切削液系統的統籌維護

■上海通用東岳動力總成有限公司 （山東煙臺 264006）

姜吉行 張文科

在機械加工過程中，應用到水溶性切削液，俗稱冷卻液，其主要作用是對工件進行冷卻、潤滑、清洗和防腐。一般按組成分為乳化液、半合成液和合成液。長期以來，切削液應用過程產生的廢液成為影響節能減排、解決環境衛生問題的關鍵。在解決切削液的環境衛生問題方面存在三條路線：第一條路線是徹底摒棄切削液，采用干式切削技術，其中包括冷卻風切削、吹氧切割及液氮切割等；第二條路線是改造傳統切削液，將其負面影響降低到最小程度，使之成為環境友好的，并能被保護生態環境的法規所接受；第三條路線是采用干式切削技術，主要指微量切削技術。有鑒于此，我們對切削液的應用過程進行研究，提出了切削液的統籌維護方法，使切削液在使用過程中不集中排放廢液，向零排放更接近一步。

常規切削液維護方案

1. 切削液的濃度

從切削液生產商出廠的產品，被稱為原液，進入到生產現場后，需要用水稀釋到一定的比例后才能使用，一般生產現場稱這種稀釋的液體為切削液。原液在應用切削液中所占的百分比稱為切削液的濃度，切削液的濃度范圍一般在5%～10%，在切削液質量穩定而加工要求不高的情況下，如某些粗加工過程中，有要求3%的，而在加工要求高，特別像拉削加工需要極壓性高、MAPAL刀具加工需要潤滑性高的情況下，切削液的濃度可能要求達12%～14%。切削液的濃度檢測方法一般是折光法、堿值測定法。

切削液應在一定濃度下使用。若在不適當的濃度下使用，不僅不能發揮其應有的效果，而且會引起各種各樣的問題：使用濃度過高不僅引起成本提高，而且容易發泡、引發皮炎、降低冷卻性能，還可能因雜油的混入形成淤渣，造成切削液混濁和過濾器堵塞等；相反，如果使用濃度太低，首先容易產生的問題是防銹性能不足而引起銹蝕、潤滑性能不好而導致刀具磨損增加、加工質量變壞等，然后是促進微生物滋長、工作液早期腐敗。工作液濃度的變化往往是加工性能和理化性能下降的直接原因。所以，保持規定的濃度是水基切削液管理的重要環節。

2. 常規切削液維護流程

（1）新液配制。混配液：如果原液的自身的乳化性能好，只要把一定量的原液加入到稀釋用水中，充分攪拌均勻即可得到均勻的乳化液，需要注意的是，配制乳化液時，需要將原液加入到稀釋水中，如果反其道而行之，將稀釋水加入到原液之中，在有些特殊情況下（如在較低溫度下），可能生成膠狀物質，之后很難再溶解開來。

在具體的工業應用中，一般是先將切削液原液通過混配器混配成一個較高濃度的混配液。在沒有混配器的條件下，可以在一個容器中加入一定量的水，再加入原液，需注意加入原液時務必、穩流且緩慢，邊加入邊用工具攪拌，使原液充分地與水混合。切記，不可將水加入原液中，只能是將原液加入水中。

微乳液和全合成液的配制，由于其本身是水溶性的，液態的原液本身就含有一定量的水，較易溶解，稀釋過程較簡單，但也要遵循將原液加注到稀釋用水中的原則。

混配液加注：混配液制備好以后，根據系統要求濃度和容量計算出混配液的加注量，再將混配液加注到液箱中。加注前一定要保證液箱清洗干凈，有條件的情況下，可以用專用機床清洗劑或低濃度的切削液進行清洗。

液體調整：加注的混配液濃度較高，不能達到容積要求，這時需要補水。補充的水可直接加入到液箱中的混配液中，以達到液箱容積要求為止。切削液在調整時，要進行系統液體的循環運行，使液體處于流動狀態，以使切削液混合均勻。這個循環過程的時間要根據系統的循環流量確定，一般不少于2h。

