水性金屬加工液更換的評判依據(jù)

溫卓++姜峰++金輝

摘要：文章詳細(xì)介紹切削液在使用過程中，各項監(jiān)控指標(biāo)的含義及使用者如何判斷是否需要更換水性切削液，為最終用戶指導(dǎo)生產(chǎn)提供了技術(shù)依據(jù)。由于各個用戶的情況不一，對應(yīng)于切削液的要求也不盡相同，不能照搬潤滑油公司或其他客戶的做法。因此，用戶通過學(xué)習(xí)理解日常的檢測項目，建立適合自己的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，才是滿足生產(chǎn)要求，降低生產(chǎn)成本，節(jié)能減排的最佳途徑。

關(guān)鍵詞：水性金屬加工液； 監(jiān)控指標(biāo)；更換；節(jié)能減排

中圖分類號：TE626.39文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

在目前的機(jī)械加工生產(chǎn)中，機(jī)床有的為干式加工，有的采用微量潤滑（MQL），也有的用油性產(chǎn)品，但大部分機(jī)床使用水性加工液，水性金屬加工液包含：切削液、清洗劑、淬火液、成型液等等。而水性切削液是使用量最大，涉及面最廣的產(chǎn)品，是本文討論的重點。而其他的水性產(chǎn)品，諸如淬火液、清洗劑等，也可以參考或部分參考這些檢測項目。

眾所周知，水性產(chǎn)品在使用過程中，會產(chǎn)生有異味、壽命短、容易變質(zhì)、廢水排放量大等諸多問題。但由于成本低廉，冷卻性能優(yōu)異，操作環(huán)境良好而仍然是機(jī)械加工的首選。由于切削液的生產(chǎn)目前沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家良莠不齊，對切削液日常管理也無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法，因此有很多用戶糾結(jié)于怎么監(jiān)控切削液，如何延長使用壽命，如何判斷切削液是否需要更換。本文將逐一介紹水性切削液日常監(jiān)控指標(biāo)及各項指標(biāo)的含義，為最終客戶提供生產(chǎn)依據(jù)。

切削液的測試內(nèi)容有很多項指標(biāo)，其中大部分是針對特殊情況的分析方法。而作為在用液日常檢驗，行業(yè)內(nèi)一般采用如下的監(jiān)控指標(biāo)：

表1切削液的日常監(jiān)控指標(biāo)

項目方法范圍外觀目測pH8.5～9.5BS 1647折光濃度，%工藝要求LAM 05滴定濃度，%工藝要求LAM 06游離油，%≤2LAM 27總硬度/ppm≤500LAM 26電導(dǎo)率/ms·cm≤5LAM 07氯含量/μg·g-1≤200LAM 04細(xì)菌真菌/mL0LAM 02注：LAM為企業(yè)實驗室分析方法。

1外觀

水性切削液根據(jù)礦物油含量的不同，在業(yè)內(nèi)普遍分為三種，乳化液、半合成和全合成三類。前兩者含有5%～70%的礦物油。而全合成切削液，原液不含有礦物油。這兩種產(chǎn)品外觀有很大區(qū)別。乳化液及半合成產(chǎn)品配制好后，呈牛奶狀乳白色或淺黃色液體，而全合成切削液配制好后，是無色透明的。隨著科技的進(jìn)步，向切削液內(nèi)添加染料的做法已經(jīng)被淘汰，因此客戶如果買到有其他顏色的切削液，請咨詢供應(yīng)商相關(guān)原因，是否添加了染料，及添加的染料信息。

（1）外觀是重要的監(jiān)控指標(biāo)，需要每天監(jiān)控、記錄。

（2）外觀監(jiān)控包括：切削液顏色、氣味、切削液狀態(tài)，是否有泡沫等異常情況。

（3）隨著切削液的使用，切削液外觀會逐漸變化，一般新配制的乳化液是白色乳狀，由于在生產(chǎn)中混入了很多雜油和其他雜質(zhì)，導(dǎo)致顏色變成淺黃色，全合成切削液變模糊。但這些微觀變化不影響使用。如果顏色發(fā)生了很大的變化，比如變成棕色或者灰色，則說明切削液內(nèi)混入雜質(zhì)過量，或者滋生了大量細(xì)菌。因此需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行管理。

