水溶性切削液浓度的测定方法及应用

＊刘建军 张思舜 刘吉生 张景利

（聊城市非公有制企业服务中心 山东 252000）

切削液在机械加工过程中扮演着重要的角色，可以提供冷却润滑、清洁排屑和防腐蚀等功能。切削液浓度的控制是保持切削过程稳定和加工质量优化的关键因素之一。本文将深入探讨切削液浓度控制的方法、浓度过高或过低的影响及适当的切削液浓度对加工质量的重要性。通过深入了解和实施切削液浓度的监测与调整，我们可以更好地优化切削过程，提高加工质量和效率。

1.切削液性能测定方法

(1)pH值测定方法

①使用pH试纸或pH计测量pH值。将pH试纸浸入切削液中，待试纸上的颜色出现变化后与试纸上的颜色比对，可以确定切削液的pH值。这种方法简便快捷，适用于一般的日常使用。

将pH电极插入切削液中，通过pH计测量电极所测得的电位值，进而计算得到切削液的pH值。这种方法更加准确和精确，适用于对溶液pH值要求较高的情况。

②根据pH值确定切削液浓度的范围。通常情况下，水溶性切削液的pH值范围通常在7～10之间，这是为了保证切削过程中液体的稳定性和最佳的切削性能。切削液的浓度与其所含的添加剂和润滑剂有关，例如冷却剂、润滑剂、抗菌剂等。

要确定切削液的浓度范围，最好向切削液供应商或生产厂家咨询。他们会根据切削液的特性提供相应的浓度要求和建议。此外，切削液的浓度也需要根据实际切削条件、切削材料和加工要求进行调整和优化[1]。

(2)折光率测定方法

①使用折光仪测量切削液的折光率。使用折光仪进行折光率测量时，首先，需要将切削液注入测量池中。然后，将仪器中的光源射向切削液中，通过测量出射光线与入射光线之间的角度变化或参考标准光线的偏移量，可以得到切削液的折光率。

折光率测定方法相对于pH值测定方法更加精确和准确，尤其适用于需要更高精度的浓度测量要求。然而，它需要使用专用的折光仪设备，因此具备一定的设备要求和操作技巧。在实际应用中，折光率测定方法常用于工业等领域对切削液浓度进行精确控制和质量检测。

②利用折光率与浓度之间的关系确定切削液浓度。确定切削液浓度需要率先建立折光率与浓度之间的关系模型。这个模型可以通过对一系列已知浓度的标准样品进行折光率测量和浓度测量，然后使用拟合方法（如线性回归或多项式拟合），可以用于根据已知数据拟合出一个数学模型，用来预测和估计未知数据。在切削液浓度测定中，拟合方法可以用于建立切削液浓度与测量方法的关系模型，从而通过测量结果推算出未知浓度切削液的浓度，来确定折光率与浓度之间的数学关系。一旦建立了折光率与浓度之间的关系模型，通过测量未知浓度的切削液的折光率，可以利用该模型来推算出其浓度。这种方法可以在实际生产中用于快速测量切削液浓度，并进行调整和控制，以保证切削液的工艺性能和稳定性。

不同类型的切削液和添加剂可能具有不同的折光率-浓度关系。因此，在使用该方法时，应根据具体情况进行适当的校准和验证。同时，对于特殊要求的切削工艺，可能需要进一步研究和优化折光率测定方法以提高测量的准确性和可靠性。

(3)密度测定方法

①使用密度计测量切削液的密度。使用密度计测量切削液的密度是一种常用的方法，通过密度值可以间接推算切削液的浓度。在使用密度计进行测量时，首先，需要将切削液样品倒入密度计的测量腔中。然后，密度计将通过测量样品的质量和相应的体积，计算出切削液的密度值。一些现代化的密度计甚至可以直接显示切削液的浓度。通过测量切削液的密度，我们可以了解其浓度。使用密度计测量切削液的密度相对简便，而且可以提供相对准确的浓度信息。然而，需要注意的是，密度与切削液的成分和温度也有关系，因此在进行测量时需要注意遵循标定要求和温度校正，以确保测量结果的准确性。另外，密度计的选择和操作也需要根据实际需求和样品的特性进行选择和调整。

