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水基切削液润滑性能的改进研究 王家序陈战秦大同 （重庆大学机械传动国家重点实验室４ｏ０ｏ４４） 精耍：水基切削液具有优良的冷却 清洗和防锈性能，但润精性能差，因而应用范围受到。如何提高水基坷 削液的润滑性能，已成为目前研究的重点。本文从水基切削液的润滑机理人手，提出了改善润滑性能的思路和方法。 并经实践证明是可行的。 关键词：水基切削液润滑性能改进研究 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｏ￣ｎ ｏｆ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｂａｓｅ Ｃｕｔｔｉｎｇ ＦＩｕｉｄ Ｗａｎｑ Ｊｉａｘｕ Ｃｈｅｎ Ｚｈａｎ Ｃ ｎ Ｄａｔｏｎａ （Ｓ Ｋｅｙ＂【ａｂ。ｆＭｅｃｈ髓ｊｃａｌⅡ ｐ０口．Ｓｏ，ｉｔ ｗａｓＩｍｔｅｄ．ｍ ｒ习 ｔｏ ｍｖｅＩｕ ∞ｔｉｎｇ ｐｍｔ￣ｙｍ．衄，ａ捌曙ｑ Ｕｍ，ａ￣，ｓｉｔｙ ４ＯＯＯ４４） ．Ａｈ血ｔｄ：Ｔｈｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒ，，￣ｏｎ、ｃｌｅ．ｍａｉｎｇ ａｎｄ ｏｏａｔｉｒｕｓｌ ｐｅｄ＇ｍｍ￣ｃｅｓ ｏｆｗａ时ｂ船ｅ ｃｕｔｔｉｎｇｆｌｕｉｄ ０ｆ印 叽．Ｉｔ ｈ且ｓ ｂｅｅｎ ａ ｍｅｒｅ ｖｅｒｙ ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ．ｂｕｔｌＩｌ 舶ｌ ｐｒｏｐｅｘｔｙ ｒｌ鲫Ｉｎｌ｜Ｉｉ吕ｐａｐｅｒ，ｔｈｅｗａｙ 【｜１ｗｔｏｉｍｐｒｏｖｅｌｕｂｒｉｅａｔ １ｇｐ ｐｍｉｘ：Ｊｓｅｄ． ！ｙ＇吣：ＷａｔｅｒＢ （ 岫瞎Ｆｌｕｉｄ ＩａｌｂｒｋａｌＪｍｌＰｒｏｐｅｒｔｙ ＡｎｔｅＢｏｒａｆｉｍ Ｓｔｕｄｙ 现代机械加工要求金属加工液具有更好的润滑、 冷却、清洗、防锈性能，以便获得理想的加工表面。 采用油性切削剂，有较好的润滑性能，刃具耐用度较 好，但由于冷却性能差，工件的表面质量可能不理 想；采用水性切削剂，则有助于提高工件的表面质 量，而刃具耐用度不理想。 界面形成物理吸附膜。 水基切削液由于少含油或不含油，润滑液的油性 较低。另外，脂肪酸和绝大多数的极压抗磨剂是不溶 于水的有机物油性剂。不能直接用在水基切削液中以 提高润滑性能。水基切削液的油性与切削液中的表面 活性剂有关，因而选用恰当的表面活性剂，同时将脂 肪酸等有机油性剂转化为水溶性油性剂，添加在水基 切削液中，可显著地提高润滑性能。 ２水基切削液润滑性能的改进实验 在实验中，采用重庆钢铁集团第五分厂所用的水 基切削液为原液。改性剂由自已合成。最大无卡咬负 荷ＰＢ值（Ｎ）用四球机测出，摩擦系数由摩擦磨损试 验机ＭＰＶ一２Ｏ０测定。 水性切削剂由于具有导热系数大，冷却、防锈性 能好等优点 Ｊ，并具有重要的环保意义。