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      環(huán)保型切削液在軸承套圈磨削加工中的應(yīng)用分析

      2017-07-25 12:03:12王衛(wèi)東李海清楊泳烽
      軸承 2017年8期
      關(guān)鍵詞:切削液水基試片

      王衛(wèi)東,李海清,楊泳烽

      (1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 紹興 312000;2.浙江新昌皮爾軸承有限公司,浙江 新昌 312500)

      軸承套圈的材料主要是軸承鋼(GCr15等),一般通過車削、磨削等方式進(jìn)行加工,其加工精度直接影響軸承的傳動精度,在磨削加工過程中除了砂輪本身的修整條件及磨料的韌性、粒度、結(jié)合度、組織等特性外,金屬切削液對軸承套圈磨削加工質(zhì)量的影響也不可忽略。

      目前使用的切削液以油基和水基切削液為主:礦物油是油基切削液主要成分之一,其能長期滯留在水和土壤中且不易降解,破壞生態(tài)環(huán)境,在低溫焚燒處理時會產(chǎn)生有害物質(zhì);水基切削液主要以乳化液、微乳液和合成切削液等為主,普通水基切削液中含亞硝酸鹽、硫、磷、苯酚等有害元素的添加劑和防銹劑,排到河流中會出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象,同時,酚類和甲醛等殺菌劑也會對環(huán)境造成危害[1]。隨著環(huán)保法規(guī)的日益完善和人們環(huán)境意識的增強,切削液的使用和廢液處理備受關(guān)注[2]。因此,軸承生產(chǎn)企業(yè)對切削液提出了新的要求,選擇合適的環(huán)保型切削液進(jìn)行軸承的磨削加工成為備受關(guān)注的話題。

      環(huán)保型切削液使用無毒無害的溶劑和催化劑進(jìn)行合理的配比,在使用及后處理過程中對環(huán)境的污染降到最低。現(xiàn)研制一種環(huán)保型切削液,并通過與普通水基切削液進(jìn)行試驗對比,研究其極壓潤滑性、防銹防腐性、冷卻性及清洗性。

      1 切削液性能試驗

      1.1 切削液的配比

      普通水基切削液和環(huán)保型切削液的配比見表1。

      表1 2種切削液的配比

      1.2 試驗條件及方法

      1.2.1 摩擦性能試驗

      采用MRS-10A四球摩擦磨損試驗機(jī)進(jìn)行切削液的摩擦性能對比試驗,該試驗機(jī)可實現(xiàn)60~10 000 N的無級調(diào)速,摩擦力測試范圍為0~300 N,測試誤差為±3%,主軸轉(zhuǎn)速為1 000 r/min,測試載荷分別為200,400,600,800,1 000,1 200 N時的摩擦力。計算機(jī)實時讀取力傳感器的數(shù)值,然后計算在載荷作用30 s下的摩擦力平均值。

      1.2.2 防銹蝕性能試驗

      對2種切削液的防銹蝕性能分別進(jìn)行單片試驗,環(huán)保型切削液中復(fù)合有機(jī)硼酸酯的添加量為0.25%。試驗相對濕度約為95%,溫度為(60±2) ℃。試片尺寸50 mm×50 mm,厚度3~5 mm,試片經(jīng)打磨拋光處理后用汽油、酒精洗凈后吹干待用,在已經(jīng)處理好的試片上分別滴5滴2種切削液,各液滴之間保持一定的距離,然后把試片放入潤濕槽中的瓷板上,蓋好蓋子,在保持其他試驗條件不變的情況下,24 h后觀察試片的防銹緩蝕率;然后以24 h為起點進(jìn)行連續(xù)試驗,分別在24,28,36,48,60,72 h時觀察試片銹蝕情況[3]。

      1.2.3 防腐殺菌性能試驗

      利用Mikrocount Combi細(xì)菌測試片分別蘸取2種切削液,放置于30~35 ℃環(huán)境下進(jìn)行菌絲培養(yǎng),培養(yǎng)時間為72 h,然后取1環(huán)菌臺放入10 mL雙蒸水中通過振蕩處理后制片,菌絲顯微檢測采用CTR5000顯微鏡,用20倍目鏡和100倍物鏡放大2 000倍后觀察比較2種切削液菌絲顯微情況。

      1.2.4 工件表面質(zhì)量試驗

      分別用2種切削液磨削加工10個UC207軸承內(nèi)圈,利用Talysurf-i200粗糙度儀輪廓儀在室溫(20±2) ℃的環(huán)境下檢測試件的表面粗糙度Ra值。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 摩擦性能

      硼酸酯在水基切削液中是一種多功能環(huán)保型添加劑,油酸三乙醇胺、硼酸酯和硫脲的協(xié)同作用使切削液具有潤滑和防銹功能。磨削過程中切削液在工件和砂輪表面形成物理(或化學(xué))吸附膜,且滲入到砂輪與軸承表面形成沉積膜,在金屬表面附著并展開,在高壓、高溫與激烈的摩擦狀態(tài)下2種膜共同作用,減摩效果明顯,并顯示出極好的極壓潤滑性能,有利于防止或減少金屬表面的直接接觸,達(dá)到減少粘結(jié)的目的[4]。

