實驗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 實驗原料配比的確定</p><p>　　2.3.1 主要試劑的用量的確定</p><p>　　根據(jù)參考文獻[18]，采用20#機油作為實驗的基礎(chǔ)油。基礎(chǔ)油主要起潤滑作用，同時也是油溶性添加劑、表面活性劑等的載體。首先用單因素實驗法確定油酸與吐溫-80的最佳反應(yīng)配比，方法為按表2-2所示的配方進行實驗。</p>&l

47、t;p>　　表2-2 單因素實驗配方</p><p>　　從表2-2中得出，2ml的油酸與3ml的吐溫-80反應(yīng)時，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.實驗方法</b></p><p>　　采用L9（34）正交實驗方案，將油酸、吐溫-80、C三乙醇胺三個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)行對比，然后向各組切削液以及等量的試樣切削液加入100ml水進行pH、粘度、電導率的對比。</p><p><b>　　2.基本操作</b&

49、gt;</p><p>　　用50ml的燒杯取機油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.檢測性能</b></p><p&

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

52、實驗使用的是pH試紙法。這種方法雖然精度較差，但操作簡單，更適于現(xiàn)場應(yīng)用。具體操作如下：</p><p>　　用玻璃棒分別蘸取加了水后的實驗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比，確定出其pH值。</p><p><b>　?、普扯?lt;/b></p><p>　　切削液的潤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>　　實驗所使用的測粘度的方法為粗略檢測，誤差較大，具體的操作為：</p><p>　　取1個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開始計時，直到水滴完的那一刻停止計時，記下所用的時間,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驗切

54、削液與樣品切削液10ml，重復(fù)1）中的實驗步驟，記下滴完所用的時間，重復(fù)實驗三次，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>　　（2-1）</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間。1為水的粘度，t1為水滴完移液管所用的時間，而2為所求溶液的粘度。</p><p><b>　?、请妼?lt;/b></p><p>　　由于切削液在使用過程中不斷補充水分所引發(fā)的礦物質(zhì)累積，以及外界雜質(zhì)的引入，會導致切削液電導率不斷上升。當電導率上升至一定的階段，切削液會出現(xiàn)析皂分層現(xiàn)象，使加工能力迅速下降。因此，電導率也

56、是衡量切削液好壞的一項重要指標。</p><p>　　通常檢測切削液電導率采用電導率儀。具體操作為：</p><p>　　用電導率儀分別測出加了水后的實驗切削液與樣品切削液的電導率，并相對比，看實驗制備的切削液是否達標。</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)上以及大量實驗的基礎(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），通過對各成分的分析，制定了實驗因素水平表（見表2-5）</p><p>　　1）實驗方法：該實驗包括3個因素三水平，根據(jù)正交實驗規(guī)律，選用L9（34）正交實驗方案，將表2-5所示的A（油酸）、B(三乙醇胺)、C(OP乳化劑)三個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、實驗。每個實驗除了A、B、C三個量為變量外，其他原料的用量均相等：即10ml的機油為實驗所用的基礎(chǔ)油，0.15g碳酸鈉進行調(diào)節(jié)pH。從實驗中可確定出三個因素的最佳實驗比，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的燒杯取機油10ml,按照表2-4所示的實驗數(shù)據(jù)依次用5ml量筒量取相對應(yīng)的油酸、

59、三乙醇胺的反應(yīng)量加入機油中，用玻璃棒攪拌均勻；</p><p>　　用5ml的量筒量取表2-4所示的對應(yīng)的OP乳化劑的反應(yīng)量，倒入另外一個燒杯中，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，對所配制的兩種液體進行性能分析，最終確定新型切削液的最終配方</p><p>　　第三章 實驗結(jié)果與分析</p><p>　　3.1 實驗原料的分析<

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可提高其潤滑性，但其缺點是造價較高，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?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>　　防銹性是評價金屬切削液性能好壞的一項重要指標，所添加的防銹劑應(yīng)是一種極性很強的化合物，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)特點是：一端是極性很強的基團，具有親水

