CN112175708B - 一种铝合金切削液及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金切削液，其特征在于所述铝合金切削液的组分按照质量份数包括：按照质量份数聚甘油6‑8、柠檬酸钠0.5‑1、直长碳链二元酸钠盐3‑8、苯并三氮唑0.1‑0.6、三乙醇胺7‑10、硫脲1‑3、乳酸钠1‑4、聚醚多元醇2‑4、调节剂1‑3、去离子水10‑25，本发明的有益效果是：创造性的在水性切削液中引入聚醚多元醇，并通过添加醋酸铵将切削液的浊点的温度提升至铝合金切削液非作业区温度以上和铝合金切削液作业面温度以下，能够保证切削液在60℃的低温条件下保持水性切削液澄清流体状态，易于观察易于传热，并且还能够在90℃的高温以上条件下，出现乳浊很好的实现润滑和保护的效果。

Description

一种铝合金切削液及制备方法
技术领域：
本发明属于铝合金加工技术领域，更具体地涉及一种铝合金切削液及制备方法。
背景技术：
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，可塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性，是工业应用中最广泛的一类有色金属材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。而铝合金切削作为其加工过程中必不可少的一道工序，对于铝合金工业的发展进程发挥着不可替代的作用。
铝合金切削过程中易出现的问题：
1.铝的化学性质相对比较活泼，不仅在空气中较易氧化，而且在酸性环境和碱性环境下都会发生反应。
2.铝合金的热胀系数大，切削热能够迅速地扩展到铝材工件上，容易引起工件热变形，从而很难控制工件的尺寸，降低加工精度。
3.铝合金质软，塑性大，切削时易粘刀，在刀具上形成积屑瘤，高速切削时更可能在刀刃上产生熔焊现象，使刀具丧失切削能力，并影响加工精度和表面精糙度。
4.铝材具有高度的延展性，可能会形成长长的条状裂纹，这些裂纹会阻断切削区域，使切削过程变得困难，同时切下的碎屑难以被切削液带走。
5.铝合金的腐蚀形态主要表面为表面变色和孔蚀，表面变色是由褐色变为黑色，孔蚀是小而深的侵蚀，但有时孔蚀相互连通形成大的孔洞，析出白色的粉末，俗称白锈。
目前铝合金切削液多存在两种形式，一种是油性切削液，另一种是水性切削液，两种切削液各有利弊，
对于油性切削液优点是润滑性好，能够在铝合金切削面形成油膜，但是导热性差，易于变质具有一定的燃点；如专利号为201410362160.0的国家发明专利公开了一种铝合金专用切削液，十二烷基硫酸钠10-15份，乳化硅油1-4份，石油磺酸钠9-15份，十二烯基丁二酸3-7份，苯骈三氮唑1.5-3份，乳化剂8-13份，极压添加剂1.2-2.6份，机械油余量，该法为油性切削液，需要添加乳化剂和消泡剂，使用过程中，会产生大量的气泡，影响观察；
而对于水性切削液优点是流体性能好，导热性好，缺点是润滑性差。专利号为105001966B的国家发明专利公开了一种铝及铝合金切削液，该发明的切削液在使用过程中无泡沫，且为全合成水性切削液，在工件加工过程中使用本切削液可以方便的对工件进行观察监测，该专利为了解决水性切削液润滑性差的问题，引入大量的聚甘油，这样必然导致流体性能降低。
切削液在实际使用过程中，存在两种形态结构，一种是与金属和铣刀直接接触的一部分，该部分的切削液温度较高，需要很好地润滑性和防护性能，一种是与金属和铣刀非接触的一部分，该部分温度较低，需要很好的导热性的需求和观察需要。
也就是说，水性切削液具有优越的导热性，水性切削液特别是对于铝合金质软，塑性大，切削时易粘刀，在刀具上形成积屑瘤，高速切削时更可能在刀刃上产生熔焊现象，使刀具丧失切削能力，并影响加工精度和表面精糙度和铝材具有高度的延展性，可能会形成长长的条状裂纹，这些裂纹会阻断切削区域，使切削过程变得困难的问题难以解决；
而油性切削液能够很好解决上述问题，但是导热性差，易于染菌，容易起泡，不便于观察，具有燃点生产具有一定的危险性。
目前没有一个很好地切削液能够兼顾在实际使用过程中存在两种形态结构的实际需求。
发明内容：
