水溶性切削液濃度的測定方法及應(yīng)用

＊劉建軍 張思舜 劉吉生 張景利

（聊城市非公有制企業(yè)服務(wù)中心 山東 252000）

切削液在機(jī)械加工過程中扮演著重要的角色，可以提供冷卻潤滑、清潔排屑和防腐蝕等功能。切削液濃度的控制是保持切削過程穩(wěn)定和加工質(zhì)量優(yōu)化的關(guān)鍵因素之一。本文將深入探討切削液濃度控制的方法、濃度過高或過低的影響及適當(dāng)?shù)那邢饕簼舛葘庸べ|(zhì)量的重要性。通過深入了解和實施切削液濃度的監(jiān)測與調(diào)整，我們可以更好地優(yōu)化切削過程，提高加工質(zhì)量和效率。

1.切削液性能測定方法

(1)pH值測定方法

①使用pH試紙或pH計測量pH值。將pH試紙浸入切削液中，待試紙上的顏色出現(xiàn)變化后與試紙上的顏色比對，可以確定切削液的pH值。這種方法簡便快捷，適用于一般的日常使用。

將pH電極插入切削液中，通過pH計測量電極所測得的電位值，進(jìn)而計算得到切削液的pH值。這種方法更加準(zhǔn)確和精確，適用于對溶液pH值要求較高的情況。

②根據(jù)pH值確定切削液濃度的范圍。通常情況下，水溶性切削液的pH值范圍通常在7～10之間，這是為了保證切削過程中液體的穩(wěn)定性和最佳的切削性能。切削液的濃度與其所含的添加劑和潤滑劑有關(guān)，例如冷卻劑、潤滑劑、抗菌劑等。

要確定切削液的濃度范圍，最好向切削液供應(yīng)商或生產(chǎn)廠家咨詢。他們會根據(jù)切削液的特性提供相應(yīng)的濃度要求和建議。此外，切削液的濃度也需要根據(jù)實際切削條件、切削材料和加工要求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化[1]。

(2)折光率測定方法

①使用折光儀測量切削液的折光率。使用折光儀進(jìn)行折光率測量時，首先，需要將切削液注入測量池中。然后，將儀器中的光源射向切削液中，通過測量出射光線與入射光線之間的角度變化或參考標(biāo)準(zhǔn)光線的偏移量，可以得到切削液的折光率。

折光率測定方法相對于pH值測定方法更加精確和準(zhǔn)確，尤其適用于需要更高精度的濃度測量要求。然而，它需要使用專用的折光儀設(shè)備，因此具備一定的設(shè)備要求和操作技巧。在實際應(yīng)用中，折光率測定方法常用于工業(yè)等領(lǐng)域?qū)η邢饕簼舛冗M(jìn)行精確控制和質(zhì)量檢測。

②利用折光率與濃度之間的關(guān)系確定切削液濃度。確定切削液濃度需要率先建立折光率與濃度之間的關(guān)系模型。這個模型可以通過對一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行折光率測量和濃度測量，然后使用擬合方法（如線性回歸或多項式擬合），可以用于根據(jù)已知數(shù)據(jù)擬合出一個數(shù)學(xué)模型，用來預(yù)測和估計未知數(shù)據(jù)。在切削液濃度測定中，擬合方法可以用于建立切削液濃度與測量方法的關(guān)系模型，從而通過測量結(jié)果推算出未知濃度切削液的濃度，來確定折光率與濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。一旦建立了折光率與濃度之間的關(guān)系模型，通過測量未知濃度的切削液的折光率，可以利用該模型來推算出其濃度。這種方法可以在實際生產(chǎn)中用于快速測量切削液濃度，并進(jìn)行調(diào)整和控制，以保證切削液的工藝性能和穩(wěn)定性。

不同類型的切削液和添加劑可能具有不同的折光率-濃度關(guān)系。因此，在使用該方法時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)和驗證。同時，對于特殊要求的切削工藝，可能需要進(jìn)一步研究和優(yōu)化折光率測定方法以提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