②利用密度与浓度之间的关系确定切削液浓度。确定切削液浓度需要建立密度与浓度之间的关系模型。这个模型可以在考虑其他因素，如温度和压力的情况下，通过对一系列已知浓度的标准样品进行密度测量和浓度测量，然后使用拟合方法（如线性回归或多项式拟合）来确定密度与浓度之间的数学关系。一旦建立了密度与浓度之间的关系模型，通过测量未知浓度的切削液的密度，可以利用该模型推算出其浓度。这种方法可以在实际生产中用于快速测量切削液浓度，并进行调整和控制，以确保切削液的工艺性能和稳定性[2]。

(4)电导率测定方法

①使用电导率仪测量切削液的电导率。通过电导率可以间接推算切削液的浓度。电导率是指电流通过物质时，物质对电流的导电能力或导电程度。切削液的电导率与其浓度和离子性成分有关。在使用电导率仪进行测量时，首先，需要将电导率仪的电极或传感器置于切削液中。然后，电导率仪会通过测量样品中的电流和相应的电压，计算出切削液的电导率值。一些现代化的电导率仪甚至可以直接显示切削液的浓度。使用电导率仪测量切削液的电导率相对简便，而且可以提供相对准确的浓度信息。然而，需要注意的是电导率测量结果可能受到切削液的温度、污染物和离子成分等因素的影响，因此在进行测量时需要注意遵循标定要求和测量条件，以确保测量结果的准确性。

②根据电导率确定切削液浓度的范围。根据电导率确定切削液浓度的范围取决于切削液的成分和离子性质。一般而言，切削液的电导率与其浓度呈正相关关系，即浓度越高，电导率越大。具体的浓度范围可以通过实验测量和统计分析来确定。首先，需要获取一系列已知浓度的标准样品，并进行电导率测量和浓度测量。然后，通过对测量数据进行分析和拟合，建立电导率与浓度之间的关系模型。在理论上，可以通过根据已知浓度样品的测量结果拟合出一个数学模型，然后使用该模型来推算未知浓度样品的浓度。但是需要注意的是，各种特定切削液和添加剂的电导率-浓度关系可能是复杂的，可能受到其他因素的影响，如温度、离子种类和残留杂质等。

(5)pH测定重要性的体现

①切削液稳定性：pH值可以反映切削液的酸碱性，控制切削液的pH值可以保持其稳定性，还能延长切削液的使用寿命，并减少对设备和工件的腐蚀。

②润滑性能：切削液的pH值直接影响其润滑性能。适当的pH值可以提供良好的润滑效果，减少摩擦和磨损，防止切削过程中的卡刀和出错。

③冷却效果：切削液的pH值也会影响其冷却效果。在加工过程中，切削液通过吸收热量来冷却工件和刀具，保持加工温度的稳定。适当的pH值可以提供良好的冷却效果，避免过热和工件变形等问题。

(6)pH测定、折光率测定与切削液浓度测定的关系

①pH测定与切削液浓度测定：pH值是切削液中酸碱性的度量，而切削液浓度则指切削液中添加的液体或固体成分的浓度。切削液的浓度可以通过pH值来间接推测。一般来说，切削液中添加的液体或固体成分越多，pH值往往会有所变化。因此，通过定期测定切削液的pH值，可以初步了解切削液的浓度情况。

②折光率测定与切削液浓度测定：折光率是物质对光的传播速度的测量，它与切削液中添加的溶解物的浓度有一定的关系。当切削液中溶解物的浓度增加时，折光率也会随之变化。因此，通过测定切削液的折光率，可以推测切削液中添加的溶解物的浓度情况。

2.应用

(1)切削液浓度的控制

①保持切削液浓度在适当范围内。使用适当的浓度测量方法，如密度计或电导率仪，定期监测切削液的浓度。根据测量结果，及时采取调整措施，确保浓度处于目标范围内；制定切削液的浓度标准，根据工艺要求和生产经验，确定适当的浓度范围。这些标准可以作为参考，确保切削液浓度的控制；定期检查和管理切削液中的添加剂。根据添加剂的作用和寿命，及时补充或更换添加剂，以保持切削液的性能和浓度稳定；定期清洁和维护切削液的供给系统。残留污垢和沉积物会影响切削液的稀释和浓度控制，因此清洁和维护系统十分重要；根据切削液的使用情况和浓度监测结果，控制切削液的补给量。确保补给量适当，以维持切削液浓度在目标范围内；通过回收和循环利用切削液，可以减少浪费和稀释，有助于保持切削液浓度的稳定。培训操作人员正确使用和管理切削液，掌握浓度控制的方法和技巧。提高操作人员对切削液浓度控制的重视和意识[3]。