64、性；另一端是非極性的烷基，具有疏水性。當含有防銹劑的溶液與金屬接觸時，防銹劑分子中的極性基團對金屬表面有很強的吸附性，并在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護層，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬接觸，起到防銹作用。防銹劑還對水及一些腐蝕物質(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)對金屬的腐蝕。此外，堿性防銹劑對酸性物質(zhì)還有中和作用，可使金屬免受酸的腐蝕[19]。</p><p>　　一般認為防銹劑性能與有機分子

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

66、們已逐漸認識到它對人體有致癌的可能性。鉻酸鹽、重鉻酸鹽對鋼鐵也具有良好的防銹作用，但是有毒、會污染環(huán)境，它們的使用均受到限制。磷酸鹽類防銹劑會污染環(huán)境，因此其使用也受到限制。經(jīng)過篩選，有機羧酸與醇胺類物質(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、多功能防銹潤滑添加劑。由于單獨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防銹劑與碳酸鈉、硼砂、苯甲酸鈉等無機防銹劑復(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，又有潤滑性，且能溶于水，并性能穩(wěn)定的化學物質(zhì)進行復(fù)配。</p><p>　　本實驗中采用油酸與三乙醇胺、碳酸鈉復(fù)配為防銹劑，

68、此時復(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，即對操作人員沒有傷害，也便于后續(xù)切削液的處理，對環(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、潤濕、殺菌和防腐蝕等作用。然而，表面活性劑用量過多，又會使泡沫增多，影響切削加工的能見度，過量泡沫甚至會影響正常使用。</p><p>　　微乳化切削液中分散相的高度細化和體系的穩(wěn)定性是依靠表面活性劑的潤濕、分散、乳化、增溶等作用實現(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是乳化性能好，并有一定的清洗和潤滑性能，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（醚基和羥基）構(gòu)成，不易受強電解質(zhì)無機酸鹽類的影響，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，在實驗中使用的是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，這兩類藥品價格適宜，容易購買，從根本上降低了切削液的成本。</p><p>　　3.1.4 潤滑劑和極壓潤滑劑的合成與選用</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、流體潤滑摩擦和邊界潤滑摩擦三大類。大多數(shù)難加工金屬材料的加工處于極壓潤滑狀態(tài)，此時油性添加劑在摩擦表面形成的潤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滑膜。這層潤滑膜是極壓添加劑在高溫高壓下進入切削、工件與刀具界面之間與金屬發(fā)生化學反應(yīng)所生成的氯化鐵、硫化鐵等化學吸附膜，它可使邊界潤滑層具有良好的潤滑性[21]。</p><p>　　在極壓潤滑狀態(tài)下，切削液中必須添加極壓添加劑，以維持

74、潤滑膜強度。常用的極壓添加劑為含硫、磷、氯、碘、硼等的有機化合物，它們可在高溫下與金屬表面發(fā)生化學反應(yīng)而生成化學吸附膜，它比物理吸附膜的熔點高得多，可防止極壓潤滑狀態(tài)下金屬摩擦界面的直接接觸，起到減小摩擦、保持潤滑的作用。</p><p>　　可作為水溶性潤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，必須同時添加幾種物質(zhì)進行復(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，勢必給配方的確定造成困難。所以，本實驗在選擇防銹劑的時候，就考慮了其也具有優(yōu)良的潤滑性等其他功能。研究表明[22]，油酸三乙醇胺除具有防銹性和潤滑性能外，還是一種表面活性劑，具有良好的滲透性和浸潤性，有助于進入高溫高壓下的加工面，形成極壓潤滑膜。</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。而在本實驗中只添加了pH調(diào)整劑。</p><p>　　切削液的pH值應(yīng)保持在8~10之間，pH值過低易滋生細菌霉變，pH值過高腐蝕嚴重。本實驗中采用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，實驗中切削液調(diào)節(jié)pH時主要是改變NaOH的量，又因為Na

77、OH為強堿，所以在實驗中每次添加NaOH時應(yīng)注意用量，切勿添加過多導致pH值過大。</p><p>　　3.1.6 最初切削液配方的確定</p><p>　　從實驗中發(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，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，同時取19ml等量的工廠提供的切削液進行性能的比較。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，流動性強。同時向這兩種切削液加入100ml水，攪拌至均勻后對比兩種切削液的性能（見表3-2）。</p><p>　　表3-2 兩種切削液的對比</p><p>　　在表3