(3)密度測定方法

①使用密度計測量切削液的密度。使用密度計測量切削液的密度是一種常用的方法，通過密度值可以間接推算切削液的濃度。在使用密度計進(jìn)行測量時，首先，需要將切削液樣品倒入密度計的測量腔中。然后，密度計將通過測量樣品的質(zhì)量和相應(yīng)的體積，計算出切削液的密度值。一些現(xiàn)代化的密度計甚至可以直接顯示切削液的濃度。通過測量切削液的密度，我們可以了解其濃度。使用密度計測量切削液的密度相對簡便，而且可以提供相對準(zhǔn)確的濃度信息。然而，需要注意的是，密度與切削液的成分和溫度也有關(guān)系，因此在進(jìn)行測量時需要注意遵循標(biāo)定要求和溫度校正，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，密度計的選擇和操作也需要根據(jù)實際需求和樣品的特性進(jìn)行選擇和調(diào)整。

②利用密度與濃度之間的關(guān)系確定切削液濃度。確定切削液濃度需要建立密度與濃度之間的關(guān)系模型。這個模型可以在考慮其他因素，如溫度和壓力的情況下，通過對一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行密度測量和濃度測量，然后使用擬合方法（如線性回歸或多項式擬合）來確定密度與濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。一旦建立了密度與濃度之間的關(guān)系模型，通過測量未知濃度的切削液的密度，可以利用該模型推算出其濃度。這種方法可以在實際生產(chǎn)中用于快速測量切削液濃度，并進(jìn)行調(diào)整和控制，以確保切削液的工藝性能和穩(wěn)定性[2]。

(4)電導(dǎo)率測定方法

①使用電導(dǎo)率儀測量切削液的電導(dǎo)率。通過電導(dǎo)率可以間接推算切削液的濃度。電導(dǎo)率是指電流通過物質(zhì)時，物質(zhì)對電流的導(dǎo)電能力或?qū)щ姵潭?。切削液的電?dǎo)率與其濃度和離子性成分有關(guān)。在使用電導(dǎo)率儀進(jìn)行測量時，首先，需要將電導(dǎo)率儀的電極或傳感器置于切削液中。然后，電導(dǎo)率儀會通過測量樣品中的電流和相應(yīng)的電壓，計算出切削液的電導(dǎo)率值。一些現(xiàn)代化的電導(dǎo)率儀甚至可以直接顯示切削液的濃度。使用電導(dǎo)率儀測量切削液的電導(dǎo)率相對簡便，而且可以提供相對準(zhǔn)確的濃度信息。然而，需要注意的是電導(dǎo)率測量結(jié)果可能受到切削液的溫度、污染物和離子成分等因素的影響，因此在進(jìn)行測量時需要注意遵循標(biāo)定要求和測量條件，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

②根據(jù)電導(dǎo)率確定切削液濃度的范圍。根據(jù)電導(dǎo)率確定切削液濃度的范圍取決于切削液的成分和離子性質(zhì)。一般而言，切削液的電導(dǎo)率與其濃度呈正相關(guān)關(guān)系，即濃度越高，電導(dǎo)率越大。具體的濃度范圍可以通過實驗測量和統(tǒng)計分析來確定。首先，需要獲取一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品，并進(jìn)行電導(dǎo)率測量和濃度測量。然后，通過對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和擬合，建立電導(dǎo)率與濃度之間的關(guān)系模型。在理論上，可以通過根據(jù)已知濃度樣品的測量結(jié)果擬合出一個數(shù)學(xué)模型，然后使用該模型來推算未知濃度樣品的濃度。但是需要注意的是，各種特定切削液和添加劑的電導(dǎo)率-濃度關(guān)系可能是復(fù)雜的，可能受到其他因素的影響，如溫度、離子種類和殘留雜質(zhì)等。

(5)pH測定重要性的體現(xiàn)