（4）切削液基本都含有乳化劑，因此在運行過程中肯定會產(chǎn)生泡沫。適量的泡沫是可以接受的，但如果溢出或者出現(xiàn)長期不能消失的泡沫，需要聯(lián)系供應(yīng)商解決。

（5）如果切削液出現(xiàn)了很大的刺激性氣味，說明已經(jīng)滋生大量細(xì)菌，需要及時處理，否則會導(dǎo)致切削液報廢、工件生銹，因此發(fā)現(xiàn)異味需及時處理。

盡管單一憑借外觀，無法做出切削液是否需要更換的決定，但外觀無疑是一項重要的日常監(jiān)控指標(biāo)。

2pH值

pH值是監(jiān)控切削液一項非常重要的指標(biāo)，因為切削液原液內(nèi)都含有很多堿儲備，用于抵御細(xì)菌等微生物的侵蝕。一旦pH過低，意味著堿儲備不足，pH值將快速下降，細(xì)菌同時大量繁殖。由于細(xì)菌在pH值高于8.5時，繁殖很緩慢，因此，日?？刂品秶鸀?.5～9.5。而過高的pH會導(dǎo)致皮膚腐蝕。

（1） pH值需要每天監(jiān)控、記錄，建議采用精密試紙（6.5～10范圍）或精確到小數(shù)點后兩位的pH測試儀。廣泛試紙是不可接受的，也是無效的。

（2）良好的切削液管理，pH值基本穩(wěn)定不變。一旦出現(xiàn)大幅下降，很可能是滋生細(xì)菌（因為細(xì)菌在繁殖過程中釋放酸性物質(zhì)，消耗堿性物質(zhì)）。

（3）一旦pH值低于8.5，也不意味著切削液必須更換，完全可以通過添加原液，或者pH提高劑來提升pH值到正常穩(wěn)定值。注意pH值提高劑必須與現(xiàn)用的切削液兼容，否則會導(dǎo)致事倍功半，甚至切削液不穩(wěn)定，出現(xiàn)破乳等極端情況。

（4）好的pH提高劑或者pH穩(wěn)定劑應(yīng)該是長效緩釋，而且安全環(huán)保的，切記不能濫用強(qiáng)堿性物質(zhì)，以免出現(xiàn)操作人員皮膚過敏、腐蝕等風(fēng)險。

（5）有少量切削液考慮與加工金屬的兼容性，pH值為中性。因此初始的pH值就是7.5～8.5。這類產(chǎn)品的抑菌并不是靠堿儲備。但穩(wěn)定的pH值仍然是關(guān)鍵指標(biāo)。

（6）冰凍三尺非一日之寒，pH值也不是很快就會降低到8.5以下。只要保持日常監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，就能保證pH值在正常范圍。

3折光濃度

折光濃度的測量是依據(jù)水和油對光折射的不同，觀察含油量，折算成濃度值。對于新配制的切削液，折光濃度是很準(zhǔn)確的。但隨著切削液內(nèi)進(jìn)入雜油，折光儀的界面慢慢模糊?；烊霗C(jī)床的液壓油、導(dǎo)軌油、齒輪油、淬火油、防銹油等，都會使測量值較實際值偏高。

（1）折光濃度測量方便，是衡量切削液含量的主要指標(biāo)，需每天監(jiān)控、記錄。

（2）折光濃度在測量前需要用配制切削液的水來校正折光儀。

（3）折光濃度過低，需要立即添加原液，否則容易出現(xiàn)加工工件不良、切削液變質(zhì)等嚴(yán)重后果。

（4）由于雜油對測量結(jié)果的干擾，因此建議在夏季將折光濃度的控制上限提高1%～2%。

4滴定濃度

因為折光濃度有較大的測量誤差，所以滴定濃度不失為一種更準(zhǔn)確的分析方法，原理是利用鹽酸滴定切削液內(nèi)堿性物質(zhì)，直至pH值到4。利用消耗鹽酸量計算切削液的濃度。