79、-2中，時間表示液體滴完移液管所需要的時間，在實驗中水滴完移液管所使用的時間為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，加水后實驗中配置的切削液呈乳白色，靜置一段時間后發(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致的。從pH這個方面看，實驗配制的切削液使pH試紙變?yōu)闇\黃色，對照pH顯色卡，此時的pH大約在6左右，而試樣切削液使pH試紙顯淺綠色，對照pH顯色卡試樣切削液的pH為7~8之間，因此實驗配制的切削液的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，說明此時的配方還不能達到標準水平，還需對各成分進行詳細配比試驗。</

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)的實驗最佳配比。實驗中采用的是L4（23）正交實驗方案，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所示的九組三個主要成分的用量數(shù)據(jù)，即按表3-4的配方進行配制切削液并對配好的切削液進行粘度、電導率的測定，并對所測得的粘度、電導

82、率進行極差分析，從而確定出最佳的切削液的配方。在進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 正交實驗因素水平表</p><p>　　表3-4 正交試驗結(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的大小順序為：粘度：A＞B＞C；電導率：A＞C＞B；由此推出的最佳方案為：</p><p><b>　　粘度：A1B1C2</b></p><p>　　電導率：A1B3C3</p><p>　　綜合平衡確定最優(yōu)工藝條件</p><p>　　以上三指標單獨分析出的

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>　　對于因素A，從圖3-1中看其對粘度影響大小排第一位，此時選A1；其對電導率的影響也排第一位，此時A的最佳方案為A1；</p><p>　　對于因素B，從圖3-1中得出，其對粘度的影響大小排第二位，此時選B1，而其對電導率的影響最小，此時選B3，根據(jù)正交試驗的原則，B的最佳方案為B1。</p>

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

86、#183;s、1.079ms/cm。分別將九組實驗的粘度、電導率與試樣切削液的粘度、電導率進行對比，相比較之下只有方案6與之相近（粘度為0.978×10-3μ/Pa·s，電導率為1.075 ms/cm）。</p><p>　　對切削液的分析除了有粘度和電導率，還應(yīng)考慮切削液的外觀形態(tài)以及所對應(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組實驗的加水前的外觀形態(tài)與試樣均存在著差異，并且從實驗中來看，所配制的切削液太稠、流動性差，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，并且靜置一段時間后發(fā)現(xiàn)頁面上均有油層浮現(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致的。

88、</p><p>　　圖3-1 表3-4趨勢圖</p><p><b>　　pH</b></p><p>　　從表3-5中看出，只有實驗編號為1、2、3、6、7、9的pH與試樣的接近，此時pH試紙顯綠色。其他實驗均使pH試紙呈黃色。對照pH比色卡看，試紙呈黃色的pH約為5~6，此時的pH值過低，則會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。</p><p>　　表3-5 正交實驗外觀分析</p><p>　　綜上所述，實驗編號為6的切削液與工廠提供的切削液的各項性能最為接近，因此實驗6為最佳實驗方案，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、潤滑、冷卻的性能。但這個配方有個缺點，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。并且因為吐溫-80的價格較高，在實際投入生產(chǎn)中一方面會增加切削液的成本，另一方面不環(huán)保，不好進一步回收。因此，需在配方6的基礎(chǔ)上進行切削液的穩(wěn)定、環(huán)保兩方面的改善。</p><p>　　表3-6 最佳實驗配方組成</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>　　在實驗配方6的基礎(chǔ)上進行分析，幾種試劑對比，從環(huán)保的角度來看，只有吐溫-80對環(huán)境有影響，從成本方面來看，吐溫-80的造價較高，使用量過大會增加切削液的成本。因此，選擇去掉吐溫-80。此時配方中主要的試劑為油酸、三乙醇胺、OP乳化劑，同樣用正交實驗法，選用L9（34）正交實驗方案來確定其反應(yīng)的最佳

92、配比。首先確定實驗因素及水平見表3-7，然后按照表3-8的實驗數(shù)據(jù)進行9組實驗。</p><p>　　表3-7實驗因素水平表</p><p>　　表3-8正交實驗數(shù)據(jù)</p><p>　　但在實驗配置的過程中發(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，主要對第九組的實驗配方配置的切削液進行研究，此時新型切削液中油酸、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，此時對新型切削液與提供的樣品切削液進行對比實驗，主要看二者的外觀、pH、粘度、電導率的差別。</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性較強的液體，加入水