②确保切削液性能的稳定和优化。根据切削材料、切削过程和工件要求，选择适合的切削液类型。不同的切削液具有不同的性能特点，如冷却性能、润滑性能、抗腐蚀性能等。添加剂是切削液性能的重要组成部分。监控添加剂的使用量和寿命，根据实际情况及时补充或更换添加剂，并遵循添加剂供应商的建议。切削液温度对性能稳定性至关重要。通过使用冷却设备、温控系统等手段，控制切削液的温度在合适的范围内，避免过高或过低的温度影响切削液性能。定期清洗和维护切削液循环系统，清除沉淀物、杂质和污垢。保持切削液循环系统的通畅和清洁能够提供更稳定和可靠的切削液性能。提供切削液使用和管理的培训，确保操作人员了解切削液性能的重要性，正确操作和监控切削液的使用。定期进行切削液性能的测试和评估，如测量润滑效果、冷却效果和刀具寿命等，及时发现并解决性能问题[4]。

(2)切削液浓度对加工性能的影响

①浓度过高或过低的影响。浓度过高：如果切削液浓度过高，可能会导致切削液在切削过程中的黏性增加，影响切屑的有效排出，增加摩擦和积聚热量，从而引起切削工具的过热、磨损和寿命的降低。此外，浓度过高还可能导致工件表面的切削液残留和润滑不良，影响加工表面的质量。

浓度过低：如果切削液浓度过低，将无法提供足够的润滑和冷却效果，导致切削区域过热，切削工具磨损加剧，加工表面质量下降，甚至可能引发刀具断裂等问题。此外，浓度过低还会导致切削液的抗腐蚀性降低，切削液容易受到污染，加速切削液的老化和变质。

②适当的切削液浓度对加工质量的重要性。适当的切削液浓度可以有效冷却并润滑切削区域，降低切削温度，减少热变形，防止工件表面的氧化和炭化，提高切削精度和表面质量；可以减少切削力，降低切削摩擦，减少磨损和刀具的热膨胀，提高切削工具的寿命；可以有效冲洗切屑、刀屑和切削液中的金属碎屑，保持切削区域的清洁，减少切削液中残留物的堆积和阻塞，提高加工的稳定性和效率；切削液中通常添加有抗腐蚀剂，适当的浓度可以保护工件和切削区域不受锈蚀和腐蚀的影响，保持加工表面的平整度和光洁度。

(3)切削液浓度的监测与调整

定期监测切削液的浓度是确保切削过程稳定性和质量的重要步骤。根据测量结果，如果切削液浓度过低，可以增加浓缩剂的添加量或直接添加切削液来提高浓度。如果浓度过高，可以适量稀释切削液或通过补充清水来降低浓度；根据测量结果调整切削液的供给量。如果浓度过低，可以适当增加切削液的供给量。如果浓度过高，则可以减少切削液的供给量。如果经过调整仍无法达到目标浓度范围，可能需要考虑更换新的切削液，确保切削液质量和性能符合要求。除此之外，也可以采取其他辅助措施来调整和控制切削液浓度，如添加剂管理、切削液循环系统的清洁和维护等。

3.结论

在切削液性能测定中，pH值测定、折光率测定以及密度测定是常用的方法。这些测定方法可以帮助评估切削液酸碱性、浓度和稳定性等关键性能指标。切削液的pH值可以反映其稳定性、润滑性能和冷却效果，通过使用pH试纸或pH计测量pH值可以对切削液的酸碱性进行初步评估。折光率测定方法相对更准确和精确，可以提供精确的浓度信息，通过建立折光率测定模型可以推算切削液的浓度。密度测定方法可以提供间接的浓度信息，适用于快速测定切削液浓度，并可以通过建立密度与浓度之间的关系模型来推算切削液浓度。