浅析切削润滑剂的润滑快速测定法

刘旭

摘要：润滑剂作为减小摩擦作用以及阻力的一种试剂，其是缓解摩擦和防止损失的最佳方法。同时润滑剂还有冷却、清洁以及防污染的效果。因此，对润滑剂进行改善是非常有必要的，可以在润滑剂当中添加有效的成分，以加强润滑剂的性能和效果。在对机械设施采取润滑的时候，主要是通过机械设施将润滑剂输送到需要润滑的位置，对设备仪器进行润滑，以保护机械设施因摩擦阻力过大而造成损害。因此，本文就对切削润滑剂的润滑性能进行了研究，借助简单快速低成本的切削液润滑性测试方法对切削润滑剂的润滑快速测定法进行了实验。将最大攻丝扭矩作为切削润滑性指标，进行探讨。

关键词：切削润滑剂；润滑性；测定方法；攻丝扭矩

如今润滑剂的应用范围极其广阔，被应用在许多的领域当中，而我国作为制造业和生产大国，会涉及到很多机械设施的切削环节，所以我国对切削润滑剂的应用量非常的巨大。同时润滑剂首先必须起到有效的润滑效果，其次还必须满足实际的要求以及多种多样的特殊需求，这些需求会根据实际的工况、环境、气候、场所以及地区的不同而发生变化。因此，对切削润滑剂的润滑性能进行研究是非常必要的。如今判别切削润滑剂的性能如何，除了在实际工作当中采取试验以外，还没有任何有效的、简单的、快速的模拟测定方法。我国主要是利用四球机PB当作切削润滑的评价指标，但是四球机与切削摩擦副材料非常的不统一，因此四球机无法准确的反映出切削过程中润滑的情况。攻丝扭矩测试仪作为专门对切削加工过程进行研究的测量装置，最为典型的代表装置就是美国的FalexⅡ型攻丝扭矩测量仪，不过这种测量仪的价格极其高，而且测量当中所用到的费用也非常大巨大，使用具有限制。为此，我们就利用了力矩测试系统的理论，再结合目前四球机（厦门出产的MS-800），研发出了简易的攻丝扭矩测试装置。通过此装置对不同的材料展开了攻丝实验，例如：45#钢、不锈钢、铜以及铝等。测试的结果和实际应用结果基本一样，同时将常用的润滑剂菜油和蓖麻油展开了比较，也显示出此装置具有良好的实用性和可靠性。同时也给实验室对润滑剂的选择与工厂对润滑剂质量的检测方面带来了有效的作用。

一、对植物型润滑剂的研究

如今随着润滑剂品种的不断增加，以及在选择润滑剂的时候，通常应根据具体的应用情况、材料、环境、范围以及性能等方面进行选择。随着我国环境保护政策的实施，使得环境友好型润滑剂越来越受重视。植物型润滑剂也就是环境友好润滑剂，环境友好（Environmentally friendly）润滑油作为一种生态类的润滑油（Eco-Lubricant），还被称作为环境无害润滑油（Environmentally Harmless Lubricant）、环境兼容润滑油（Environmentally Acceptable/Adapted Lubricant）和环境满意润滑油（Environmentally Considerate/preferable Lubricant）。其不仅可以达到设备所要求的应用效果，还可以被活性微生物分解变成CO2与水，起到保护环境的效果，属于绿色润滑油（Green Lubricant），正好符合我国环境保护的基本政策，以及可持续发展的基本战略。我们本次实验正是使用常见润滑剂菜油和蓖麻油进行的，它们都属于环境友好型的润滑油。

（一）对菜油的研究

菜油的分子里具有充分的双键，经过氧化时极易产生聚合成空间立构型油泥，这种油泥属于不溶解的物质。如果将菜油变为菜油乙酯，那么经过氧化后就不易生成油泥，所生成的物质粘性很大，而且溶于油。另外，菜油乙酯的技术简单，有良好的润滑性以及粘性，可用来进行润滑油的改进。菜油可以通过环氧后与不同链长的醇发生反应，形成氧化性极其稳定的改性菜油。对改性菜油和不同的脂肪醇反应后其润滑性及摩擦性的研究发现：改性菜油的润滑性会随直链醇链长的增长而降低，摩擦性能会随链长的增长而增大。通过实验发现异辛醇改性菜油的氧化性能极其的稳定，润滑性能极其的良好，可用来做高档润滑油。

（二）对蓖麻油的研究

经过改良后的蓖麻油形成了两种新型的蓖麻油，既提升了蓖麻油的氧化性能，又增强了其润滑的性能。通过对环氧蓖麻油与异辛醇的酯交换反应以及异构醚化反应形成了新的蓖麻油，改良后的蓖麻油（1）又和乙酸酐酯化合作用形成了改性蓖麻油（2）。将改性蓖麻油（1）与改性蓖麻油（2）相比，发现改性蓖麻油（2）的氧化性能非常稳定，有效提升了蓖麻油的氧化稳定性能以及润滑性能。

