金属加工液产品研发过程的严谨与灵动

中国石化润滑油有限公司上海研究院

严谨,是科研人员的基本素质。油品研发工程师面对一项新的研发任务时,会根据项目的技术指标和经济指标制定可行的研发方案,然后用科学的试验方法开展配方研究,用标准的技术指标表征产品的性能。在此工作流程中,研发人员必须以严谨的科研态度开展工作才能得到可靠的实验结果。然而这种严谨的试验程序往往只对那些标准性较强的润滑油产品才是可靠的研发途径,而在金属加工液和防锈剂产品的研发过程中,产品研发工程师如果只会按照标准方法按部就班地开展试验研究,便经常会碰到“测试指标是好的,但是产品在现场是不好用的”的尴尬局面。这时候,如果没有灵动的思维方式,没有积极的创新意识,往往就无法走出困局。

创新是走出困境的钥匙

金属加工液产品与其他润滑油产品相比是标准性较差,往往越是高端产品,越是很难用标准方法和质量指标来表达产品的优异性能。产品研发工程师在遇到用标准和质量指标无法表征产品使用性能的时候,唯一出路就是创新,只有大胆地创新,才能够找到解决问题的钥匙。

某厂有一套蜗壳的清洗包装生产线,产品蜗壳用于出口,曾经几度发生产品出口到境外后出现工件锈蚀,厂方为此花费很多精力选择国内外优异的防锈油产品,可是由于出现锈蚀的现象是偶发,况且产品储存时间较长,做一次封存试验就需要几个月的时间,因此几年来该问题一直未能得到解决。科研人员接到研发任务后,首先按照防锈油的试验程序,根据工件和工艺要求,用标准试验方法进行严格的配方研究,筛选出一批性能优异的防锈剂产品供厂方试用。遗憾的是几个月后的封存试验结果却是以失败告终。大家都知道封存防锈油的过硬指标是湿热试验和盐雾试验数据,那么为什么严谨的试验数据不能保证产品的防锈性能呢?仔细研究工艺和产品,发现蜗壳工件是非规则的,有凸凹面,也有深孔,而前道工序用的清洗剂是水溶性产品,虽然经过后续的烘干过程,但是生产线是敞开式,随着季节变化,就可能发生某些部位残留水分的情况,因此该封存防锈油应该具备一定的脱水性,但是由于脱水防锈油不具备太强的封存防锈效果,所以该产品的脱水性和防锈性能的平衡点在哪里就成为关键因素。因为没有任何现成的试验方法可以解决这个问题,产品研发者就只能依靠防锈油的标准试验方法去筛选防锈油的配方,所以就无法配制出满足工厂实际需求的防锈产品,这也是多年来若干个国内外优质产品全部宣告失败的原因。在这种困境中,即使翻遍了防锈理论书,研究透了腐蚀理论、电化学腐蚀理论,熟知了各种防锈油的标准试验方法,仍然不知道用什么办法可以配制出合格的产品。此种情况下,油品研发工程师只有跳出标准试验方法和标准质量指标的局限,用灵动和创新的思维方式去探索,才有机会找到打开困局的钥匙。

既然标准的试验方法都失效,科研人员就设计了一个脱水防锈测试包,简单到用一块纱布包上一点铁屑就可以完成试验。由于铁屑的形状是卷曲的,不规则的金属表面对清洗剂有较强的吸附作用,所以把测试包分别浸入清洗剂和防锈油并记录其沥水速率和发生锈蚀的时间,就可以快速测试防锈油在复杂金属表面的脱水性,同时又可以测试产品在快速脱水的前提下的锈蚀倾向。用这样一个简单的测试包来评价该工况下防锈油的性能,不仅大大加快了添加剂的筛选速度,而且实验室测试结果与实际生产工艺的吻合度极高,研制的产品100天封存防锈试验结果是工件100%无锈蚀!

由此可知,严格地按照标准方法和产品指标做配方筛选,只是油品研发工程师的基本功,在面对真正的难题时,科研人员的灵动和创新能力才是成功的关键。脱水防锈测试包看起来不如标准防锈性试验方法那么严谨规范,但是它可以在较模糊的状态下找到影响产品性能的关键因素。“不管白猫黑猫,捉住老鼠就是好猫”,这种相对模糊的概念,在政治路线面前会受到一些质疑,然而这种模糊理论在一定条件下却是真正的大智慧。有些东西,如果影响了你前进的步伐,不如就先模糊一些因素,捉到老鼠才是硬道理。金属加工液,满足使用需求才是硬道理。当你发现严谨的理论和标准都无能为力的时候,不妨先模糊一些要素,只有放弃了一些东西,才会有动力去创新另外一些东西。

有严谨才有正确的灵动

金属加工液产品,如果按照产品质量指标在实验室研制配方,是一件相对简单的事情,工程师们对待这样的任务并不会感到棘手。可是要保证产品在苛刻条件下的现场好用,则是一件具有挑战意义的工作。如果只是像其他润滑油产品那样倚重产品的质量指标,产品研发工程师就经常会被现场莫名其妙的失败打击得晕头转向。通常解决现场使用问题的工作要比实验室工作困难的多,因此产品研发工程师在解决现场使用缺陷的时候,必须严谨执着,一丝不苟,甚至是锱铢必较。

曾有研发工程师在研制磨削液的时候,很快完成了实验室配方研究,产品的润滑、防锈等各项指标都合格,但是现场试用后,工件的加工效果就是不能满足要求。有人提醒说磨削液的铁屑量很大,铁屑的沉降性也会影响产品质量。于是该工程师按照指点在实验室用铁屑沉降性来筛选添加剂。找到了问题所在,配方研究很快完成了,不仅各项指标良好,产品的铁屑沉降性也与目标产品完全相同。工程师信心百倍的去工厂试验,遗憾的是产品仍然不能满足要求,使用自己产品的机床加工出来的工件表面很脏,加工液呈黑色,而使用目标产品的机床加工的工件干净,液体呈清澈状。工程师非常疑惑,我的试验工作很严格,我的产品不仅各项指标都很好,铁屑沉降性也与目标产品一样好,为什么我的产品就一夜之间就变成黑色?莫不是现场有什么意外情况发生?

