摩擦學(xué)應(yīng)用研究和金屬加工用油的開(kāi)發(fā)
1.前言
2.金屬切削潤(rùn)滑劑
2.1概況
2.2切削中的摩擦磨損
2.2.1切削中的摩擦機(jī)理
2.2.2切削中的磨損機(jī)理
2.2.2.1熱磨損
- 擴(kuò)散磨損
- 切削過(guò)程中系忙,刀具承受的切削壓力達(dá)到2~3GPa诵盼,切削溫度高達(dá)900~1100℃。在切削高溫和高速的條件下银还,刀具的擴(kuò)散磨損要比一般機(jī)械零件大的多风宁。它不只是使刀具擴(kuò)散而損失材料,還增大刀具與切屑間的粘著见剩,增大刀具的粘著磨損杀糯。刀具粘結(jié)劑以及硬質(zhì)相(WC及TiC)的向外擴(kuò)散和工件成分向工具擴(kuò)散還引起刀具的脆化和軟化,降低表面強(qiáng)度苍苞,增大刀具的粘著磨損和磨粒磨損固翰,使前刀面呈月牙形。
- 切削過(guò)程中系忙,刀具承受的切削壓力達(dá)到2~3GPa诵盼,切削溫度高達(dá)900~1100℃。在切削高溫和高速的條件下银还,刀具的擴(kuò)散磨損要比一般機(jī)械零件大的多风宁。它不只是使刀具擴(kuò)散而損失材料,還增大刀具與切屑間的粘著见剩,增大刀具的粘著磨損杀糯。刀具粘結(jié)劑以及硬質(zhì)相(WC及TiC)的向外擴(kuò)散和工件成分向工具擴(kuò)散還引起刀具的脆化和軟化,降低表面強(qiáng)度苍苞,增大刀具的粘著磨損和磨粒磨損固翰,使前刀面呈月牙形。
- 熱電磨損
- 另一種熱磨損是熱電磨損耕粪,在切削區(qū)高溫作用下治盆,刀具與工件兩種不同材質(zhì)的接觸會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)和熱電流,使刀具磨損加劇妨宙。
- 另一種熱磨損是熱電磨損耕粪,在切削區(qū)高溫作用下治盆,刀具與工件兩種不同材質(zhì)的接觸會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)和熱電流,使刀具磨損加劇妨宙。
- 氧化磨損
- 切削溫度高時(shí)矫摸,刀具材料劇烈氧化形成一系列松軟的氧化物,并被切削帶走伐歇,造成“氧化磨損”烧锋,造成刀具“燒傷”,使刀具出現(xiàn)溝槽磁姻。
2.2.2.2機(jī)械磨損
2.2.2.3各種磨損機(jī)理的相對(duì)重要性
圖1 ①磨粒磨損②疲勞磨損③粘著磨損 ④氧化磨損⑤熱電磨損⑥擴(kuò)散磨損 |
圖2 (a)高速鋼(b)硬質(zhì)合金(c)陶瓷 |
2.3切削潤(rùn)滑劑減磨抗磨機(jī)理
2.3.1滲入機(jī)理
2.3.2冷卻作用
2.3.3 潤(rùn)滑機(jī)理
2.3.4潤(rùn)滑機(jī)理的材料依賴(lài)性
2.3.5用于評(píng)價(jià)切削潤(rùn)滑劑的有效性的模擬試驗(yàn)
圖3 |
- 四球機(jī)
- 國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)切削潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性最常用的是四球機(jī)卧蒂,切削油測(cè)定PB和PD纽秽,而水基切削液按GB/T 6144規(guī)定測(cè)PB值。但是四球試驗(yàn)中并不存在金屬的塑性流動(dòng)圆乡,工廠的經(jīng)驗(yàn)表明掰腌,PB值的高低與乳化液的切削性能并沒(méi)有一定的關(guān)系,有些PB值高的乳化液中皂含量往往比較高炸渡,粘度大娜亿,容易堵塞砂輪。楊文慶等人提出用PD/PB比值作為評(píng)價(jià)潤(rùn)滑性的指標(biāo)蚌堵,指出采用較高的PD值和適當(dāng)偏低的PB值得切削液可以顯著減少砂輪磨損和提高磨削效率买决。