因而发展迅 速，在机械加工工业中已被广泛采用。另外，水基切 削液除了具有乳化液的所有性能外，其润滑、冷却、 防锈性能亦达到或超过乳化液的标准要求 因而水基 切削液已成为国内外机械加工中提高加工性能的发展 方向。如何提高水基切削液的润滑性能，已成为目前 研究的重点。从水基切削液的润滑机理来看：在水基 切削液中设法添加油性剂ｌ３ 和极压抗磨剂、合成恰当 的表面活性剂，是改善水基切削液润滑性能的有效途 径。 （１）改性剂的制备 以松香、顺酐和多元胺等原料合成了非离子表面 活性剂 ，同时以油酸三乙醇胺为原料合成油酸三 乙醇胺酯。 （２）非离子表面活性剂Ｈ对润滑性能的改进 １水基切削液的润滑机理 切削液的润滑作用是通过切削液渗人切屑、工件 与刀具的接触面后粘附在金属表面上，形成润滑膜而 产生的，这种润滑膜减小了切屑与前刀面和工件与后 刀面的摩擦系数，减轻粘结现象和抑制积屑瘤，从而 减少工件的表面粗糙度值，提高刀具的耐用度。在金 属切削加工中，大多数摩擦属于边界润滑摩擦。在边 界润滑中，由于不存在完全的油膜，其承载能力已与 油的粘度无关，而取决于润滑液的油性，即润滑成分 １）实验结果 非离子表面活性剂Ｈ对润滑性能的影响如表１和 图１、图２所示。 ２）结果及理论分析 从图１ 图２可以看出，当非离子表面活性剂Ｈ 的含量小于５％时，水基切削液的最大无卡咬负荷 值随着非离子表面活性剂Ｈ含量的增大而显著提高； 摩擦系数则随着非离子表面活性剂Ｈ含量的增大而 降低。说明润滑性能随着非离子表面活性剂Ｈ含量 《润滑与密封》 是否包含着对金属存在强烈吸附的原子团，能在切削 ５２ 维普资讯 http://www.cqvip.com
的增大而大幅提高。当非离子表面活性剂Ｈ的含量 达到８％时，润滑性增大趋势变缓。 表１水基切削液润滑性能与非离子 表面活性剂Ｈ的关系 表面活性剂Ｈ含量（％） ０ 基切削液的润滑性能显著提高。其原因是油酸三乙醇 胺是一种阳离子表面活性剂和水溶性油性剂，添加在 切削液中，易在刃具与切削工件之间形成物理吸附 膜，从而起到润滑作用。另外，油酸三乙醇胺与极压 ＰＲ值（Ｎ） Ｉ２２ 摩擦系数 ０ ｌ１０ １ ３ ５ ８ １０ ３５３ ５６９ 协 ８５６ ８８９ ０ １０３ ０．０８４ ０．０７３ Ｏ．Ｏ田 ０．Ｏ６８ 抗磨剂也有良好的协同抗磨作用，亦可使润滑性能显 著提高。因此，油酸三乙酸胺酯是优良的水溶性油性 添加剂 表２水基切削液的润滑性能与 油酸三乙醇胺酯的关系 油酸三乙醇胺酯含量（％） ０ １ ３ ５ ＰＲ值（Ｎ） 摩擦系数 ｌ２２ ３ｏ３ ５０７ ７２９ ０．１１０ ０．１∞ ０．０９ ０ ０７５ ８ １０ １ ８１３ 盯３ ０．【丌 ０．Ｏ６９ Ｓ 丰离于表面酱性剂的吉量Ｃ％） 离子表面蟮性剂的吉量Ｉ‰） ｛晕 《 图１水基切削涟的最大无 图２水基切削涟摩擦系数 卡咬负荷与非离子表 面活性剂含量的关系 与非离子表面活性剂 含量的关系 螫 止 ．Ｋ 非离子表面活性剂Ｈ能显著地改进水基切削液 的润滑性，是因为非离子表面活性剂Ｈ中的极性基 团对金属有较大的亲台能力，很容易吸附在金属表面 上，形成吸附润滑膜。