（1）切削液滴定濃度需要有實驗室，有條件的用戶可以保證每天測量，否則建議每周測量一次。

（2）向切削液內(nèi)添加pH提高劑等物質(zhì)，會影響滴定濃度，導(dǎo)致測量值偏高。

（3）過高的總硬度，也會使滴定測量值偏高。

（4）基于以上的原因，同一樣品，折光濃度和滴定濃度會有一定的誤差。

5游離油

游離油的含義為切削液無法吸收，而游離出來的雜油。測量方法很簡單，將均勻的切削液倒入100 mL量筒中，靜止24 h，然后觀察量筒中雜油的液面高度，建議不超過2%。

（1）正常切削液內(nèi)都會含有過量的乳化劑，因此會吸收一部分外來油，但如果雜油過多，則無法吸收，游離出來。過量的游離油覆蓋在液體表面，隔絕空氣，為厭氧菌的繁殖提供良好的環(huán)境。因此建議定期撇油，每周測量一次游離油含量。

（2）過量的游離油會消耗大量乳化劑，導(dǎo)致配方的不平衡，易出現(xiàn)油水分離的情況，也就是破乳。因此需及時處理。

（3）采用有效的撇油器和使用濾紙過濾，是去除游離油的最好辦法。

6總硬度

總硬度，含義是切削液內(nèi)總的鈣鎂離子含量，目前可以方便的用試紙測定，也可采用滴定方法測量。

（1）由于水中的鈣鎂離子會和陰離子型表面活性劑發(fā)生反應(yīng)，生成有機(jī)鈣，形成皂化物，堵塞濾芯等過濾系統(tǒng)。過硬的水會消耗大量的乳化劑，導(dǎo)致切削液直接破乳。因此建議每周必須測量一次，控制總硬度低于500 ppm。

（2）在機(jī)加過程中，切削液噴濺到加工部位，水分蒸發(fā)，而水中的鈣鎂離子不斷累積。因此，切削液的總硬度不斷升高。

（3）抗硬水能力是衡量切削液穩(wěn)定性能的重要指標(biāo)，目前質(zhì)量好的切削液能夠達(dá)到在1500 ppm以上穩(wěn)定，無皂化物和分層。但如此高的硬度，殘留在工件表面的切削液水分蒸發(fā)后，會有很多固體殘留，影響加工工件的表面質(zhì)量。因此日常添加去離子水或軟化水是最好的控制硬度過高和延長切削液壽命的辦法。

（4）目前還沒有降低切削液總硬度的辦法，而當(dāng)使用時間長后，硬度達(dá)到上限值，切削液也會變得不穩(wěn)定，所以即使其他的指標(biāo)正常，也要考慮換液。

（5）供應(yīng)商給出的500 ppm上限值可以作為參考。如果在此硬度下，切削液穩(wěn)定，而加工的工件也符合生產(chǎn)要求，則可以適當(dāng)提高控制范圍。但前提是充分評估此切削液的抗硬水能力。

7電導(dǎo)率

純凈水不導(dǎo)電，新配制的切削液導(dǎo)電率在1～2 ms/cm，而切削液的電導(dǎo)率控制范圍為<5 ms/cm。電導(dǎo)率需要每周測量一次。

（1）電導(dǎo)率衡量了切削液系統(tǒng)內(nèi)離子含量的多少，電導(dǎo)率越高，說明切削液雜質(zhì)越多。

（2）日常添加采用去離子水或軟化水，會有效降低電導(dǎo)率的升高。

（3）過高的電導(dǎo)率，會導(dǎo)致工件表面的殘留。不但影響表面光潔度，甚至出現(xiàn)工件銹蝕等問題。

（4）電導(dǎo)率過高對切削液的穩(wěn)定性能不會造成太大沖擊，但對工件的加工質(zhì)量及防銹周期會有很大影響。

8氯含量

眾所周知，氯元素能夠加速工件和設(shè)備的銹蝕，因此在機(jī)加過程中，需嚴(yán)格控制切削液中氯離子含量。供應(yīng)商給出的建議是<200 ppm。

