金屬切削液的報(bào)廢原因及其處理技術(shù)
金屬切削液的報(bào)廢原因及其處理技術(shù)
- 2020/8/22 15:20:02
切削液是一種用在金屬加工和制造過(guò)程中，用來(lái)冷卻和潤(rùn)滑刀具和加工件的工業(yè)用液體，具備良好的冷卻性能、潤(rùn)滑性能、防銹性能、除油清洗功能和防腐功能等特點(diǎn)。切削液可分為油基切削液和水基切削液。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前油基切削液的使用量占總量的20%，水基切削液占80%。我國(guó)金屬加工切削液的市場(chǎng)總需求已超過(guò)100萬(wàn)噸，其應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榻饘偾邢?8%、加工成型36%、部件防銹13%、熱處理8%、其他5%。切削液主要應(yīng)用在以下幾個(gè)行業(yè)：汽車制造35%，機(jī)械制造35%，航天制造12%，模具加工10%，其他8%。
切削液在使用過(guò)程會(huì)因?yàn)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px currentColor; border-image: none; font-weight: 700; box-sizing: border-box; -webkit-tap-highlight-color: transparent;">雜質(zhì)混入、溫度升高和細(xì)菌微生物滋生等原因而失效變質(zhì)。報(bào)廢后的切削液成分復(fù)雜，處理難度大，一般先破乳預(yù)處理，再根據(jù)實(shí)際情況合理選擇無(wú)害化或資源化回收處理工藝對(duì)廢切削液進(jìn)行有效處理，提高金屬加工企業(yè)的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
切削液報(bào)廢的原因
切削液失效報(bào)廢的原因有多種，最常見(jiàn)的原因有三種：
（1）引入雜質(zhì)導(dǎo)致金屬切削液變質(zhì)在金屬機(jī)械加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的金屬碎屑，在切削液的清洗之下，這些碎屑就會(huì)混入其中，如果不及時(shí)處理，碎屑就會(huì)不斷積累，使得切削液的潤(rùn)滑性能逐漸降低，甚至失去作用。
（2）溫度升高導(dǎo)致金屬切削液失效在金屬機(jī)械加工過(guò)程中，當(dāng)?shù)毒邔?duì)加工工件進(jìn)行切削加工時(shí)，因摩擦運(yùn)動(dòng)溫度升高；且金屬碎屑容易與金屬切削液中的某些添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量，使得切削液的溫度升高。這些熱量會(huì)加快切削液的變質(zhì)，最終失效變質(zhì)。
（3）由于微生物滋生導(dǎo)致金屬切削液失效，切削液儲(chǔ)存不當(dāng)容易使細(xì)菌等微生物大量生長(zhǎng)繁殖，使得其中的油類物質(zhì)生化分解變質(zhì)而發(fā)臭。據(jù)統(tǒng)計(jì)，細(xì)菌微生物的大量繁殖極大的影響了切削液的循環(huán)使用，使得其使用壽命縮短65％-85％左右。油類物質(zhì)是導(dǎo)致細(xì)菌微生物滋生的重要原因，而在金屬機(jī)械加工過(guò)程中，機(jī)床設(shè)備中會(huì)有大量導(dǎo)軌油、液壓油、主軸油等。當(dāng)混入切削液之后就容易導(dǎo)致細(xì)菌微生物大量繁殖。
廢切削液預(yù)處理方法
1）廢切削液的預(yù)處理方法
切削廢液因其成分復(fù)雜，化學(xué)穩(wěn)定性好，故直接處理難度較大，一般需要做預(yù)處理。預(yù)處理主要是對(duì)廢液進(jìn)行破乳，以除去廢液中油包水或者水包油中的油類物質(zhì)。幾種破乳方法比較，有酸析法、鹽析法、混凝沉淀法。
2）廢切削液的無(wú)害化處理方法
切削液廢水在進(jìn)行破乳預(yù)處理后，必須要進(jìn)行深度處理才能排放，深度處理主要是去除廢水中部分油類物質(zhì)和溶解性有機(jī)物、懸浮物、氨氮等等。幾種無(wú)害化處理方法比較，有水力旋流法、氣浮法、吸附法、生化處理法、高級(jí)氧化法，詳見(jiàn)表2。
3）廢切削液的資源化處理方法
幾種資源化處理方法，有土高溫接觸-無(wú)酸再生工藝、蒸餾-溶劑抽提-白土精制工藝、高溫蒸餾法。