- 值得注意的是,用加表面活性劑提高水基切削液的油膜強(qiáng)度PB值很有效吼畏,但是常規(guī)的含S督赤、P、Cl極壓劑加入水基潤(rùn)滑液中,提高燒結(jié)負(fù)荷的效果都很差躲舌,可能是水的存在降低了這些傳統(tǒng)極壓劑的效果丑婿。例如Imperial-1070母液的PB值為85Kg,PD值高達(dá)620Kg没卸,稀釋為5%乳化液時(shí)羹奉,PB值只下降了5Kg,為80Kg约计,而PD值僅為160Kg诀拭,與水的燒結(jié)負(fù)荷(100-126Kg)相差不大,要有效地提高切削液的PD值還得靠納米技術(shù)鸦呆。納米粘土就可以使水的PD值提高2級(jí)瓣挂。加入1%40~60nm油酸修飾的TiO2微粒,再用茶皂素為表面活性劑將其均勻分散到水中畔香,PD值高達(dá)4400N类埋。
- 國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)切削潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性最常用的是四球機(jī)卧蒂,切削油測(cè)定PB和PD纽秽,而水基切削液按GB/T 6144規(guī)定測(cè)PB值。但是四球試驗(yàn)中并不存在金屬的塑性流動(dòng)圆乡,工廠的經(jīng)驗(yàn)表明掰腌,PB值的高低與乳化液的切削性能并沒(méi)有一定的關(guān)系,有些PB值高的乳化液中皂含量往往比較高炸渡,粘度大娜亿,容易堵塞砂輪。楊文慶等人提出用PD/PB比值作為評(píng)價(jià)潤(rùn)滑性的指標(biāo)蚌堵,指出采用較高的PD值和適當(dāng)偏低的PB值得切削液可以顯著減少砂輪磨損和提高磨削效率买决。
- 攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)
- 除了四球機(jī)外,評(píng)價(jià)切削液潤(rùn)滑性用的最多的是攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)猪褐,可直接測(cè)出攻絲扭矩鼓辈,算出攻絲效率,它還能做擠壓試驗(yàn)和蛀,用于模擬拉拔和軋制失跷。
- 除了四球機(jī)外,評(píng)價(jià)切削液潤(rùn)滑性用的最多的是攻絲扭矩試驗(yàn)機(jī)猪褐,可直接測(cè)出攻絲扭矩鼓辈,算出攻絲效率,它還能做擠壓試驗(yàn)和蛀,用于模擬拉拔和軋制失跷。
- 改型Timken試驗(yàn)機(jī)和Falex試驗(yàn)機(jī)
- 采用電鍍等方法改變Timken環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)的環(huán)或Falex銷(xiāo)塊試驗(yàn)機(jī)的銷(xiāo)的摩擦面的材質(zhì),用來(lái)評(píng)價(jià)潤(rùn)滑劑和添加劑的研磨材料搂棱。其中一種形式如圖3所示叔梆。
- 采用電鍍等方法改變Timken環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)的環(huán)或Falex銷(xiāo)塊試驗(yàn)機(jī)的銷(xiāo)的摩擦面的材質(zhì),用來(lái)評(píng)價(jià)潤(rùn)滑劑和添加劑的研磨材料搂棱。其中一種形式如圖3所示叔梆。
3.金屬塑性成型加工潤(rùn)滑劑
3.1沖壓拉深工藝用潤(rùn)滑劑
3.2冷擠壓工藝潤(rùn)滑劑
3.3壓鑄工藝潤(rùn)滑劑
3.4 拉拔工藝潤(rùn)滑劑
3.5軋制潤(rùn)滑劑
3.5.1熱軋油的嚴(yán)酷工況:
- 高溫,接觸軋材的輥的瞬間溫度可達(dá)到500~600℃工划。
- 高壓滑信,熱軋時(shí)金屬所受的單位壓力達(dá)到0.03-0.1Gpa(300~1000atm)
- 高剪切占找,油膜的剪切率與軋制速度有關(guān),最高軋制速度可達(dá)20m/s.