（1）自來水是氯元素的主要來源，因此日常添加水需要用去離子水。

（2）當(dāng)氯含量高于200 ppm后，在夏季濕度很高的沿海地區(qū)，很容易導(dǎo)致工件生銹。但即使切削液氯含量很低，也不能靠切削液本身進(jìn)行防銹。超過一天的工序間防銹都需要利用防銹油或其他手段來實現(xiàn)。

（3）衡量切削液的防銹性能，也可以采用國際通用的鑄鐵屑防銹測試方法（IP287）。當(dāng)切削液的防銹性能達(dá)標(biāo)，則氯含量也可以適當(dāng)放寬。

9細(xì)菌/真菌含量

細(xì)菌真菌目前可以用菌板快速測量。由于細(xì)菌大量繁殖時會釋放酸性物質(zhì)，導(dǎo)致pH下降，同時伴有強(qiáng)烈異味。同時菌板價格較貴，檢測時間需要72 h。因此對切削液細(xì)菌的監(jiān)控，15～30 d為一個周期為宜。

（1）很多客戶談“菌”色變，認(rèn)為切削液生菌就需要換液了，其實細(xì)菌完全可以消滅。

（2）當(dāng)細(xì)菌含量低于105 mL時，完全可以通過添加原液，增加循環(huán)來控制細(xì)菌。當(dāng)細(xì)菌含量高于105 mL時，需要添加殺菌劑和原液。

（3）當(dāng)切削液出現(xiàn)細(xì)菌后，細(xì)菌會消耗油性成分，導(dǎo)致加入切削液原液后，濃度不上升，反而下降很快，就像一個甲亢病人永遠(yuǎn)吃不飽一樣。所以徹底消滅細(xì)菌，pH值穩(wěn)定后，才算系統(tǒng)穩(wěn)定。很多用戶發(fā)現(xiàn)加入很多殺菌劑和原液，pH值仍然未達(dá)到正常值，從而放棄殺菌，徹底換液，導(dǎo)致停工停產(chǎn)，增加了換液成本和廢水排放。

（4）目前市場上有堿性長效殺菌劑，如嗎啉類、三嗪類等，殺菌效果緩慢，持續(xù)時間長，適宜作為系統(tǒng)穩(wěn)定劑，如果滋生大量細(xì)菌，需要大劑量添加。而異噻唑啉酮類的殺菌劑多為酸性殺菌劑，為廣譜殺菌，對真菌和細(xì)菌均有良好的殺菌效果。藥效時間只有8 h。當(dāng)添加此類殺菌劑后，pH值會略微下降，需要添加大量原液和pH提高劑，將pH提高到新配制液的正常水平，濃度提高至正常控制范圍的上限。同時監(jiān)控pH值變化，如果不繼續(xù)下降，則細(xì)菌徹底被消滅。

（5）細(xì)菌都有抗藥性，如果長期生菌，需要更換殺菌劑類型。

（6）防范勝于救災(zāi)，良好的日常管理，杜絕細(xì)菌滋生，是維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運行、節(jié)能減排的最好辦法。

10其他監(jiān)控指標(biāo)

切削液的分析項目還有很多，比如：防銹性能測試，潤滑性能測試，穩(wěn)定性試驗測試，元素含量分析，亞硝酸鹽含量測試等等，針對不同的客戶需求，可以采用對應(yīng)的分析方法，給客戶一個指導(dǎo)生產(chǎn)的理論依據(jù)，在此不一一贅述。

11結(jié)論

盡可能延長切削液的使用壽命，是降低生產(chǎn)成本，減少廢水排放，提高生產(chǎn)效率的最好辦法。通過科學(xué)管理，降低消耗，把每一滴金屬加工液都用到極致，是我們潤滑人一生的致力方向。

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