切削液在使用過(guò)程會(huì)因?yàn)殡s質(zhì)混入、溫度升高和細(xì)菌微生物滋生等原因而失效變質(zhì)。報(bào)廢后的切削液成分復(fù)雜，處理難度大，一般先破乳預(yù)處理，再根據(jù)實(shí)際情況合理選擇無(wú)害化或資源化回收處理工藝對(duì)廢切削液進(jìn)行有效處理，提高金屬加工企業(yè)的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
各種適宜的硬車刀具（金剛石刀具、CBN刀具、陶瓷刀具以及涂層硬質(zhì)合金刀具等）實(shí)現(xiàn)了對(duì)淬硬鋼(硬度為45~68 HRC)的硬車削。但金剛石刀具與鐵基材料在高溫下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以一般不用于切削軸承鋼材料；陶瓷、硬質(zhì)合金刀具在切削硬度大于50 HRC的淬硬鋼工件時(shí)往往呈現(xiàn)出較弱的切削性能。因此，對(duì)于軸承鋼的硬車削最適合的刀具材料還是各類CBN刀具。
雖然磨削在相對(duì)較高的進(jìn)給速率下能產(chǎn)生良好的表面精度，但硬車在不使用冷卻劑的條件下，采用較低的切削深度和進(jìn)給速率（相比磨削），常規(guī)硬車削也能縮減高達(dá)60%的加工時(shí)間，材料去除率顯著提高，加工表面精度與磨削相當(dāng)甚至更好。另外，多步硬車削操作只需單次設(shè)定就足夠，而磨削需要多次設(shè)定，這也有助于通過(guò)硬車削達(dá)到高精度。
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磨削與硬車
切削參數(shù)是影響切削力的重要因素。切削參數(shù)選擇不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較高的切削力，影響表面加工精度，對(duì)刀具以及整個(gè)工序都不利。精硬車的切削條件與常規(guī)材料的車削有很大的不同，需要對(duì)切削力進(jìn)行深入研究。
國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，在硬車削精加工中（切削深度一般小于刀尖圓弧半徑/刀頭半徑），切深抗力（徑向分量）遠(yuǎn)大于其他2個(gè)方向上的切削力，這有別于傳統(tǒng)切削過(guò)程中徑向力只有主切削力的0.3～0.5倍。因此在具有靜、動(dòng)態(tài)特性的類似加工系統(tǒng)中不能忽視硬車過(guò)程中的徑向力。Alexandre對(duì)比了不同刀具(陶瓷刀具、不同CBN含量的PcBN刀具)切削軸承鋼時(shí)，發(fā)現(xiàn)在三個(gè)方向上的切削力中，切深抗力最大，其次是主切削力和進(jìn)給抗力。很多研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)低速車削條件下，由于低溫以及積屑瘤( BUE)的形成，在硬車過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較高的切削力?？赡苁怯捎诟咚偾邢鳟a(chǎn)生較高的切削溫度造成了工件材料的熱軟化，因此切削力會(huì)隨切削速度的增加而減小。切削力隨進(jìn)給速度、切削深度以及刀頭半徑的增加而增加，而且切削深度對(duì)切削力的影響最大，進(jìn)給量次之，切削速度的影響較小。大量科研人員致力于通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算、建立理論模型以及有限元仿真等方法預(yù)測(cè)硬車削時(shí)產(chǎn)生的切削力，以期實(shí)現(xiàn)軸承鋼的精密硬車削技術(shù)。反應(yīng)在實(shí)際中就是對(duì)切削用量（切削速度、進(jìn)給量、切削深度/背吃刀量）的優(yōu)化選擇。
1）切削速度的選擇
針對(duì)不同的刀具、工件材料，切削速度的選擇各不相同。在硬車削過(guò)程中，工件硬度較大，適當(dāng)提高切削速度，有利于加大工件材料的軟化效應(yīng)，減小切削力。但當(dāng)切削速度過(guò)高時(shí)，較大的切削溫度會(huì)加劇刀具的磨損，使加工質(zhì)量下降。當(dāng)出現(xiàn)加熱軟化引起切削力減小時(shí)，切削速度會(huì)達(dá)到臨界范圍，因此，在所選參數(shù)范圍內(nèi)采用中等切削深度以及相對(duì)較低且適宜的切削速度，會(huì)更節(jié)能，如切削速度為200～250 m/min。
2）進(jìn)給量的選擇
過(guò)大的進(jìn)給量會(huì)會(huì)引起切削振動(dòng)，影響加工表面質(zhì)量，因此應(yīng)選擇較小的進(jìn)給量，如低速時(shí)0.06～0.09 mm/r，高速時(shí)不超過(guò)0.15 mm/r。
3）切削深度的選擇
切削深度一般為0.10～0.25 mm，切削深度對(duì)切削力影響最大，切削力過(guò)大，增大加工變形，影響加工精度。