- 在高溫高壓下金屬產(chǎn)生塑性變形煞恭,不斷生成新的接觸面而改變接觸條件络务,給潤(rùn)滑增加了困難。
- 熱軋油在極稀濃度下工作井翅,0.5%熱軋油與99.5%水在靜態(tài)混合器混合后噴向工作輥蟹嫁,再經(jīng)冷卻水沖刷,熱軋油的實(shí)際工作濃度可能只有0.01%或者更低英谢,因此對(duì)熱軋油本身的潤(rùn)滑性能要求非常高,否則起不到減摩和抗磨作用里淡。
3.5.2對(duì)熱軋油的要求
- 較高的高溫粘度刃伞,好的粘附性和離水展著性。
- 部分隔離或減少軋輥與水的直接接觸谎跨,減少黑皮的產(chǎn)生及由此引起的磨粒磨損钥嫌。
- 有適中的摩擦系數(shù),既要減少軋制力男杈,又要防止打滑丈屹。
- 好的流動(dòng)性和擴(kuò)散性,防止軋輥局部磨損伶棒。
- 較好的熱分解穩(wěn)定性旺垒,進(jìn)入變形區(qū)前不至于燃燒和變質(zhì),燃燒后灰份可減少打滑機(jī)會(huì)肤无。
- 無(wú)毒先蒋,氣味小,符合環(huán)保要求宛渐,不損害工人健康竞漾。日益嚴(yán)格的環(huán)保要求也是對(duì)金工油最大的挑戰(zhàn)之一。
- 好的貯存安定性窥翩,不會(huì)產(chǎn)生沉淀而堵塞噴嘴和管線业岁。
3.5.3熱軋中的磨損
3.5.4軋輥材質(zhì)的影響
4.結(jié)論
- 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛,金屬加工用油市場(chǎng)越來(lái)越廣泛帜浇。金屬加工用油具有數(shù)量少辨蓄,品種多,附加值高的特點(diǎn)项茸。國(guó)外公司難以全面占領(lǐng)我國(guó)市場(chǎng)祠乃,應(yīng)加緊金工用油的開(kāi)發(fā),參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)兑燥。
- 金屬加工用油的工況十分復(fù)雜亮瓷,但解決摩擦磨損問(wèn)題是研發(fā)中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。環(huán)保問(wèn)題也是在配方研究中必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題降瞳。
- 加深對(duì)切削嘱支、沖壓、拉拔挣饥、擠壓除师、壓鑄和軋制幾大類(lèi)加工中的遇到的共同和不同的摩擦磨損問(wèn)題的研究,是研發(fā)金工用油的必要的基礎(chǔ)工作亮靴。
- 重點(diǎn)開(kāi)發(fā)金工用油中數(shù)量較大的品種馍盟,能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
- 發(fā)展金工用油配套的添加劑系列茧吊,包括極壓抗磨劑贞岭,油性劑,抗氧劑搓侄,防銹劑瑞蓉,乳化劑,破乳劑偿寥,消泡劑梯撰,殺菌劑等。除了利用現(xiàn)有的商品化添加劑外填级,還需要根據(jù)特殊工況的需要怎体,采用新技術(shù),如納米技術(shù)怜人,陶瓷合金表面修復(fù)技術(shù)等愚缔,研制新的添加劑品種擦灸。
- 鑒于金工用油市場(chǎng)很復(fù)雜,售后服務(wù)要求又很高垛淮,走學(xué)校剂撑、研究院、廠礦三結(jié)合根适,發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)苞毡,將推動(dòng)金工用油國(guó)產(chǎn)化,在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位继谚。
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