水性金屬加工液更換的評(píng)判依據(jù)

在目前的機(jī)械加工生產(chǎn)中，機(jī)床有的為干式加工，有的采用微量潤(rùn)滑(MQL)，也有的用油性產(chǎn)品，但大部分機(jī)床使用水性加工液，水性金屬加工液包含:切削液、清洗劑、淬火液、成型液等等。而水性切削液是使用量最大，涉及面最廣的產(chǎn)品，是本文討論的重點(diǎn)。而其他的水性產(chǎn)品，諸如淬火液、清洗劑等，也可以參考或部分參考這些檢測(cè)項(xiàng)目。

眾所周知，水性產(chǎn)品在使用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生有異味、壽命短、容易變質(zhì)、廢水排放量大等諸多問(wèn)題。但由于成本低廉，冷卻性能優(yōu)異，操作環(huán)境良好而仍然是機(jī)械加工的首選。由于切削液的生產(chǎn)目前沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家良莠不齊，對(duì)切削液日常管理也無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)方法，因此有很多用戶(hù)糾結(jié)于怎么監(jiān)控切削液，如何延長(zhǎng)使用壽命，如何判斷切削液是否需要更換。本文將逐一介紹水性切削液日常監(jiān)控指標(biāo)及各項(xiàng)指標(biāo)的含義，為最終客戶(hù)提供生產(chǎn)依據(jù)。切削液的測(cè)試內(nèi)容有很多項(xiàng)指標(biāo)，其中大部分是針對(duì)特殊情況的分析方法。而作為在用液日常檢驗(yàn)，行業(yè)內(nèi)一般采用如下的監(jiān)控指標(biāo)，見(jiàn)表1。

外  觀

水性切削液根據(jù)礦物油含量的不同，在業(yè)內(nèi)普遍分為三種，乳化液、半合成和全合成三類(lèi)。前兩者含有5%～70%的礦物油。而全合成切削液，原液不含有礦物油。這兩種產(chǎn)品外觀有很大區(qū)別。乳化液及半合成產(chǎn)品配制好后，呈牛奶狀乳白色或淺黃色液體，而全合成切削液配制好后，是無(wú)色透明的。隨著科技的進(jìn)步，向切削液內(nèi)添加染料的做法已經(jīng)被淘汰，因此客戶(hù)如果買(mǎi)到有其他顏色的切削液，請(qǐng)咨詢(xún)供應(yīng)商相關(guān)原因，是否添加了染料，及添加的染料信息。

(1)外觀是重要的監(jiān)控指標(biāo)，需要每天監(jiān)控、記錄。

(2)外觀監(jiān)控包括:切削液顏色、氣味、切削液狀態(tài)，是否有泡沫等異常情況。

(3)隨著切削液的使用，切削液外觀會(huì)逐漸變化，一般新配制的乳化液是白色乳狀，由于在生產(chǎn)中混入了很多雜油和其他雜質(zhì)，導(dǎo)致顏色變成淺黃色，全合成切削液變模糊。但這些微觀變化不影響使用。如果顏色發(fā)生了很大的變化，比如變成棕色或者灰色，則說(shuō)明切削液內(nèi)混入雜質(zhì)過(guò)量，或者滋生了大量細(xì)菌。因此需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行管理。

(4)切削液基本都含有乳化劑，因此在運(yùn)行過(guò)程中肯定會(huì)產(chǎn)生泡沫。適量的泡沫是可以接受的，但如果溢出或者出現(xiàn)長(zhǎng)期不能消失的泡沫，需要聯(lián)系供應(yīng)商解決。

(5)如果切削液出現(xiàn)了很大的刺激性氣味，說(shuō)明已經(jīng)滋生大量細(xì)菌，需要及時(shí)處理，否則會(huì)導(dǎo)致切削液報(bào)廢、工件生銹，因此發(fā)現(xiàn)異味需及時(shí)處理。

