CN106318592A - 一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法，该切削液的重量百分比组成为：羧酸胺5～20%，水溶性润滑剂5～25%，防锈剂10～20%，杀菌剂0.5～4%，水溶性极压抗磨剂10～20%，三乙醇胺10～20%，沉降剂0.1～4%，苯并三氮唑0.01～0.1%，消泡剂0.01～0.5%，余量为水；水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为（10～45）：（3～18）：（2～20）；该切削液具有较好的综合性能，其冷却性、润滑性、沉降性、消泡性、防锈性和清洗性好，满足多线切割机对硬脆难加工材料的批量加工要求；该水性切削液的制备方法简单，易操作，成本低，其制备在常温下即可完成。

Description

一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法

技术领域

本发明涉及切削液及其制备技术领域，具体是一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法。

背景技术

磁性材料、蓝宝石、晶体硅、特种陶瓷等硬脆难加工的新型复合材料，往往需要通过多线切割机批量加工为片材。传统的硬脆难加工复合材料的加工一般采用内圆切割特种切削油、低粘度轻质油性切削润滑油+SiC、砂浆切割、PEG切割等冷却润滑方式，这些旧有的冷却润滑方式长期存在高环境污染问题，例如，传统的内圆切割特种切削油，如Mould M6、长城00088等，在加工过程中存在油烟大、易打明火的问题，具有一定的安全隐患，且该类切削油通常仅适用于多头切片机，在多线切割机上使用时，切割能力低下，切割丝易断丝，且切割效率低下，无法满足对多线切割加工的稳定性要求；而对于低粘度轻质油性切削润滑油+SiC，目前80%的多线切割机在使用，虽然可以完成切割，但存在油烟大、气味刺鼻、油泥硫化物多、易打明火的问题，同样有火灾隐患，且噪音、烟雾、排放等环境环境污染问题无法有效控制，并且也存在切割能力比较低下、无法满足稳定的多线切割加工的更高层面要求。可见，现有的切削油无法满足高速发展的特种陶瓷、光伏产业、蓝宝石等行业对切割加工的“高效、环保、低成本”的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液及其制备方法，该切削液具有较好的综合性能，其冷却性、润滑性、沉降性、消泡性、防锈性和清洗性好，满足多线切割机对硬脆难加工材料的批量加工要求，应用于多线切割机加工时，可有效减小加工工件与切割丝间的接触压力，从而减少切割丝的断丝现象，提高切割丝的使用寿命和加工效率，且加工后的工件表面光洁度好，此外，加工过程中无刺激性气味产生，不存在环境污染问题，使用安全且环保。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其重量百分比组成为：羧酸胺5～20%，水溶性润滑剂5～25%，防锈剂10～20%，杀菌剂0.5～4%，水溶性极压抗磨剂10～20%，三乙醇胺10～20%，沉降剂0.1～4%，苯并三氮唑0.01～0.1%，消泡剂0.01～0.5%，余量为水；所述的水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为（10～45）：（3～18）：（2～20）。

作为优选，所述的防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物。

作为优选，所述的杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮。

作为优选，所述的水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为（10～60）：（3～10）：（2～5）。

作为优选，所述的沉降剂为阳离子季铵盐类沉降剂。

作为优选，所述的消泡剂为水溶性非硅消泡剂。

上述用于硬脆材料多线切割的水性切削液的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；

（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、杀菌剂、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；

（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；

（4）常温下向调和釜内投入消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到水性切削液。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的水性切削液通过特定比例的羧酸胺、水溶性润滑剂、防锈剂、杀菌剂、水溶性极压抗磨剂、三乙醇胺、沉降剂、苯并三氮唑、消泡剂和水的复配，同时水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，赋予本发明切削液较好的综合性能，其冷却性、润滑性、沉降性、消泡性、防锈性和清洗性好，满足多线切割机对硬脆难加工材料的批量加工要求，应用于多线切割机加工时，可有效减小加工工件与切割丝间的接触压力，从而减少切割丝的断丝现象，提高切割丝的使用寿命和加工效率，且加工后的工件表面光洁度好，此外，加工过程中无刺激性气味产生，不存在环境污染问题，使用安全且环保。该水性切削液的制备方法简单，易操作，成本低，其制备在常温下即可完成。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的重量百分比组成为：羧酸胺18%，水溶性润滑剂15%，防锈剂10%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2%，水溶性极压抗磨剂12%，三乙醇胺19%，阳离子季铵盐类沉降剂0.5%，苯并三氮唑0.02%，水溶性非硅消泡剂0.03%，余量为水，其中，防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物，水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为15：5：3，水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为12：9：2；该水性切削液的制备方法包括以下步骤：

（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；

（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入阳离子季铵盐类沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；

（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；

（4）常温下向调和釜内投入水溶性非硅消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到实施例1的水性切削液原液。其5%的稀释液的外观为无色液体，经检测，该稀释液的pH值为9.0，折光系数为1.8。

实施例2的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的重量百分比组成为：羧酸胺15%，水溶性润滑剂10%，防锈剂12%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮1%，水溶性极压抗磨剂15%，三乙醇胺15%，阳离子季铵盐类沉降剂2%，苯并三氮唑0.03%，水溶性非硅消泡剂0.1%，余量为水，其中，防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物，水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为10：4：5，水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为15：6：5；该水性切削液的制备方法包括以下步骤：

（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；

（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入阳离子季铵盐类沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；