95、后仍然為乳白色液體，且靜置一段時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符合標準。這主要是靠增加堿性物質(zhì)—氫氧化鈉來提高切削液的pH值。另外，氫氧化鈉為強堿性藥品，因此在實驗中以0

96、.01g為單位來改變切削液的pH值。從大量的實驗中得出，添加0.30g的氫氧化鈉時新型切削液的pH值剛好在7~8之間，符合切削液的pH值的標準。</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間與試樣切削液所用的時間相差不到一秒，算出的切削液的粘度也基本相等，故其粘度也符合標準。說明各組分反應(yīng)充分，均達到了最佳配

97、比，也從另一方面可看出新型切削液具有良好的潤滑性能和流動性。</p><p><b>　　電導率</b></p><p>　　用電導率儀測得的新型切削液的電導率要比試樣的電導率大，但二者相差較大，但在機床上應(yīng)用的時候發(fā)現(xiàn)電導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，新型切削液各項性能都達到切削液的規(guī)定標準，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，因此具有良好的潤滑性能，雖然電導率相比之下較大，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禮拜。一個禮拜過后，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，不會發(fā)生質(zhì)變。</p><p>　　將配置好的1000ml切削液在幾個工廠的線切割機上進行試用，在使用中發(fā)現(xiàn)其具有很好的潤滑、防銹、冷卻的作用,而且切削性能要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的切削液。另外市場上銷售的相同性能的切削液相比新型切削液的價格更便宜，受到了工廠的歡迎。因此，新型切削液具有很好地市場前景。</p><p>　　本課題通過科學系統(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)射與金屬變形時的電子逸出功有關(guān)。造成金屬塑性變形的機械作用，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到瞬時冷卻作用，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吸附，防銹劑的極性端對金屬表面有將強吸附能力，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，該有機化合物防銹劑含有氮等元素，它們在金屬表面除在陰極區(qū)作物理吸附外，還進行著化學吸附。化學吸附在陽極區(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作用，有些甚至可產(chǎn)生反作用，這是因為切削液中有多種表面活性劑、防銹劑等極性分子，它們的極性不同，對金屬表面的吸附能力也不同，有些分子吸附能力較強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但非極性基成膜很密（如防銹劑）。只有對這些極性分子的極性基和非極性基進行適當?shù)钠胶?，使極性基能

104、牢固吸附在金屬表面，它們才會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>　　潤滑作用</b></p><p>　　在潤滑理論中，把潤滑分為流體動力潤滑和邊界潤滑。即作相對運動的兩個金屬表面完全被潤滑劑隔開，沒有金屬間的直接接觸，其摩擦阻力僅依賴于潤滑劑的粘性，摩擦面的接觸壓較小，

105、且有較高的滑動速度，這種潤滑狀態(tài)為流體動力潤滑。隨著負荷的繼續(xù)增加，金屬表面的潤滑劑膜逐漸減薄，當負荷增加到一定程度，連續(xù)的潤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，同時產(chǎn)生大量的熱，這種潤滑狀態(tài)稱為邊界潤滑。</p><p>　　在切削過程中，磨具-切削-工件之間的潤滑就屬于邊界潤滑。由于壓力，三者間摩擦導致迅速磨損磨具。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滑劑，就可有效地防止三者之間的干摩擦，從而獲得保護工件和磨具，延長磨具的使用壽命，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極性基團，可與金屬表面產(chǎn)生強烈的吸附作用并發(fā)生化學反應(yīng)，形成較牢固的物理吸附膜和化學反應(yīng)膜。該膜層具有一定承載能力，能夠達到減摩抗磨作用。從而提高了新型切削液的摩擦學性能。</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，對人體無毒害、無刺激性氣味、不腐蝕機床、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，并具有一定的潤滑性。在工廠的機床上進行試用的時候，也未出現(xiàn)對操作人員有危害的現(xiàn)象，并且對切削液的后續(xù)處理也較簡單，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便宜，購買方便，細估算一下，新型切削液的成本為7元/桶，而從市場上得知切削液的普遍價格為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 實驗結(jié)論</b></p><p>　　本課題查閱了大量的文獻資料，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)本課題的