气缸套环保型准干切削液的研究

2021-09-10闪海南高颖刘栋贾智博

内燃机与配件 2021年10期

关键词：环保

闪海南高颖刘栋贾智博

摘要：气缸套机加工制造中切削以喷淋切削液的湿式方式进行的，随着社会环境保护和可持续发展意识的提高，人们开始关注切削液带来的一系列负作用，切削液的储存、配置、使用及回收等过程中均有较为严重的环境污染。本文研究了一种气缸套环保型准干切削液，在使用的全部过程，没有任何味道，对环境影响小，润滑剂的使用量减少 5%，30 天使用性能基本稳定，具有广阔的应用前景。

Abstract： In cylinder liner machining manufacturing， cutting is carried out by spraying cutting fluid in a wet way. With the improvement of social environmental protection and sustainable development consciousness， people begin to pay attention to a series of negative effects brought by cutting fluid. There are serious environmental pollution in the storage， configuration， use and recovery of cutting fluid. In this paper， a kind of environmental protection quasi dry cutting fluid for cylinder liner is studied. In the whole process of using， it has no smell and has little impact on the environment. The usage of lubricant is reduced by 5%. The performance is basically stable in 30 days. It has broad application prospects.

关键词：气缸套;环保;准干切削液

Key words： cylinder liner;environmental protection;quasi dry cutting fluid

中图分类号：TG174.42+1 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）10-0056-02

0 引言

氣缸套是内燃机的核心零部件，它的性能直接影响着发动机的新能气缸套所用材质为合金铸铁，常常采用离心铸造完成。由于离心铸造过程采用喷水冷却工艺，硬度相对于砂型铸造灰铸铁硬度更高，因此在气缸套机加工制造中，尤其是在自动化程度较高的数控机床、加工中心和自动线上是以喷淋切削液的湿式方式进行的。使用切削液的主要目的是排屑、降低加工区（刀具和工件切削区）温度、改善加工过程中刀具与工件间的摩擦，减少刀具磨损，提高刀具的耐用度。从而提高气缸套机械加工的生产效率，降低生产成本。但是随着社会环境保护和可持续发展意识的提高，人们开始关注切削液的整个生命周期，关注使用切削液带来的一系列负作用。首先，切削液的制造、配置、使用、回收、处理及排放需要消耗大量的能源和资源（劳动、化工材料、油料、水及空间）。

另一方面，切削液的储存、配置、使用及回收等过程中均有较为严重的环境污染，及对工人的身体健康有很大的危害。而气缸套加工过程完成之后，对气缸套及切屑表面形成的切削液附着物进行清洗处理时，又产生了所谓的“二次污染”效应，而且切削液的使用会提高生产成本。

在提倡节能减排、环境保护、绿色生产的今天，急需一种新的气缸套切削加工工艺，准干切削技术应允而生，准干切削技术是一门近几年发展起来的金属切削加工新技术，就是在金属切削加工过程中使用准干润滑系统进行润滑，该技术的发展需要研究一种适用于气缸套金属切削工艺中配合准干润滑装置使用的环保型水溶准干切削液。本文正是为了克服现有切削液的技术不足，研发环保型准干切削液。该环保型水溶准干切削液适用于气缸套切削加工工艺中，配合准干润滑装置使用，能代替原有的传统的以矿物油或植物油或切削液作为金属加工切削油/液，可以使切削液使用量大幅减少，同时具有良好的防锈性和极压抗磨性，冷却性能良好，显著提高生产效率，降低生产成本。

本文在中原内配集团有限公司机械加工车间试验，试验毛坯为普通硼铸铁，产品型号为云内490，试验设备为CP7620，试验工序为粗车工艺，采用刀具为硬质合金YG3材质，加工余量1-1.2mm。

1 环保型准干切削液的制备

它是先由乙二醇与硼酸按摩尔比2：1反应得到二乙二醇硼酸醋后，再由二乙二醇硼酸醋与环氧乙烷按摩尔比1：（10-20）发生聚合反应得到的，其化学式为：

其中n为10-20的整数。

配置工艺为：

1.1 制备二乙二醇硼酸醋A

将乙二醇和硼酸按摩尔比2：1加入反应釜中，充入氮气保护，搅拌加热至160-180℃，保持恒温搅拌4-5h，减压排出反应生成的水，制备成二乙二醇硼酸醋A备用;其化学方程式为：

1.2 制备聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B（含聚乙二醇、硼酸钾盐和氢氧化钾）

称取二乙二醇硼酸醋A和氢氧化钾加入用0℃左右的冰盐水循环冷却的聚合釜中搅拌，然后向聚合釜中通入氮气转换釜内空气，当聚合釜中氮气保持正压时，用氮气进料罐将环氧乙烷推进聚合釜，同时搅拌升温至100-120℃，压力调节至0.3-0.4MPa，聚合反应5-16h以后，用氮气将聚合釜内的聚合物挤出，即得聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B （含聚乙二醇、硼酸钾盐和氢氧化钾）。其二乙二醇硼酸醋A：环氧乙烷摩尔比为1：（10-20），制备聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B的反应方程式为：

其中，m为不确定整数。

1.3 制备环保型准干切削液

步骤2中得到的聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B（含聚乙二醇、硼酸钾盐和氢氧化钾）加入含磷酸钾盐的去离子水中搅拌均匀，即制得环保型水溶准干切削液。各组分的重量百分比为：聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B（含聚乙二醇、硼酸钾盐和氢氧化钾）占40-70%，磷酸钾盐1-2%，其余为去离子水。其中磷酸钾盐为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾中的一种或任意几种的混合物。

2 环保型准干切削液使用效果

配置完成其初始理化检测结果如表 1 所示，使用 30 天后其检测对比结果如表 2 所示。

从表1、表2可以看出：

①本文研究的切削液在使用的全部过程，没有任何味道，对环境影响小。

②环保型水溶准干切削液配合准干切削润滑装置使用，润滑剂的使用量每 1000 只缸套由40kg 降低至 0.2 kg，使用量减少 5% ，节能环保。

③本文研究的切削液使用性能基本稳定，30 天使用后理化指标没有很大变化，普通的切削液各项指标变化较大。

④具有很好的冷却性和润滑性，还具有良好的防锈性和极压抗磨性（加入磷酸盐有助于提高极压抗磨性）。

⑤具有良好的防锈性能，同时它是一种良好的表面活性剂，水溶性良好，同时水在加工时蒸发，可带走大量的热，是良好的冷却剂。

3 總结

①本切削液的配置方法为：称取磷酸钾盐加入去离子水中搅拌，再加入聚氧乙烷醚基二乙二醇棚硼酸醋聚合物 B （含聚乙二醇、硼酸钾盐和氢氧化钾），同时搅拌 2-3h，混合物透明后包装即为成品。

②环保型准干切削液在使用的全部过程，没有任何味道，对环境影响小。

③气缸套环保型水溶准干切削液配合准干切削润滑装置使用，润滑剂的使用量减少5% ，节能环保。