      2種切削液測試載荷P與摩擦力F的對比如圖1所示。由圖可知,隨著測試載荷的增大,2種切削液的摩擦力均增加,但普通型水基切削液的摩擦力增幅較大,表明環(huán)保型切削液減摩效果更好。

      圖1 環(huán)保型切削液與普通水基切削液P-F對比

      2.2 防銹性能

      環(huán)保型切削液與普通水基切削液防銹性能見表2。

      表2 2種切削液防銹性能比較

      由表2可知:隨著時間的延長,普通切削液防銹性能明顯減弱;環(huán)保型切削液在24~36 h的測試結(jié)果均為A級,48 h后開始出現(xiàn)輕微銹蝕現(xiàn)象,說明其防銹性能逐漸減弱,此時普通切削液則已出現(xiàn)較明顯銹跡現(xiàn)象;環(huán)保型切削液在72 h后出現(xiàn)較明顯銹蝕,說明環(huán)保型切削液在長時間的持續(xù)工作下同樣能保持良好的防銹性能。

      2.3 防腐殺菌性能

      水基切削液在使用過程中具備微生物和菌類生長繁殖的條件,容易腐敗變質(zhì),需要添加防腐殺菌劑來抑制微生物以及菌類的生長。2種切削液的菌絲在顯微鏡下的組織如圖2所示。由圖可知,普通水基切削液的菌絲種類、大小和數(shù)量明顯高于環(huán)保型切削液,環(huán)保型切削液中的硼原子本身就具有殺菌作用,硼酸在醫(yī)藥行業(yè)常用作消毒劑,說明硼酸酯可使水基金屬切削液中微生物的繁殖能力下降,具有較強的防腐殺菌性能。此外,環(huán)保型切削液在不需要添加其他添加劑的情況下就可實現(xiàn)防腐殺菌的效果,節(jié)約了成本。

      圖2 2種切削液菌絲顯微圖(×2 000)

      2.4 工件表面質(zhì)量

      使用2種切削液加工的軸承內(nèi)圈的表面質(zhì)量檢測見表3。通過計算得到,普通水基切削液和環(huán)保型切削液加工試件的表面粗糙度Ra的算術(shù)平均值分別為0.821,0.684 μm,環(huán)保型切削液加工內(nèi)圈的表面粗糙度值比普通水基切削液的低,且試件表面經(jīng)酸洗后無燒傷和劃痕[5](圖3),利用環(huán)保型切削液磨削加工工件可有效提高工件表面質(zhì)量,其主要原因是環(huán)保型切削液潤滑、冷卻、清洗作用良好。

      表3 2種切削液下軸承內(nèi)圈表面粗糙度Ra

      圖3 2種切削液加工內(nèi)圈酸洗后的對比圖

      3 切削液的處理與排放

      目前,應(yīng)用較多的水基切削液的廢液處理方式主要有物理處理、化學(xué)處理、生物處理、燃燒處理。對于環(huán)保型切削液最為有效的處理方式之一是建立切削液回收再利用系統(tǒng),將每臺機(jī)床應(yīng)用后的切削液匯集到一起,通過過濾處理后經(jīng)管網(wǎng)再輸送到每臺機(jī)床進(jìn)行循環(huán)使用,對于含有切屑、磨粒等雜質(zhì)的切削液通過地溝或管道流回切削液廢液處理系統(tǒng)進(jìn)行再處理,廢液所含雜質(zhì)等進(jìn)行收集處理,環(huán)保型切削液的生物降解率可達(dá)90%~100%[6]。切削液在使用過程中應(yīng)通過指標(biāo)檢測與維護(hù),及時了解切削液的變化趨勢,保證加工的正常進(jìn)行,延長切削液的使用壽命。

      4 環(huán)保型切削液的使用成本及使用周期分析

      環(huán)保型切削液在使用過程中不僅應(yīng)具有良好的環(huán)保性能,使用成本也應(yīng)合理。分別在軸承內(nèi)磨1,2車間的軸承磨削生產(chǎn)線中使用普通水基切削液和環(huán)保型切削液,均采用切削液循環(huán)再利用系統(tǒng),通過廢液處理及切削液自身價格核算后發(fā)現(xiàn):使用環(huán)保型切削液生產(chǎn)線切削液的成本降低50%~60%。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),使用普通水基切削液的軸承內(nèi)磨1車間在1~4月和10~12月切削液微生物檢測后平均每2個月需要添加制劑一次,在5~9月切削液微生物檢測后平均每1個月需要添加制劑1次,每年更換1次切削液,廢液需要專門化處理;使用環(huán)保型切削液的軸承內(nèi)磨2車間通過監(jiān)測切削液微生物指標(biāo)后約每6個月需要添加制劑1次,2年更換1次切削液,且廢液可得到有效降解。所以,使用環(huán)保型切削液不僅降低對環(huán)境的污染,而且使用成本及使用周期均得到了改進(jìn)。

      5 結(jié)束語

      通過對比普通切削液與環(huán)保型水基切削液的使用性能可知,環(huán)保型水基切削液的潤滑、防銹性能良好,可以提高軸承內(nèi)、外圈的加工精度及表面質(zhì)量,降低使用成本,在廢液處理、使用周期及職業(yè)健康安全方面正朝著綠色方向發(fā)展。

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