怀疑现场有不合理情况的意外发生,这是金属加工液竞争现场经常发出的疑惑。然而大多情况下,还是产品本身的技术问题,只不过这些技术细节还没有被研发者所认知而已。

于是有人问工程师：

做试验的铁屑是哪里来的?

回答是现场机床下面取来的。

是哪台机床下取来的?

回答是目标机床下取来的。

那你再去你的机床下取来铁屑试试。

机床是一样的,刀具是一样的,加工材料是一样的,工艺参数也是一样的,难道铁屑会不一样?

自己试验机床的铁屑取来了,放在自己的产品中,液体立即变成黑色。把自己的铁屑放到目标产品里面,目标产品也立即变黑。

由此可知,现场没有发生人为的意外情况,而是自己的产品本来会变黑。

那么为什么实验室测试过铁屑沉降性完全相同的产品,在现场却出现完全不同的效果呢?

这是因为目标产品磨下来的铁屑颗粒与自己机床磨下来的铁屑颗粒形状和尺寸不同,所以尽管研制出了与目标产品铁屑沉降性相同的产品,可是自己的产品仍然无法满足使用要求。

那么为什么同样机床、同样刀具、同样材料、同样加工工艺条件下,别人磨下来的细颗粒与自己产品磨下来的铁屑颗粒有如此大的区别呢?

那是因为产品研发者只知道用标准试验方法和已知的质量指标去评价并配置磨削液产品,还没有学会灵活机动地针对产品特殊需求来制定产品目标,他还需要学习表面化学知识,还需要学习摩擦化学知识,还需要深入了解抗磨剂和极压剂的微观行为。抗磨剂和极压剂,不只是用来体现产品的摩擦系数和极压性的,也不只是用来保障刀具寿命和工件的表面光洁度的,它们不同的组合,还会悄悄地影响铁屑的形状和尺寸,而铁屑的形状和尺寸很多时候又是磨削液产品成败的关键。可是这一切的关键因素,在标准方法和产品质量指标中都找不到答案。

金属加工液,一步一风景,没有严谨,便挂一漏万,没有灵动,则寸步难行。

灵动源于扎实的理论基础

金属加工液的产品研发工程师在入职时,都会首先学习润滑理论、腐蚀理论、化学理论、金属加工知识以及油品和添加剂知识等。可是由于标准和理论在金属加工液领域体现得有点委婉和深奥,因此不管你学习了多少知识,在开始参与产品研发的工作时,总是会感到步步艰辛,落入“看山不是山,看水不是水”的迷茫中。

某汽轮机厂生产低压转子,加工材质为特殊合金钢,单个工件的加工周期需要一个月左右的时间,由于加工条件苛刻,对切削液的润滑性、冷却性、防锈性、抗微生物性能等都要求很高。该厂油品管理工程师对一切来访的油品供应商宣称：“本设备只用进口油,国产品一概不考虑” 。可是由于中国南方的气候潮湿,该生产线每年都会发生工件锈蚀的情况,在高温潮湿的气候下,一个工件后面还没有加工完成,前面的就发生锈蚀了,该厂试用过多个国外名牌切削液产品,总有一些项目不能满足要求。在厂方无计可施的前提下,中国技术才获得了进场试验的契机。

切削液研发工程师在攻克一个个技术难关后,产品基本满足了使用要求,唯一的不足是铁屑的颜色较深。按照传统理论,铁屑颜色深,表明切削液的润滑性不足,加工过程产生热量较高,需要提高产品的润滑性。于是工程师用多种方案调整了产品抗磨性和极压性,产品的实验室指标都有明显提高,可是现场的铁屑颜色却没有明显的改善。那么是散热性不够?于是工程师们又从产品的冷却性着手开展研究,然而试验结果仍然无解。改进润滑也不行,提高冷却也无用,在循规蹈矩的研究无法突围的时候,工程师决定改变产品的颗粒状态,结果一举成功,铁屑颜色立即变得光亮清洁。

试验虽然成功了,可是工程师却坦白地说,他仍然不知道在刀尖接触工件的微观一点上到底是怎样的情形?各种添加剂相互间是怎样作用的?切削液颗粒可以进入到刀尖的什么部位?高温高压下切削液的液珠爆破的一瞬间,究竟发生了什么?这一切都说不清楚,就更无法回答什么样的工况下需要什么样切削液颗粒的尺寸了。尽管什么都说不清楚,但是有一点是肯定的：这种跳跃式思维的源泉,一定是来源于理论知识的启迪。没有足够的理论知识,就没有灵动的跳跃思维。

结束语

金属加工液,简单又复杂。说简单,简单到支起一个大缸,就可以生产出可以销售的产品;说复杂,复杂到你熟读各种理论,掌握各种标准方法,了解到设备和工件的所有参数,还是经常会遭到意外的失败。这是因为金属加工液原本就是一个精彩纷呈的世界,产品研发工程师不仅要熟知相关理论、知识和标准,还有许许多多必须关注的细节,如果你只知道按照成熟的理论和严谨的标准去评价产品的使用性能,就像一个笨汉非要扛着扁担横在城门外一样,你是无缘进入那个精彩纷呈的世界的。说精彩,是因为金属加工液的每一个难题,都是一座学校,你只有智慧地走进大门,才可以享受到那个精彩世界里的饕餮大餐。