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1、2011届 材料化学专业毕业设计（论文）毕业设计（论文）题 目切削液的制备与性能研究专 业材 料 化 学班 级材 化072学 生吴 丹指导教师冯 拉 俊 教授 2011 年1切削液的制备与性能研究学 科： 材料物理与化学作 者： 吴 丹 （签名）指导教师： 冯拉俊（签名）摘要金属切削液是金属切削加工中不可缺少的辅助材料，是保证产品加工质量和提高切削加工效率的关键因素。但另一方面，切削液对人类环境造成了极大的危害。目前国内使用的水基切削液以乳化液为主，此类产品不仅使用寿命短，且对人体健康带来危害，对周围环境造成严重污染，加之其成本较高，因此迫切需要研制一种环保型的切削液取而代之。本文以20#机械
2、油做基础油，采用油酸、三乙醇胺、吐温-80、OP-10混合反应后形成的混合皂作乳化剂，并采用Na2CO3和NaOH来调节切削液的pH值。本实验通过单因素实验法和正交实验的方法确定出了油酸、三乙醇胺、吐温-80、OP-10的最佳用量。结果表明：油酸与三乙醇胺的最佳反应比为1：2；吐温-80不仅会增加切削液的成本，而且使加水后的切削液黏性增大并有油性物质漂浮，故去掉吐温-80。因此实验的配方为：三份的三乙醇胺、6份的油酸和2份OP-10以及适量的Na2CO3和NaOH。所制的切削液的pH为8，粘度为1.05610-3/Pas，电导率为3.90 ms/cm。与现有切削液的试样相比，新型切削液的pH和
3、粘度均达到标准水平，而电导率稍低。通过在线切割机床上试用，所制得的切削液切削液具有良好的润滑性、防锈性、冷却性、清洗性，具有良好的发展前景。关键词：切削液，环保型，电导率，绿色，健康Title: Study on perparation and performance ofCutting fluidSpecialty: Material Physics & ChemistryUndergaduate: DanWu(Signature): Supervisor : Lajun Feng(Signature):AbstractMetal-cutting fluid is an obbligato
4、accessory material in the machining of metals,and is a key factor for ensuring the machining quality of products and improving the efficiency of the machining of metals.But then ,cutting fluid caused great harm on human environment.At present,domestic using water-based cutting fluid is mainly emulsi
5、on,which not only has short working life,but also will bring harm on human healthy and cause great pollution on environment around,in addition,which cost is higher,therefore it is pressed for developing a kind of environment protection cutting fluid instead of the above one.In this test,20#motor oil
6、 is used as base oil,oleic acid , triethanolamine,twain-80 and OP-10 were mixed to form emulsifier,at the same time, Na2CO3 and NaOH were used for adjusting pH of cutting fluid.In this experiment, Single factor experiment method and the orthogonal experiment were used to confirm the best dosage of o
7、leic acid , triethanolamine,twain-80 and OP-10 . The results show that the optimum response ratio of oleic acid and triethanolamine is 1:2; the use of twain-80 would increase the cost of cutting fluids,but also would make cutting fluid viscosity increase after adding water and float oily substance,s
8、o twain-80 was got rid of .So,the prescription of the experiment is:three part triethanolamine,six part oleic acid , two part OP-10 and moderate Na2CO3 and NaOH were added into ten part motor oil ,then the pH,viscosity and conductivity of the gained cutting fluids respectively is 7, 1.05610-3/Pas, 3
9、.90 ms/cm.Compared with the example that provided,the new cutting fluids pH and viscosity have reached standard level but lower conductivity.The obtained cutting fluids have good lubricity, anti-corrosive,cooling effect and washing effect ,but also have a promised future.Keywords：Cutting fluid,pH,vi
10、scosity,conductivityiii目 录第一章 前 言11.1 引言11.2 切削液的概述21.2.1 切削液的发展21.2.2 切削液的分类31.2.3 切削液的作用51.2.4 切削液的研究现状和趋势61.3 本课题研究的内容及主要目标81.3.1 课题研究目标81.3.2 课题的研究内容8第二章 试验方案及过程102.1 试验药品及仪器102.2 总体设计方案102.3 实验原料配比的确定112.3.1 主要试剂的用量的确定112.3.2 确定乳化剂的用量112.4 新型切削液的配方142.4.1 主要成分的配比14第三章 实验结果与分析153.1 实验原料的分析153.1.
11、1 主要试剂的分析153.1.2 防锈剂的合成与选用153.1.3 表面活性剂的选择163.1.4 润滑剂和极压润滑剂的合成与选用173.1.5 其他添加剂的选用183.1.6 最初切削液配方的确定193.1.7 乳化剂用量的分析203.2 新型切削液的性能分析253.2.1 主要成分的配比分析253.2.3 性能分析263.2.4 原理分析283.2.5 环保性分析和成本分析29第四章 结 论31参考文献32致 谢34第一章 前 言1.1 引言金属切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。金属切削过程是指由机床提供必要的运动和动力的条件下，用刀具（或磨具）切除（或磨削）坯件上多余的金属，
12、从而获得形状、精度和表面质量均符合要求的工件的过程。根据工件的形状、精度和表面质量的不同，切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、绞、拉及磨削等1。金属材料按预定规格进行切削（或磨削）加工时，为了减轻刀具和工件之间的摩擦，增加润滑性，带走因摩擦而产生的热量和提高生产率，在工具与被切削、磨削的金属材料之间注入液体，称为金属切削液。金属切削液是金属切削加工中不可缺少的佐料。合理的使用切削液，则可提高磨削速度30%左右，降低切削温度100-150，减少切削力10%-30%，延长刀具寿命4-5倍。提高工件表面加工质量，并能降低加工成本2。金属切削液广泛用于机械加工行业，给人类创造巨大效益的同时，也对人的身体
13、健康构成危害，对环境造成严重污染3。首先，切削加工中使用过的废液若不经有效处理直接排放或焚烧会对水资源、大气及土壤造成污染，如切削液中防锈剂磷酸钠的积累会使河流、湖泊因富营养化而出现赤湖；防腐杀菌剂苯酚生物降解性差，对鱼类等水生物有毒性4。其次，切削液中的矿物油、表面活性剂等脱脂作用，防腐杀菌剂的刺激性，会使人体皮肤干燥、脱脂，甚至引起开裂、红肿、化脓等。此外，切削液腐败产生的恶臭对呼吸的影响和油基切削液形成的油雾，易引起火灾等不安全因素5。随着21世纪金属切削加工向高速、强力和高精度的方向发展，现代苛刻的加工条件对切削液的质量提出了越来越高的要求。数控机床、机械加工中心和柔性制造系统等先进制
14、造技术已逐渐推广应用，而先进制造技术和难加工材料的切削加工均离不开冷却润滑技术，因而，切削液越来越重要。再者，随着全球人类环境保护意识的不断增强和国际社会对生态环境的日益重视，人们越来越重视切削液对环境的污染问题。尽管对环境无污染的干切削技术得到成功的应用，但其应用范围非常有限。因此，在不影响切削液使用性能的前提下，在对切削液的配制过程中应多考虑其对环境和人体的影响6。1.2 切削液的概述1.2.1 切削液的发展人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器、铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代，车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油，16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲
15、。从1775年英国的约翰威尔金森（J.wilkinson）为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。到1860年经历了漫长发展后，车、刨、铣、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现，也标志着切削液开始较大规模的使用。19世纪80年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。FWTaylor7发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高3040的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂：一词。从那时起，人们把切削液称为冷却润滑液。随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油容易变质，使用周期短。20世纪初，人们开始从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。在第一次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和植物油