盡管單一憑借外觀，無(wú)法做出切削液是否需要更換的決定，但外觀無(wú)疑是一項(xiàng)重要的日常監(jiān)控指標(biāo)。

pH  值

pH值是監(jiān)控切削液一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，因?yàn)榍邢饕涸簝?nèi)都含有很多堿儲(chǔ)備，用于抵御細(xì)菌等微生物的侵蝕。一旦pH過(guò)低，意味著堿儲(chǔ)備不足，pH值將快速下降，細(xì)菌同時(shí)大量繁殖。由于細(xì)菌在pH值高于8.5時(shí)，繁殖很緩慢，因此，日常控制范圍為8.5～9.5。而過(guò)高的pH會(huì)導(dǎo)致皮膚腐蝕。

(1)pH值需要每天監(jiān)控、記錄，建議采用精密試紙(6.5～10范圍)或精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位的pH測(cè)試儀。廣泛試紙是不可接受的，也是無(wú)效的。

(2)良好的切削液管理，pH值基本穩(wěn)定不變。一旦出現(xiàn)大幅下降，很可能是滋生細(xì)菌(因?yàn)榧?xì)菌在繁殖過(guò)程中釋放酸性物質(zhì)，消耗堿性物質(zhì))。

(3)一旦pH值低于8.5，也不意味著切削液必須更換，完全可以通過(guò)添加原液，或者pH提高劑來(lái)提升pH值到正常穩(wěn)定值。注意pH值提高劑必須與現(xiàn)用的切削液兼容，否則會(huì)導(dǎo)致事倍功半，甚至切削液不穩(wěn)定，出現(xiàn)破乳等極端情況。

(4)好的pH提高劑或者pH穩(wěn)定劑應(yīng)該是長(zhǎng)效緩釋?zhuān)野踩h(huán)保的，切記不能濫用強(qiáng)堿性物質(zhì)，以免出現(xiàn)操作人員皮膚過(guò)敏、腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)。

(5)有少量切削液考慮與加工金屬的兼容性，pH值為中性。因此初始的pH值就是7.5～8.5。這類(lèi)產(chǎn)品的抑菌并不是靠堿儲(chǔ)備。但穩(wěn)定的pH值仍然是關(guān)鍵指標(biāo)。

(6)冰凍三尺非一日之寒，pH值也不是很快就會(huì)降低到8.5以下。只要保持日常監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，就能保證pH值在正常范圍。

折 光 濃 度

折光濃度的測(cè)量是依據(jù)水和油對(duì)光折射的不同，觀察含油量，折算成濃度值。對(duì)于新配制的切削液，折光濃度是很準(zhǔn)確的。但隨著切削液內(nèi)進(jìn)入雜油，折光儀的界面慢慢模糊。混入機(jī)床的液壓油、導(dǎo)軌油、齒輪油、淬火油、防銹油等，都會(huì)使測(cè)量值較實(shí)際值偏高。

(1)折光濃度測(cè)量方便，是衡量切削液含量的主要指標(biāo)，需每天監(jiān)控、記錄。

(2)折光濃度在測(cè)量前需要用配制切削液的水來(lái)校正折光儀。

(3)折光濃度過(guò)低，需要立即添加原液，否則容易出現(xiàn)加工工件不良、切削液變質(zhì)等嚴(yán)重后果。

(4)由于雜油對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，因此建議在夏季將折光濃度的控制上限提高1%～2%。

 滴 定 濃 度

因?yàn)檎酃鉂舛扔休^大的測(cè)量誤差，所以滴定濃度不失為一種更準(zhǔn)確的分析方法，原理是利用鹽酸滴定切削液內(nèi)堿性物質(zhì)，直至pH值到4。利用消耗鹽酸量計(jì)算切削液的濃度。

(1)切削液滴定濃度需要有實(shí)驗(yàn)室，有條件的用戶(hù)可以保證每天測(cè)量，否則建議每周測(cè)量一次。

(2)向切削液內(nèi)添加pH提高劑等物質(zhì)，會(huì)影響滴定濃度，導(dǎo)致測(cè)量值偏高。

(3)過(guò)高的總硬度，也會(huì)使滴定測(cè)量值偏高。

(4)基于以上的原因，同一樣品，折光濃度和滴定濃度會(huì)有一定的誤差。

游 離 油

游離油的含義為切削液無(wú)法吸收，而游離出來(lái)的雜油。測(cè)量方法很簡(jiǎn)單，將均勻的切削液倒入100mL量筒中，靜止24h，然后觀察量筒中雜油的液面高度，建議不超過(guò)2%。