（2）日常加注。在切削液的使用過程中，濃度會逐漸下降，需要定期進行濃度檢測，檢測方法一般是折光法或滴定法，依據檢測的濃度結果與要求的濃度控制要求對比，計算出需要補加的原液的量，再折合成混配液的量，做出補加計劃進行加注。

（3）系統清理。當切削液使用到一定時間以后，液體中的雜質含量會增加，主要是加工過程中產生的細小顆粒、切削液本身的生成物、導軌油和液壓油等的泄漏及水中帶入成分的沉積等。這些雜質或懸浮在液體中，或沉積到箱底、箱壁或在機床的內表面。特別是懸浮在液體中的雜質，能影響到液體的化學指標，影響到切削液的潤滑性、清洗性和防銹性，沉積的雜質能引起細菌和真菌的孳生。大顆粒的雜質會影響到工件的表面粗糙度。現在的切削液系統，一般都帶有液體凈化裝置，如網式過濾、沉淀、離心分離、磁分離和網布過濾等。但其中的細小顆粒和懸浮雜質不能全部凈化去除，而在液體中積累。所以要定期進行系統的清理，以去除系統的雜質。

常用切削液系統清理步驟如圖1所示。

圖 2

3. 切削液的消耗

（1）加工中的切屑帶出。在加工過程中，切屑的排出依賴于刮屑鏈、濾紙和濾布等，在這個過程中，切削液會被帶出到切屑箱。這部分液體從切屑中瀝出后一般是按廢液處理。對于集中冷卻的大系統，也有設計專用的回用裝置，通過凈化處理后返回到系統中應用。

（2）加工中的蒸發。加工過程中的切削液，由于加工熱量、液體流動和加壓泵等原因，溫度升高，使切削液蒸發加快，特別是利用了煙霧收集器后，汽化的切削液會被當作加工煙霧排出。

（3）加工中的有效成分消耗。刀具與工件作用時，作用部位產生局部高溫，切削液中的相關成分，如有些極壓添加劑等被消耗，產生切削液濃度的下降。

（4）到使用壽命后的換液。切削液壽命到期前要進行切削液的更換，是集中消耗。原用液體全部作為廢液處理，系統排空后完全配加新的切削液。

（5）切削液原液的消耗量。以一條年產量為20萬臺的發動機缸蓋生產線的統計為例，每年更換一次冷卻液的原液消耗為4 200kg，每年加注的混配液中的原液量為34 440kg。可以看出，主要的切削液原液消耗是日常加工過程消耗，而不是換液消耗。換液過程消耗量只占總消耗量的11%。

4. 切削液性能變化

（1）切削液使用壽命確定。項目期，依據切削液供應商的經驗推薦確定。正常生產階段，依據液體狀態變化趨勢、生產產量和生產停機時間確定。優化階段，依據歷史經驗、日常檢測分析和加工工件變化狀態等，合理優化切削液的更換周期。

（2）切削液的性能變化可分為幾個階段。一般按切削液使用時間順序，將切削液的性能變化分為四個階段：新液階段、正常維護階段、清理后維護階段和換液前維護階段。清理時機，一般在使用壽命一半的時間；換液前維護階段，有時需要適當增加切削液的濃度，如整體提高控制濃度1%或按上限控制等；在加工條件較差的情況下，如高溫、高濕等環境中，在換液前維護階段還要增加防銹劑、殺菌劑和pH調整劑等添加劑。

切削液統籌維護方案

1. 基本原理

當一個系統的切削液使用到一定的時間（如使用壽命的一半）后，將其做為補加液分加到其他系統，而本系統配制新液。這樣既保證了各系統的添加混配液良好，也使各系統都在一定的時間之內換液。前提條件：一是冷卻液抗菌性和穩定性良好，二是切削液的消耗主要是日常添加混配液，換液消耗原液量占總消耗量的比例小于20%，結果是液體隨著使用過程消耗掉，而不產生集中排放的廢液。