二、测试系统的应用原理

此方法把四球机的顶球夹具换成丝攻夹具，将四球机活塞换为螺母试样夹具，再套在有油润滑的活塞套筒当中，用于减少摩擦。此测试的基本原理为将螺母试样夹具的手柄和扭矩传感器相触碰，使四球机在100-1800rpm的转速范围内进行调节，然后把传感器的信号不断放大，最后采用记录仪描绘出扭矩的时间曲线图。曲线的最高端代表着攻丝过程当中最大的扭矩Tmax。其中，Tmax代表着润滑性能的情况，Tmax越小表示其润滑性能就越好。

三、實验部分

（一）实验所用的材料

实验的材料包括：丝锥、螺母试样以及润滑剂。第一，丝锥。对于丝锥应该使用标准的M10，采用首攻加工螺母坯当作实验的试样，这主要是为了统一螺母坯的孔内尺寸。然后使用第二攻丝锥采取测试。第二，待攻螺母试样。对于待攻螺母试样应分别采用45#钢，H62铜，LY12铝以及1Cr18Ni9不锈钢的。其中45#钢和铜材质的待攻丝螺母孔的直径应为9.5mm，铝的直径应为9.0mm。如果铝的孔直径为9.5mm，其扭矩显示会较小。第三，润滑剂。对于切削润滑剂应选用VG10#的基础油，VG10#+20%的极压剂，菜油以及蓖麻油。

（一）实验的步骤和方法

实验的步骤和方法分为5个环节，分别为：（1）接通电源并将笔式记录仪清为零。（2）转速应为180rpm。（3）固定好准备加工的螺母，同时注入润滑剂。（4）开启电机，并打开记录仪，进行攻丝切削。（5）当攻丝完成后，反转电机并退出丝锥。

四、实验的结果和评价

（一）测试的周期

每次的测试大概两分钟左右便可出来结果。

（二）实验的精度与误差

对于不同材质的待攻螺母（主要为45#钢、铜、铝）在VG15#的基础油里，通过我们所研发的简易的攻丝扭矩测定方法展开实验。实验主要利用10个待攻螺母，用来观察此测试系统的实验精度，然后对实验的误差进行分析。将最大攻丝扭矩当作参考对象，对不同材质的攻丝螺母的测量数据进行统计和分析，并对存在的误差进行计算和分析，结果显示：首先，对于45#的钢。其最大实际绝对误差为0.052N.m，最大实际相对误差为2.65%，标准差为0.036N.m。其次，对于铝。其最大实际绝对误差为0.048N.m，最大实际相对误差为2.35%，标准差为0.025N.m。最后，对于铜。其最大实际绝对误差为0.041N.m，最大实际相对误差为2.82%，标准差为0.027N.m。从这些对比的结果可以看出此测量装置的精确度还是挺高的，具有基本的可靠性和实用性。

（三）测试系统的可靠度分析

为了证实我们所研发的简易攻丝扭矩装置的可靠性以及此测试方法对切削润滑剂性能研究的精确度，我们将现阶段切削过程当中较为基础的菜油以及蓖麻油当作实验的试样，和普通矿油（VG15#）切削润滑剂的性能展开了比较，对其的可靠程度采取了分析。根据实验的结果总结发现：在实验当中，对于难以加工的不锈钢材质所使用的普通矿油进行润滑的切削性能比菜油和蓖麻油进行润滑的切削效果要差很多。由此装置进行的实验结果Tmax和实际经验总结的结果相同，由此可见，本实验的结果非常地真实、有效、可靠。四球机实验（PB值以及磨损的直径）根本体现不出来菜油以及蓖麻油具有良好的切削润滑效果（不算含极压剂的润滑油）。

（四）设备及其操作的费用

本次实验所花费的成本和费用与美国的FalexⅡ型攻丝扭矩测量仪相比要低的多得多，而且我们所研发的装置还非常的简易，操作简单、可靠。同时测量结果非常的快速，每次测试操作大概两分钟左右就能得出结果。

五、结论

我们主要是参见美国的FalexⅡ型攻丝扭矩测量仪而研发出了一种简易的、便捷的、快速的易操作的攻丝扭矩测试装置，这种装置的测量成本以及所花费的费用非常的低，并且每次实验大概只用2分钟便可得出结论，因此非常的快速。我们对不同材质的待攻螺母分别做了攻丝扭矩的实验，待攻螺母的材质主要包括45#的钢、铜、铝和不锈钢等。在实验当中得出误差，然后对误差进行处理和分析，发现测量结果的误差在3.0%之内，与四球机PB值以及磨损直径法相比本次评价切削润滑剂的简易测量法更加的接近事实，符合实际当中所积累的经验结果，因此，充分的证实了本装置的实用性、准确性和可靠性。同时还发现了植物润滑剂的优点及对切削设备良好的润滑效果，不仅保护环境，还增大了对润滑剂的探索范围。

参考文献

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（作者单位：泰倫特生物工程股份有限公司）