(1)正常切削液內(nèi)都會(huì)含有過(guò)量的乳化劑，因此會(huì)吸收一部分外來(lái)油，但如果雜油過(guò)多，則無(wú)法吸收，游離出來(lái)。過(guò)量的游離油覆蓋在液體表面，隔絕空氣，為厭氧菌的繁殖提供良好的環(huán)境。因此建議定期撇油，每周測(cè)量一次游離油含量。

(2)過(guò)量的游離油會(huì)消耗大量乳化劑，導(dǎo)致配方的不平衡，易出現(xiàn)油水分離的情況，也就是破乳。因此需及時(shí)處理。

(3)采用有效的撇油器和使用濾紙過(guò)濾，是去除游離油的最好辦法。

總 硬 度

總硬度，含義是切削液內(nèi)總的鈣鎂離子含量，目前可以方便的用試紙測(cè)定，也可采用滴定方法測(cè)量。

(1)由于水中的鈣鎂離子會(huì)和陰離子型表面活性劑發(fā)生反應(yīng)，生成有機(jī)鈣，形成皂化物，堵塞濾芯等過(guò)濾系統(tǒng)。過(guò)硬的水會(huì)消耗大量的乳化劑，導(dǎo)致切削液直接破乳。因此建議每周必須測(cè)量一次，控制總硬度低于500ppm。

(2)在機(jī)加過(guò)程中，切削液噴濺到加工部位，水分蒸發(fā)，而水中的鈣鎂離子不斷累積。因此，切削液的總硬度不斷升高。

(3)抗硬水能力是衡量切削液穩(wěn)定性能的重要指標(biāo)，目前質(zhì)量好的切削液能夠達(dá)到在1500ppm以上穩(wěn)定，無(wú)皂化物和分層。但如此高的硬度，殘留在工件表面的切削液水分蒸發(fā)后，會(huì)有很多固體殘留，影響加工工件的表面質(zhì)量。因此日常添加去離子水或軟化水是最好的控制硬度過(guò)高和延長(zhǎng)切削液壽命的辦法。

(4)目前還沒(méi)有降低切削液總硬度的辦法，而當(dāng)使用時(shí)間長(zhǎng)后，硬度達(dá)到上限值，切削液也會(huì)變得不穩(wěn)定，所以即使其他的指標(biāo)正常，也要考慮換液。

(5)供應(yīng)商給出的500ppm上限值可以作為參考。如果在此硬度下，切削液穩(wěn)定，而加工的工件也符合生產(chǎn)要求，則可以適當(dāng)提高控制范圍。但前提是充分評(píng)估此切削液的抗硬水能力。

電 導(dǎo) 率

純凈水不導(dǎo)電，新配制的切削液導(dǎo)電率在1～2ms/cm，而切削液的電導(dǎo)率控制范圍為＜5ms/cm。電導(dǎo)率需要每周測(cè)量一次。

(1)電導(dǎo)率衡量了切削液系統(tǒng)內(nèi)離子含量的多少，電導(dǎo)率越高，說(shuō)明切削液雜質(zhì)越多。

(2)日常添加采用去離子水或軟化水，會(huì)有效降低電導(dǎo)率的升高。

(3)過(guò)高的電導(dǎo)率，會(huì)導(dǎo)致工件表面的殘留。不但影響表面光潔度，甚至出現(xiàn)工件銹蝕等問(wèn)題。

(4)電導(dǎo)率過(guò)高對(duì)切削液的穩(wěn)定性能不會(huì)造成太大沖擊，但對(duì)工件的加工質(zhì)量及防銹周期會(huì)有很大影響。

