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金属加工液在模具制造中的应用

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  随着模具工业技术的不断发展和进步,新材料、新工艺不断涌现,在模具加工过程中选择合适的切削液对於保证产品加工质量,提高加工效率,减少环境污染都是至关重要的。

  金属加工液最基本的功能是润滑、冷却、排屑、防銹。这四个性能不是完全孤立的,既有统一面,又有对立面。如切削油的润滑、防性能较好,但冷却、清洗性能差;水溶液的冷却、洗涤性能较好,但润滑和防性能差。

  一般认为,在低速重负荷切削加工(螺纹切削、扩孔和齿面切削)时,需要充分的润滑,通常选用极压切削油剂,切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结,作为边界润滑剂。在高速浅层切削加工时,冷却是首要的,一般选用水基切削液——它的主要作用是降低摩擦热,带走热量。那些切削液难以到达剪切区域的加工作业,给润滑、冷却造成很大困难。通常对扩孔、齿轮切削(特别是滚齿)、深孔钻和镗孔、攻丝(特别是盲孔)、深套孔、车螺纹加工要精心选择适用的切削液。

  实践证明,选用合适的金属加工液,能降低切削温度60~150℃,降低表面粗糙度1~2级,减少切削阻力15~30%,成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命,并能把铁屑和灰末从切削区冲走,因而提高了生产效率和产品质量。

  在模具加工过程中,刀具的作用是在主剪切区域把加工材料用强剪切力切除剥落。刀具的推进面和暴露的新鲜金属面之间,由於强烈的附着作用使推进面受到高的应力。因切割剥落的屑要移过刀具推进面,从而形成了第二剪切区域——该区域产生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。在此时,润滑和冷却作用的重要性同时凸显出来。值得注意的是,金属去除类的机械加工种类很多,又各有其独特工况。

  磨削

  磨削过程中磨粒与金属表面的摩擦会产生大量热量。当热量聚集到一定程度时(磨削点的瞬间温度可达1500℃,磨料与工件的磨削区域的平均温度为500℃至800℃之间),工件表面就会出现灼伤甚至形变,因此成品的表面质量和精度将受到影响。如果改善磨削加工的操作条件,运用磨削油进行充分的冷却和润滑,加工过程中的一半热能都会被冷却剂吸收,而最终进入到工件的热量只占到整个加工过程产生热能的15%。因此,磨削油有效降低了工件被灼伤的机率。

  磨削油以基础油为载体,通过在基础油中添加多种具有不同性质和功能的添加剂混合而成。目前世界上性能最好的磨削油基础油是以乙烯为原料直接合成的聚α-烯烃。由於产物的纯净和均一性,聚α-烯烃具有其他基础油无可比拟的卓越性能,并在一级方程式赛车的严酷条件下用作基础油。由於其组成结构为纯烷烃,因此具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性,非常适用於高速磨削的加工。

  切削

  近年来金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域。这类液体以水为基质,传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定热量後,比油的温升要慢得多,从而提高了冷却效果,且可减少油雾。因此,水基切削液的用量增大。

  目前,水基切削液在中国切削液市场总体中约占60%,但水基切削液与油相比存在着一些问题,这包括润滑性差,以及蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳定性、可滤性、泡沫性等方面的问题。这些因素对切削液在机床应用时的“油池寿命(SumpLife)”至关重要。


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