金屬切削液的報廢原因及其處理技術
金屬切削液的報廢原因及其處理技術
- 2020/8/22 15:20:02
切削液是一種用在金屬加工和制造過程中，用來冷卻和潤滑刀具和加工件的工業(yè)用液體，具備良好的冷卻性能、潤滑性能、防銹性能、除油清洗功能和防腐功能等特點。切削液可分為油基切削液和水基切削液。
據(jù)統(tǒng)計，目前油基切削液的使用量占總量的20%，水基切削液占80%。我國金屬加工切削液的市場總需求已超過100萬噸，其應用領域為金屬切削38%、加工成型36%、部件防銹13%、熱處理8%、其他5%。切削液主要應用在以下幾個行業(yè)：汽車制造35%，機械制造35%，航天制造12%，模具加工10%，其他8%。
切削液在使用過程會因為雜質(zhì)混入、溫度升高和細菌微生物滋生等原因而失效變質(zhì)。報廢后的切削液成分復雜，處理難度大，一般先破乳預處理，再根據(jù)實際情況合理選擇無害化或資源化回收處理工藝對廢切削液進行有效處理，提高金屬加工企業(yè)的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
切削液報廢的原因
切削液失效報廢的原因有多種，最常見的原因有三種：
（1）引入雜質(zhì)導致金屬切削液變質(zhì)在金屬機械加工過程中會產(chǎn)生大量的金屬碎屑，在切削液的清洗之下，這些碎屑就會混入其中，如果不及時處理，碎屑就會不斷積累，使得切削液的潤滑性能逐漸降低，甚至失去作用。
（2）溫度升高導致金屬切削液失效在金屬機械加工過程中，當?shù)毒邔庸すぜM行切削加工時，因摩擦運動溫度升高；且金屬碎屑容易與金屬切削液中的某些添加劑發(fā)生化學反應放出熱量，使得切削液的溫度升高。這些熱量會加快切削液的變質(zhì)，最終失效變質(zhì)。
（3）由于微生物滋生導致金屬切削液失效，切削液儲存不當容易使細菌等微生物大量生長繁殖，使得其中的油類物質(zhì)生化分解變質(zhì)而發(fā)臭。據(jù)統(tǒng)計，細菌微生物的大量繁殖極大的影響了切削液的循環(huán)使用，使得其使用壽命縮短65％-85％左右。油類物質(zhì)是導致細菌微生物滋生的重要原因，而在金屬機械加工過程中，機床設備中會有大量導軌油、液壓油、主軸油等。當混入切削液之后就容易導致細菌微生物大量繁殖。
廢切削液預處理方法
1）廢切削液的預處理方法
切削廢液因其成分復雜，化學穩(wěn)定性好，故直接處理難度較大，一般需要做預處理。預處理主要是對廢液進行破乳，以除去廢液中油包水或者水包油中的油類物質(zhì)。幾種破乳方法比較，有酸析法、鹽析法、混凝沉淀法。
2）廢切削液的無害化處理方法
切削液廢水在進行破乳預處理后，必須要進行深度處理才能排放，深度處理主要是去除廢水中部分油類物質(zhì)和溶解性有機物、懸浮物、氨氮等等。幾種無害化處理方法比較，有水力旋流法、氣浮法、吸附法、生化處理法、高級氧化法，詳見表2。
3）廢切削液的資源化處理方法
幾種資源化處理方法，有土高溫接觸-無酸再生工藝、蒸餾-溶劑抽提-白土精制工藝、高溫蒸餾法。
切削液在使用過程會因為雜質(zhì)混入、溫度升高和細菌微生物滋生等原因而失效變質(zhì)。報廢后的切削液成分復雜，處理難度大，一般先破乳預處理，再根據(jù)實際情況合理選擇無害化或資源化回收處理工藝對廢切削液進行有效處理，提高金屬加工企業(yè)的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。
各種適宜的硬車刀具（金剛石刀具、CBN刀具、陶瓷刀具以及涂層硬質(zhì)合金刀具等）實現(xiàn)了對淬硬鋼(硬度為45~68 HRC)的硬車削。但金剛石刀具與鐵基材料在高溫下會發(fā)生化學反應，所以一般不用于切削軸承鋼材料；陶瓷、硬質(zhì)合金刀具在切削硬度大于50 HRC的淬硬鋼工件時往往呈現(xiàn)出較弱的切削性能。因此，對于軸承鋼的硬車削最適合的刀具材料還是各類CBN刀具。
雖然磨削在相對較高的進給速率下能產(chǎn)生良好的表面精度，但硬車在不使用冷卻劑的條件下，采用較低的切削深度和進給速率（相比磨削），常規(guī)硬車削也能縮減高達60%的加工時間，材料去除率顯著提高，加工表面精度與磨削相當甚至更好。另外，多步硬車削操作只需單次設定就足夠，而磨削需要多次設定，這也有助于通過硬車削達到高精度。
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磨削與硬車
切削參數(shù)是影響切削力的重要因素。切削參數(shù)選擇不當，會產(chǎn)生較高的切削力，影響表面加工精度，對刀具以及整個工序都不利。精硬車的切削條件與常規(guī)材料的車削有很大的不同，需要對切削力進行深入研究。
國內(nèi)外大量的研究表明，在硬車削精加工中（切削深度一般小于刀尖圓弧半徑/刀頭半徑），切深抗力（徑向分量）遠大于其他2個方向上的切削力，這有別于傳統(tǒng)切削過程中徑向力只有主切削力的0.3～0.5倍。因此在具有靜、動態(tài)特性的類似加工系統(tǒng)中不能忽視硬車過程中的徑向力。Alexandre對比了不同刀具(陶瓷刀具、不同CBN含量的PcBN刀具)切削軸承鋼時，發(fā)現(xiàn)在三個方向上的切削力中，切深抗力最大，其次是主切削力和進給抗力。很多研究學者發(fā)現(xiàn)低速車削條件下，由于低溫以及積屑瘤( BUE)的形成，在硬車過程中會出現(xiàn)較高的切削力?？赡苁怯捎诟咚偾邢鳟a(chǎn)生較高的切削溫度造成了工件材料的熱軟化，因此切削力會隨切削速度的增加而減小。切削力隨進給速度、切削深度以及刀頭半徑的增加而增加，而且切削深度對切削力的影響最大，進給量次之，切削速度的影響較小。大量科研人員致力于通過經(jīng)驗公式計算、建立理論模型以及有限元仿真等方法預測硬車削時產(chǎn)生的切削力，以期實現(xiàn)軸承鋼的精密硬車削技術。反應在實際中就是對切削用量（切削速度、進給量、切削深度/背吃刀量）的優(yōu)化選擇。
1）切削速度的選擇
針對不同的刀具、工件材料，切削速度的選擇各不相同。在硬車削過程中，工件硬度較大，適當提高切削速度，有利于加大工件材料的軟化效應，減小切削力。但當切削速度過高時，較大的切削溫度會加劇刀具的磨損，使加工質(zhì)量下降。當出現(xiàn)加熱軟化引起切削力減小時，切削速度會達到臨界范圍，因此，在所選參數(shù)范圍內(nèi)采用中等切削深度以及相對較低且適宜的切削速度，會更節(jié)能，如切削速度為200～250 m/min。
2）進給量的選擇
過大的進給量會會引起切削振動，影響加工表面質(zhì)量，因此應選擇較小的進給量，如低速時0.06～0.09 mm/r，高速時不超過0.15 mm/r。
3）切削深度的選擇
切削深度一般為0.10～0.25 mm，切削深度對切削力影響最大，切削力過大，增大加工變形，影響加工精度。