因其疏水基团较大，并有芳环 结构，具有油性剂的作用。同时非离子表面活性剂Ｈ 含有Ｎ非活性极压元素，则兼有油性剂和极压剂的双 重功效。再与加入的极压抗磨剂协同作用，形成高强 度物理和化学吸附膜，使之在高压、高温和激烈摩擦 作用下不致于破坏。能防止或减少工件、切屑、刀具 三者之间的直接接触，达到减小摩擦及粘结的目的， 起到极好的润滑作用。 （３）油酸三乙醇胺酯对润滑性能的改进 １）实验结果 油酸三乙醇胺酯对润滑性能的改进结果如表２和 图３、图４所示。 ２）结果及理论分析 巍翦 唾 困３水基切削液的最太无 图４水基切削液摩擦系数 卡咬负荷与油酸三乙 醇胺含量的关系 与油酸三乙醇胺含量 的关系 ３结论 从前面的实验结果可以得出如下结论： （１）非离子表面活性剂Ｈ具有优异的润滑性能。 （２）袖酸三乙醇胺酯是优良的水溶性油性添加 剂。 （３）非离子表面活性剂Ｈ和油酸三乙醇胺酯能显 著地改进水基切削液的润滑性能。 参考文赫 ［１］美庆国，水基金属切削漩，轴承．Ｉ９舛（１２）：３５—３８。 ［２］王延等，松香类表面活性剂的开发与应用，表面活性剂工 业，１９９４（２）；７—１６。 １９９９（５）：３６ ３７。 一 一 ［３］张秀玲，三乙醇胺及其在水基切削涟中的应用，润滑油， 从图３、图４可以看出：油酸三乙醇胺亦可使水 （上接第５ｌ页） 参考文赫 【１］Ｒ．Ｈｏｌｍｔ Ｅｌｅｃａｉｅ Ｃｏｎｔａｃｔｓ，Ｔｈｅｏｒ．ｙ ｗ，－￣ｇ， ｄ 蹦ｄｅｌ 【４］Ｉ Ｌ．Ｇｏｌｄｈｌａｔｔ，Ｆｕｎｄ￣ｅｎｔｓｌｓ ｏｆ Ｔｒｉｌ：ｏｌｏ￣－，Ｅｄｉ ｂｙ Ｎ．Ｐ．Ｓｕｉｔ ａｎｄＮ．ｓ丑ｈ，Ｔｈｅ岍ＰｒｅＥｂ，ｃ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｓ 一 ３６，６（１９９１）．７～１２。 田ｅ，Ｌ１９８ｏ）９８１． ［５］片渊正，摩擦面间０润滑膜０电气特性． 于 水口 ＇／五 ， 【６］Ｍ．Ｆ Ｍｏ６ｚｕｒ ａｎｄ Ｊ Ｂｒｉａｍ，ｂｌｏｄｉｆ￣－．ａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｅｃａｕａ ｐｔｏｐｅａｉｅｓ ｏｆ ￣ｉｅｆｉｏｎ驯 ａｃｅｓｉｎｈｍｌ Ｂ Ｉｕｂｔｉｅ￣ｏａ，Ｐｒｏｅ ｌａｔ．Ｍ髓ｈ．Ｅ ．， ＮｅｗＹ０ｒｋ，１９６７． ［２］克拉盖尔斯基、摩擦、磨损与润滑手册，（汪一麟等译）， 机械工业出版杜，１９８５．４７１。 Ｉｍ Ｃｏａ１．ｏｆＴｒｉｌ０ｏｌａｇｙ，（１９８７）４４７—４５４． ［３］翟文杰，山本雄二，外加电场对边界润滑下金属摩擦特性 的影喃．摩擦学学报．２ＯＯＯ．Ｎｏ．４ ［７］Ｊ＿Ｌ．￣ｄｈｌａｔｔ，Ｍｉｃｒｏｂｉｃ ｏｆ ａｎｄｌｕｂ６￣５３ ， Ｅｄｉ￣ｄ Ｊ．Ｍ．Ｇ，ｃ曜｛，Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ【１９犯）５２１ ２０Ｏ２年第２期