①切削液穩(wěn)定性：pH值可以反映切削液的酸堿性，控制切削液的pH值可以保持其穩(wěn)定性，還能延長切削液的使用壽命，并減少對設(shè)備和工件的腐蝕。

②潤滑性能：切削液的pH值直接影響其潤滑性能。適當(dāng)?shù)膒H值可以提供良好的潤滑效果，減少摩擦和磨損，防止切削過程中的卡刀和出錯。

③冷卻效果：切削液的pH值也會影響其冷卻效果。在加工過程中，切削液通過吸收熱量來冷卻工件和刀具，保持加工溫度的穩(wěn)定。適當(dāng)?shù)膒H值可以提供良好的冷卻效果，避免過熱和工件變形等問題。

(6)pH測定、折光率測定與切削液濃度測定的關(guān)系

①pH測定與切削液濃度測定：pH值是切削液中酸堿性的度量，而切削液濃度則指切削液中添加的液體或固體成分的濃度。切削液的濃度可以通過pH值來間接推測。一般來說，切削液中添加的液體或固體成分越多，pH值往往會有所變化。因此，通過定期測定切削液的pH值，可以初步了解切削液的濃度情況。

②折光率測定與切削液濃度測定：折光率是物質(zhì)對光的傳播速度的測量，它與切削液中添加的溶解物的濃度有一定的關(guān)系。當(dāng)切削液中溶解物的濃度增加時，折光率也會隨之變化。因此，通過測定切削液的折光率，可以推測切削液中添加的溶解物的濃度情況。

2.應(yīng)用

(1)切削液濃度的控制

①保持切削液濃度在適當(dāng)范圍內(nèi)。使用適當(dāng)?shù)臐舛葴y量方法，如密度計或電導(dǎo)率儀，定期監(jiān)測切削液的濃度。根據(jù)測量結(jié)果，及時采取調(diào)整措施，確保濃度處于目標(biāo)范圍內(nèi)；制定切削液的濃度標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工藝要求和生產(chǎn)經(jīng)驗，確定適當(dāng)?shù)臐舛确秶＿@些標(biāo)準(zhǔn)可以作為參考，確保切削液濃度的控制；定期檢查和管理切削液中的添加劑。根據(jù)添加劑的作用和壽命，及時補(bǔ)充或更換添加劑，以保持切削液的性能和濃度穩(wěn)定；定期清潔和維護(hù)切削液的供給系統(tǒng)。殘留污垢和沉積物會影響切削液的稀釋和濃度控制，因此清潔和維護(hù)系統(tǒng)十分重要；根據(jù)切削液的使用情況和濃度監(jiān)測結(jié)果，控制切削液的補(bǔ)給量。確保補(bǔ)給量適當(dāng)，以維持切削液濃度在目標(biāo)范圍內(nèi)；通過回收和循環(huán)利用切削液，可以減少浪費(fèi)和稀釋，有助于保持切削液濃度的穩(wěn)定。培訓(xùn)操作人員正確使用和管理切削液，掌握濃度控制的方法和技巧。提高操作人員對切削液濃度控制的重視和意識[3]。

②確保切削液性能的穩(wěn)定和優(yōu)化。根據(jù)切削材料、切削過程和工件要求，選擇適合的切削液類型。不同的切削液具有不同的性能特點(diǎn)，如冷卻性能、潤滑性能、抗腐蝕性能等。添加劑是切削液性能的重要組成部分。監(jiān)控添加劑的使用量和壽命，根據(jù)實際情況及時補(bǔ)充或更換添加劑，并遵循添加劑供應(yīng)商的建議。切削液溫度對性能穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過使用冷卻設(shè)備、溫控系統(tǒng)等手段，控制切削液的溫度在合適的范圍內(nèi)，避免過高或過低的溫度影響切削液性能。定期清洗和維護(hù)切削液循環(huán)系統(tǒng)，清除沉淀物、雜質(zhì)和污垢。保持切削液循環(huán)系統(tǒng)的通暢和清潔能夠提供更穩(wěn)定和可靠的切削液性能。提供切削液使用和管理的培訓(xùn)，確保操作人員了解切削液性能的重要性，正確操作和監(jiān)控切削液的使用。定期進(jìn)行切削液性能的測試和評估，如測量潤滑效果、冷卻效果和刀具壽命等，及時發(fā)現(xiàn)并解決性能問題[4]。