（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；

（4）常温下向调和釜内投入水溶性非硅消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到实施例2的水性切削液原液。其5%的稀释液的外观为无色液体，经检测，该稀释液的pH值为9.0，折光系数为1.9。

实施例3的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的重量百分比组成为：羧酸胺8%，水溶性润滑剂18%，防锈剂16%，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮3%，水溶性极压抗磨剂10%，三乙醇胺11%，阳离子季铵盐类沉降剂0.3%，苯并三氮唑0.01%，水溶性非硅消泡剂0.02%，余量为水，其中，防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物，水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为6：3：2，水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为10：2：1；该水性切削液的制备方法包括以下步骤：

（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；

（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入阳离子季铵盐类沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；

（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；

（4）常温下向调和釜内投入水溶性非硅消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到实施例3的水性切削液原液。其5%的稀释液的外观为无色液体，经检测，该稀释液的pH值为9.0，折光系数为1.8。

对于实施例1～实施例3的水性切削液，均进行消泡性试验、沉降性试验和防锈性试验，具体试验过程如下：

1、消泡性试验

对于实施例1～实施例3，各取一定量的切削液原液，加蒸馏水稀释，配置为5%浓度的稀释液并倒入具塞量筒中，塞紧具塞量筒的塞子，摇晃，观察稀释液的消泡情况并记录消泡时间，试验得到：实施例1的切削液的稀释液的pH值为9，消泡时间为10 s；实施例2的切削液的稀释液的pH值为9，消泡时间为12 s；实施例3的切削液的稀释液的pH值为9，消泡时间为11s。

2、沉降性试验

在装有5%浓度的稀释液的3个具塞量筒中，分别加入等量的石墨粉，摇晃，观察石墨粉的沉降情况并记录沉降时间，试验得到：实施例1的切削液的稀释液中石墨粉完全沉降时间为11 min；实施例2的切削液的稀释液中石墨粉完全沉降时间为9 min；实施例3的切削液的稀释液中石墨粉完全沉降时间为12 min。

3、防锈性试验

参照GB/T 6144-2010《合成切削液》的5.6节“腐蚀性试验”进行一级灰口铸铁防锈性试验，分别对3个实施例的切削液原液进行稀释，每个实施例的稀释液中原液的含量为2%和5%两种。35±2℃/24h单片试验后发现，一级灰口铸铁片均无锈蚀现象，表面光泽如新，达到A级合格标准。

对于实施例1的水性切削液，具体在唐山晶玉科技有限公司的DX2240、YBDX160S机型的金刚线多线切割机上进行应用试验，加工对象为钕铁硼，工件尺寸为220*360*150mm，切割为横9块、纵7块，总共63块，同时切割；金刚线直径为0.15mm、0.20mm，切割速度为600mm/hour；钢丝运行速度为1200m/min；工作台行程为180mm；供线轮储线量为30km；冷却液水槽容积为100L；水性切削液工作时间：持续工作60小时后换液。钕铁硼加工完成后，发现：利用实施例1的水性切削液进行多线切割，加工效率满足金刚线多线切割机的设计要求；加工工件的表面光洁度好，达到预设要求；冷却液水槽平均温度为40℃，冷却性满意；加工工件与切割丝间的接触压力较小，即“弓高”较低，说明切割能力满意；钕铁硼加工完成后72小时、120个小时观察不生锈，防锈性满意。此外，加工过程中气味不刺激、温和，环境友好，有利于工人健康；切削液可循环使用，无浪费，加工3天后收集的沉淀粉料可回收利用。该水性切削液在金刚线多线切割机上的应用试验总体效果满意。

Claims (7)

1.一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其特征在于，其重量百分比组成为：羧酸胺5～20%，水溶性润滑剂5～25%，防锈剂10～20%，杀菌剂0.5～4%，水溶性极压抗磨剂10～20%，三乙醇胺10～20%，沉降剂0.1～4%，苯并三氮唑0.01～0.1%，消泡剂0.01～0.5%，余量为水；所述的水溶性润滑剂为聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的混合物，聚醚酯、丙三醇和硫化脂肪酸的重量比为（10～45）：（3～18）：（2～20）。

2.根据权利要求1所述的一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其特征在于，所述的防锈剂为硼酸酯、硼酸、磺酸盐、石油磺酸钠和苯甲酸钠中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其特征在于，所述的杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮。

4.根据权利要求1所述的一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其特征在于，所述的水溶性极压抗磨剂为氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的混合物，氯化石蜡、磷酸酯和磷酸三甲酚酯的重量比为（10～60）：（3～10）：（2～5）。

5.根据权利要求1所述的一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其特征在于，所述的沉降剂为阳离子季铵盐类沉降剂。

6.根据权利要求1所述的一种用于硬脆材料多线切割的水性切削液，其特征在于，所述的消泡剂为水溶性非硅消泡剂。

7.权利要求1-4中任一项所述的用于硬脆材料多线切割的水性切削液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按照配比准确称取制备切削液所需各原料；

（2）将羧酸胺和水溶性润滑剂投入调和釜中，在常温下充分搅拌15 min，然后投入沉降剂并在常温下充分搅拌15 min，再投入防锈剂、杀菌剂、水溶性极压抗磨剂和三乙醇胺并在常温下充分搅拌20 min；

（3）将苯并三氮唑与水混合，充分搅拌使苯并三氮唑完全溶解，得到混合物，并将该混合物投入所述的调和釜中，之后在常温下充分搅拌20 min；

（4）常温下向调和釜内投入消泡剂，常温下充分搅拌30 min，即制备得到水性切削液。