2. 技術研究的特點

在保證常規切削液性能和有效的過濾技術的基礎之上，進行切削液應用過程的研究。在切削液的應用過程中，切削液主要是被加工過程消耗掉，而沒有被集中排放掉。

3. 實施過程

（1）劃分切削液系統統籌維護單元。統籌維護單元劃分原則：切削液型號相同、切削液系統容積相近、加工工件材質相同、設備的位置相對集中。

（2）實施步驟。以每個統籌維護單元為維護單位。對于每一個切削液系統，使用到一定時間后，進行切削液的更換。原用液不排至污水站，而是進行凈化處理，之后，作為混配液加注到同一維護單元的其它系統中，而本切削液系統配制新的切削液。

清洗系統用液，可以配制一個低濃度的切削液，如1%～2%切削液。清洗后也經過凈化處理，與原用切削液都作為混配液補加到同一維護單元的其他它系統中。清洗過程使用低濃度切削液是為了增加清洗效果且增加防銹性、降低泡沫的產生。清洗過程不加入機床清洗劑。

冷卻液和清洗后的液體的凈化處理，一般可采用如下方法：①沉降法。在容器中放置一定時間，撇除上部漂浮雜質，去除底部顆粒雜質。②離心法：去除密度大的顆粒和密度小的油類。③過濾法。用濾紙或濾袋過濾其大顆粒的雜質。

4. 實施案例

某汽車發動機廠的一條缸蓋加工生產線，共有加工中心28臺，采用單機切削液供液系統。常規方案如圖3所示：

圖 3

統籌維護方案如圖4所示：

圖 4

方案實施過程對比（見表1）：

表 1

現行方案 設想方案清洗、漂洗水排放 √ x原用液加回系統 √ x更換 更換時機 使用至15個月 使用至8個月年更換次數 21 42原用液排至污水站 √ x人工清理 √ √加水清洗 √ √清洗水加入機床清洗劑 √ x清洗水排到污水站 √ x加水漂清 √ x漂洗液排至污水站 √ x產生再生混配液 x √

5. 效果

（1）項目效果評價方式，如表2所示。

表 2

（2）實施效果總結。① 切削液技術指標評價：濃度每天檢測，指標變化平穩；pH每天檢測，指標變化平穩；抗菌性每月檢測，沒有細菌和真菌的發生；防銹性每月檢測，指標平穩，在控制范圍之內；硬度每周檢測，指標有增加趨勢，原因是添加的自來水硬度較高，但不影響切削液性能。若使用RO水，硬度指標會更加平穩。②切削液成本費用評價。按換液費用所占比例計算，切削液的費用節約約為10%。③廢液減排評價。按切削液的換液過程統計，每次換液清理時，會有較臟廢液的排放，如液體表面含有浮油的液、液箱底部沉積物中的液以及進行切削液再生處理時排出的廢油液，這部分廢液約占被處理液的10%～20%，即換液過程排放的廢液減少80%。

結語

將各切削液系統劃分維護單元，按各維護單元進行切削液的統籌維護，切削液質量保持良好，生產加工正常。整個切削液的維護過程切削液消耗量下降，同時極大地減少了到期切削液的集中排放。

[1] 王先會.新編潤滑油品選用手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.7：239-240

[2] 劉鎮昌.切削液技術[M].北京：機械工業出版社，2009.6：248-272

[3] Jeffrey D.Silliman.Cutting and grinding fluids:Selection and application[M]. Dearborn, M i c h i g a n:S o c i e t y o f Manufacturing Engineers, Second Edition1992：119-135 [4] 杰里.P.拜爾斯.金屬加工液[M].北京：化學工業出版社，2011.9：

176-180