为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种铝合金切削液，能够有效的解决没有一个很好地切削液能够兼顾在实际使用过程中存在两种形态结构的实际需求的问题。
本发明解决上述技术问题的具体技术方案为：铝合金切削液，其特征在于所述铝合金切削液的组分按照质量份数包括：聚甘油6-8、柠檬酸钠0.5-1、直长碳链二元酸钠盐3-8、苯并三氮唑0.1-0.6、三乙醇胺7-10、硫脲1-3、乳酸钠1-4、去离子水10-25。
进一步地，所述的铝合金切削液的组分还包括聚醚多元醇和醋酸铵，按照质量份数聚甘油6-8、柠檬酸钠0.5-1、直长碳链二元酸钠盐3-8、苯并三氮唑0.1-0.6、三乙醇胺7-10、硫脲1-3、乳酸钠1-4、聚醚多元醇2-4、调节剂1-3、去离子水10-25。
进一步地，所述的直长碳链二元酸钠盐包括癸二酸钠或十一碳二元酸钠或十二碳二元酸钠的一种或两种以上的混合物。
进一步地，所述的调节剂为有机铵盐。
进一步地，所述的有机铵盐为醋酸铵。
进一步地，铝合金切削液的制备方法，其特征在于按照质量份数称取聚甘油6-8、柠檬酸钠0.5-1、直长碳链二元酸钠盐3-8、苯并三氮唑0.1-0.6、三乙醇胺7-10、硫脲1-3、乳酸钠1-4，聚醚多元醇2-4、醋酸铵1-2，并将上述物料溶于去离子水中，去离子水的质量份数为10-25，调pH至8.0-9.6，配置成切削液母液，使用时，利用去离子水将切削液母液稀释至2-10倍。
本发明的有益效果是：
本发明创造性的在水性切削液中引入聚醚多元醇，并通过添加醋酸铵将切削液的浊点的温度提升至铝合金切削液非作业区温度以上和铝合金切削液作业面温度以下，能够保证循环使用的切削液在60℃的低温条件下保持水性切削液澄清流体状态，易于观察易于传热，并且还能够在90℃的高温以上条件下，出现乳浊很好的实现润滑和保护的效果；
从而满足了水性铝合金切削液在实际使用过程中，两种形态结构的需求，即是与金属和铣刀直接接触的一部分，该部分的切削液温度较高，需要很好地润滑性和防护性能，另一种是与金属和铣刀非接触的一部分，该部分温度较低，需要很好的导热性的需求和观察需要。
具体实施方式：
在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的具体实施方式：
实施例一：
铝合金切削液，称取聚甘油6kg、柠檬酸钠0.5kg、癸二酸钠3kg、苯并三氮唑0.1kg、三乙醇胺7kg、硫脲1kg、乳酸钠1kg、聚醚多元醇2kg、醋酸铵1kg、去离子水10kg,调pH至8.0，配置成切削液母液，使用时，利用去离子水将切削液母液稀释至2倍；
实施例二：
铝合金切削液，称取聚甘油8kg、柠檬酸钠1kg、十一碳二元酸钠8kg、苯并三氮唑0.6kg、三乙醇胺10kg、硫脲kg、乳酸钠kg、聚醚多元醇4kg、醋酸铵3kg、去离子水25kg,调pH至9.6，配置成切削液母液，使用时，利用去离子水将切削液母液稀释至10倍；
实施例三：
铝合金切削液，称取聚甘油7kg、柠檬酸钠0.8kg、癸二酸钠与十一碳二元酸钠与十二碳二元酸钠按照1:1:1混合的混合物5kg、苯并三氮唑0.4kg、三乙醇胺8kg、硫脲2kg、乳酸钠3kg、聚醚多元醇3kg、醋酸铵2kg、去离子水15kg,调pH至8.5，配置成切削液母液，使用时，利用去离子水将切削液母液稀释至5倍；
对比例一：
制备方法同实施例三，所不同的是：本对比例的制备过程中，未添加调节剂醋酸铵；
对比例二：
制备方法同实施例三，所不同的是：本对比例的制备过程中，将调节剂醋酸铵替换成醋酸钠；
对比例三：
制备方法同实施例三，所不同的是：本对比例的制备过程中，将调节剂醋酸铵替换成硫酸铵；
对比例四：
制备方法同实施例三，所不同的是：本对比例的制备过程中，未添加聚醚多元醇。
将上述实施例和对比例所制备的铝合金切削液，稀释后用于铝合金常规加工；
(1)将上述实施例和对比例所制备的铝合金切削液，分别加热至60℃或90℃按照采用销盘摩擦磨损试验法在MMW-1万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，
表1：不同温度下模拟处理的铝合金摩擦磨损情况对比
Figure BDA0002684567680000061
备注：A:无犁沟存在；B:局部磨损表面的犁沟变浅，大部没有犁沟存在；
C:大部均具有犁沟存在，且犁沟叫深；Ⅰ：澄清且流动性好；Ⅱ：乳浊
