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切削油的制造與分類(油性切削油)
時間:2018-10-19

油性切削油一般多以低粘度礦物油為基質,再與其它添加劑混合制成,使用時不需要再稀釋。

礦物油有許多不同的種類,而其特性也有所不同。有些適合做切削油,有些則不適合,中東的油和委內瑞拉的油不相同,即使同一區域不同油井所生產的油也不盡相同。?透過種種煉制過程,在一定程度內,可以改變油品的特性。但基本上,油的某些特性是難以改變的,也就是說在添加劑加入前,我們要在不同的基礎油中,做一個正確的選擇。?如第二章所述礦物油是由多種碳氫化合物的混合,因為碳鏈接構的不同,而有石蠟基、環烷基及芳香烴基等幾類不同的成份類別。其中以石蠟基油比例較高,含芳香烴較少的基礎油用來制造切削油較佳。這種成份的油品,可以用特殊溶劑煉制技術得到,同時也具有高黏度指數的特性。

不易氧化,使用壽命較長。對溫度變化影響較小,在高溫下(如刀具前端) 薄膜強度較佳。

對皮膚較無害(在高黏度指數油品煉制過程中,可將一些有致癌因子的芳香烴結構除去)。

機械的橡膠部分較不易損害。

性切削油的重要特性如下:

1.黏度

黏度是油品維持本身稠度的能力,在油性切削油中扮演重要角色。低黏度油較稀薄,有較好的滲透力及濕潤力,如果選擇適當的添加劑,可使油更快速的到達切削區。并且因為稀薄,其冷卻、清洗能力均較佳。高黏度油較稠密,分子較大,有較佳的潤滑性及較大的金屬表面隔離能力,但是流動性及冷卻性不如低黏度油。

2.潤滑

金屬在切削時,隨著工件材料的不同和切削速度的不同,會產生不同的熱量和壓力,潤滑作用主要是牽涉到刀具面在滑動區間的潤滑

潤滑過程包含三種基本機械理論:

a.液動潤滑

(物理上分離)液動潤滑是潤滑油介于刀具面和工作面之間作物理分離,并無化學反應發生。黏度較高或較稠的油具有較大的分子,因此有較佳的分離效果。在刀具滑動區間有較大負荷及壓力時,礦物油的黏度會升高,因此改進了它的潤滑性,這種特性稱為「彈性液動潤滑」。

但是在滑動區間內,刀具與工作件在加工時所產生的壓力過高時仍會將油擠出,因此以具有物理上分離特性的純礦物油作為潤滑油使用,并非十分有效的方法。單靠礦物油潤滑只能從事一般金屬之輕負荷加工,如果要用于硬性金屬(不銹鋼、合金鋼等)加工,則需另外加添加劑。

b.邊際潤滑

在邊際潤滑中,將極性物質加入礦物油中,會在工件面和刀具面形成有化學鍵結的有機薄膜。這種薄膜會黏附在金屬表面,因此耐磨性比單純以油分子隔離工件及刀具的效果更好。

脂類物質早已用為礦物油添加劑,用來制成可產生合適有機薄膜的潤滑油,脂類對改進切削有極顯著的效果,這有助于刀具壽命的延長。常用的脂類添加劑有油酸脂、硬脂酸脂、菜籽油和它們的衍生物,目前亦有為數眾多的合成脂類被使用。天然脂類、脂酸類和它們的衍生物能與金屬表面形成單一分子薄膜,這種碳氫鍵薄膜會形成金屬外表皮,這種膜是由金屬與脂類反應所產生,稱為「肥皂金屬」。

脂類添加劑會產生有機膜,它可以避免金屬的直接接觸,直到溫度升高至薄膜的熔點之前都有保護效果。其溫度約在100℃~200℃,例如在易削鋼和銅合金等原料的低負荷加工時就會達到此溫度。使用在更高壓、高溫度的加工時,則需加入極壓添加劑。

c.極壓潤滑

在大多數的切削加工中,刀具前端溫度高于邊際潤滑溫度的范圍,因此需要使用能產生較高熔點薄膜的添加劑。這種添加劑為無機物,氯及硫是二種較常用的元素。

當使用氯、硫添加劑時,添加劑與金屬表面產生化學反應,形成一層低摩擦力的金屬衍生物薄膜。它具有類似干式潤滑的效果,可以防止金屬表面的磨損及熔合,氯膜可耐600℃,而硫膜可耐1000℃。

氯、硫為極壓添加劑,氯以氯化礦物油型態加入。硫可以許多型態加入切削油中,一般以硫化脂最普遍。

硫化脂如討論它與銅反應情形,可區分為「活性硫」和「非活性硫」二種,活性硫會造成銅銹,非活性硫因為硫與脂結合物化學安定性高,所以和銅不反應。

硫也可以用溶解方式來加入礦物油或脂肪中,在這種情形下,活性極大,此種混合物一般稱為「硫化油」。

經過實地觀察得知,如果將硫和氯二者加入切削油中,比個別只加入一種的效果好。確實的原因并不十分了解,可能的解釋是硫可將加工溫度降低至某個程度,在那溫度下氯的效果極顯著;亦可能是混合型態的硫/氯所形成的薄膜較強,故而有較佳的潤滑性。
切削油中的硫及氯在切削區之前,亦可能以滲透方式進入金屬結構中,因此降低了金屬強度,使切削加工易于進行。

大部分有關邊際潤滑和極壓潤滑的數據及理論都是對鐵材和鐵合金而言。對大部分其它易加工的金屬,平常是不需要使用極壓添加劑的。

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