氯 含 量

眾所周知，氯元素能夠加速工件和設(shè)備的銹蝕，因此在機(jī)加過(guò)程中，需嚴(yán)格控制切削液中氯離子含量。供應(yīng)商給出的建議是＜200ppm。

(1)自來(lái)水是氯元素的主要來(lái)源，因此日常添加水需要用去離子水。

(2)當(dāng)氯含量高于200ppm后，在夏季濕度很高的沿海地區(qū)，很容易導(dǎo)致工件生銹。但即使切削液氯含量很低，也不能靠切削液本身進(jìn)行防銹。超過(guò)一天的工序間防銹都需要利用防銹油或其他手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3)衡量切削液的防銹性能，也可以采用國(guó)際通用的鑄鐵屑防銹測(cè)試方法(IP287)。當(dāng)切削液的防銹性能達(dá)標(biāo)，則氯含量也可以適當(dāng)放寬。

細(xì)菌/真菌含量

細(xì)菌真菌目前可以用菌板快速測(cè)量。由于細(xì)菌大量繁殖時(shí)會(huì)釋放酸性物質(zhì)，導(dǎo)致pH下降，同時(shí)伴有強(qiáng)烈異味。同時(shí)菌板價(jià)格較貴，檢測(cè)時(shí)間需要72h。因此對(duì)切削液細(xì)菌的監(jiān)控，15～30d為一個(gè)周期為宜。

(1)很多客戶(hù)談“菌”色變，認(rèn)為切削液生菌就需要換液了，其實(shí)細(xì)菌完全可以消滅。

(2)當(dāng)細(xì)菌含量低于105mL時(shí)，完全可以通過(guò)添加原液，增加循環(huán)來(lái)控制細(xì)菌。當(dāng)細(xì)菌含量高于105mL時(shí)，需要添加殺菌劑和原液。

(3)當(dāng)切削液出現(xiàn)細(xì)菌后，細(xì)菌會(huì)消耗油性成分，導(dǎo)致加入切削液原液后，濃度不上升，反而下降很快，就像一個(gè)甲亢病人永遠(yuǎn)吃不飽一樣。所以徹底消滅細(xì)菌，pH值穩(wěn)定后，才算系統(tǒng)穩(wěn)定。很多用戶(hù)發(fā)現(xiàn)加入很多殺菌劑和原液，pH值仍然未達(dá)到正常值，從而放棄殺菌，徹底換液，導(dǎo)致停工停產(chǎn)，增加了換液成本和廢水排放。

(4)目前市場(chǎng)上有堿性長(zhǎng)效殺菌劑，如嗎啉類(lèi)、三嗪類(lèi)等，殺菌效果緩慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，適宜作為系統(tǒng)穩(wěn)定劑，如果滋生大量細(xì)菌，需要大劑量添加。而異噻唑啉酮類(lèi)的殺菌劑多為酸性殺菌劑，為廣譜殺菌，對(duì)真菌和細(xì)菌均有良好的殺菌效果。藥效時(shí)間只有8h。當(dāng)添加此類(lèi)殺菌劑后，pH值會(huì)略微下降，需要添加大量原液和pH提高劑，將pH提高到新配制液的正常水平，濃度提高至正?？刂品秶纳舷?。同時(shí)監(jiān)控pH值變化，如果不繼續(xù)下降，則細(xì)菌徹底被消滅。

(5)細(xì)菌都有抗藥性，如果長(zhǎng)期生菌，需要更換殺菌劑類(lèi)型。

(6)防范勝于救災(zāi)，良好的日常管理，杜絕細(xì)菌滋生，是維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能減排的最好辦法。

其他監(jiān)控指標(biāo)

      切削液的分析項(xiàng)目還有很多，比如:防銹性能測(cè)試，潤(rùn)滑性能測(cè)試，穩(wěn)定性試驗(yàn)測(cè)試，元素含量分析，亞硝酸鹽含量測(cè)試等等，針對(duì)不同的客戶(hù)需求，可以采用對(duì)應(yīng)的分析方法，給客戶(hù)一個(gè)指導(dǎo)生產(chǎn)的理論依據(jù)。