由表1分析可知：
通过添加聚醚多元醇和调节剂醋酸铵，能够保证切削液在在60℃低温条件下保持澄清流体状态，并且还能够在90℃高温条件下：出现乳浊现象很好的实现润滑的效果；
从而满足了铝合金切削液在实际使用过程中，存在两种形态结构，一种是与金属和铣刀直接接触的一部分，该部分的切削液温度较高，需要很好地润滑性和防护性能，一种是与金属和铣刀非接触的一部分，该部分温度较低，需要很好的导热性的需求和观察需要。
(2)将上述实施例和对比例所制备的铝合金切削液，稀释后用于铝合金常规加工，对加工后的铝合金摩擦磨损情况对比，
表2：不同配方对加工后的铝合金摩擦磨损情况对比
Figure BDA0002684567680000062
由表2数据分析可知：
通过添加聚醚多元醇和调节剂醋酸铵，能够保证切削液在非作业区保持澄清流体状态，由于该区与加工工装和工件非接触，且充满循环使用的水性的切削液，该区温度较低，经测量在室温为24℃条件下，该区温度为45-65℃之间，实际使用时，切削液保持澄清流体状态，易于导热和观察；
铣刀和加工工件直接接触，温度较高，经测量在室温为24℃条件下，该部位温度为90以上，切削液出现乳浊现象，在金属表面形成薄膜，起到了很好的润滑效果，避免了铝合金面的破损，也避免了积屑瘤的产生，并且能够进入犁沟，也避免了白锈的产生。
(3)将上述实施例和对比例所制备的铝合金切削液进行浊点的测量
将上述实施例和对比例所制备的铝合金切削液按5倍浓度稀释后，取50mL，向50mL刻度试管中倒入30mL，***温度计，然后将试管移入烧杯中，加热，同时用温度计轻轻搅拌溶液，直至溶液完全呈浑浊状溶液的温度应不超过浑浊温度(10℃)，停止加热，试管仍保留在烧杯中，用温度计轻轻搅拌溶液使其慢慢冷却(冷却速度应不超过0.5℃)，记录浑浊消失时的温度。平行测定2～3次，取平均值，即为该浓度时多元醇的浊点；
表3：不同配方切削液浊点测定
聚醚多元醇 调节剂 浊点/℃
实施例三 + 醋酸铵 80
对比例一 + 无 60
对比例二 + 醋酸钠 52
对比例三 + 硫酸铵 48
对比例四 无 醋酸铵 无
由表3可知:
通过各个对比例对比可知：调节剂的选择可以影响聚醚多元醇出现乳浊现象的温度，其中无机盐硫酸铵和有机钠盐醋酸钠一定程度上的降低了浊点的温度，这样就会导致切削液在低温调件下使用过程中出现浑浊不易观察，而醋酸铵一定程度上的升高了浊点的温度，遇切削高温时润滑、水冷后逆溶；这样就会保证切削液在低温调件下使用过程中澄清易于观察，在金属表面出现乳浊，保证润滑的效果。
综上所述：本发明创造性的引入聚醚多元醇，并通过添加醋酸铵将切削液的浊点的温度提升至铝合金切削液非作业区温度以上和铝合金切削液作业面温度以下，能够保证切削液在60℃的低温条件下保持澄清流体状态，并且还能够在90℃的高温条件下出现乳浊现象很好的实现润滑的效果；
从而满足了铝合金切削液循环使用过程中，存在两种形态结构，一种是与金属和铣刀直接接触的一部分，该部分的切削液温度较高，需要很好地润滑性和防护性能，一种是与金属和铣刀非接触的一部分，该部分温度较低，需要很好的导热性的需求和观察需要。

Claims (3)

1.一种铝合金切削液，其特征在于所述铝合金切削液的组分按照质量份数包括聚甘油6-8、柠檬酸钠0.5-1、直长碳链二元酸钠盐3-8、苯并三氮唑0.1-0.6、三乙醇胺7-10、硫脲1-3、乳酸钠1-4、聚醚多元醇2-4、调节剂1-3、去离子水10-25，
所述调节剂为醋酸铵。
2.根据权利要求1所述的铝合金切削液，其特征在于所述的直长碳链二元酸钠盐包括癸二酸钠或十一碳二元酸钠或十二碳二元酸钠的一种或两种以上的混合物。
3.一种铝合金切削液的制备方法，采用了权利要求1或2所述铝合金切削液配方，其特征在于所述铝合金切削液的制备方法按照质量份数称取聚甘油6-8、柠檬酸钠0.5-1、直长碳链二元酸钠盐3-8、苯并三氮唑0.1-0.6、三乙醇胺7-10、硫脲1-3、乳酸钠1-4，聚醚多元醇2-4、醋酸铵1-2，并将上述物料溶于去离子水中，去离子水的质量份数为10-25，调pH至8.0-9.6，配置成切削液母液，使用时，利用去离子水将切削液母液稀释至2-10倍。
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