(2)切削液濃度對加工性能的影響

①濃度過高或過低的影響。濃度過高：如果切削液濃度過高，可能會導(dǎo)致切削液在切削過程中的黏性增加，影響切屑的有效排出，增加摩擦和積聚熱量，從而引起切削工具的過熱、磨損和壽命的降低。此外，濃度過高還可能導(dǎo)致工件表面的切削液殘留和潤滑不良，影響加工表面的質(zhì)量。

濃度過低：如果切削液濃度過低，將無法提供足夠的潤滑和冷卻效果，導(dǎo)致切削區(qū)域過熱，切削工具磨損加劇，加工表面質(zhì)量下降，甚至可能引發(fā)刀具斷裂等問題。此外，濃度過低還會導(dǎo)致切削液的抗腐蝕性降低，切削液容易受到污染，加速切削液的老化和變質(zhì)。

②適當(dāng)?shù)那邢饕簼舛葘庸べ|(zhì)量的重要性。適當(dāng)?shù)那邢饕簼舛瓤梢杂行Ю鋮s并潤滑切削區(qū)域，降低切削溫度，減少熱變形，防止工件表面的氧化和炭化，提高切削精度和表面質(zhì)量；可以減少切削力，降低切削摩擦，減少磨損和刀具的熱膨脹，提高切削工具的壽命；可以有效沖洗切屑、刀屑和切削液中的金屬碎屑，保持切削區(qū)域的清潔，減少切削液中殘留物的堆積和阻塞，提高加工的穩(wěn)定性和效率；切削液中通常添加有抗腐蝕劑，適當(dāng)?shù)臐舛瓤梢员Ｗo(hù)工件和切削區(qū)域不受銹蝕和腐蝕的影響，保持加工表面的平整度和光潔度。

(3)切削液濃度的監(jiān)測與調(diào)整

定期監(jiān)測切削液的濃度是確保切削過程穩(wěn)定性和質(zhì)量的重要步驟。根據(jù)測量結(jié)果，如果切削液濃度過低，可以增加濃縮劑的添加量或直接添加切削液來提高濃度。如果濃度過高，可以適量稀釋切削液或通過補(bǔ)充清水來降低濃度；根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整切削液的供給量。如果濃度過低，可以適當(dāng)增加切削液的供給量。如果濃度過高，則可以減少切削液的供給量。如果經(jīng)過調(diào)整仍無法達(dá)到目標(biāo)濃度范圍，可能需要考慮更換新的切削液，確保切削液質(zhì)量和性能符合要求。除此之外，也可以采取其他輔助措施來調(diào)整和控制切削液濃度，如添加劑管理、切削液循環(huán)系統(tǒng)的清潔和維護(hù)等。

3.結(jié)論

在切削液性能測定中，pH值測定、折光率測定以及密度測定是常用的方法。這些測定方法可以幫助評估切削液酸堿性、濃度和穩(wěn)定性等關(guān)鍵性能指標(biāo)。切削液的pH值可以反映其穩(wěn)定性、潤滑性能和冷卻效果，通過使用pH試紙或pH計測量pH值可以對切削液的酸堿性進(jìn)行初步評估。折光率測定方法相對更準(zhǔn)確和精確，可以提供精確的濃度信息，通過建立折光率測定模型可以推算切削液的濃度。密度測定方法可以提供間接的濃度信息，適用于快速測定切削液濃度，并可以通過建立密度與濃度之間的關(guān)系模型來推算切削液濃度。