金屬加工液產品研發(fā)過程的嚴謹與靈動

中國石化潤滑油有限公司上海研究院

嚴謹,是科研人員的基本素質。油品研發(fā)工程師面對一項新的研發(fā)任務時,會根據(jù)項目的技術指標和經濟指標制定可行的研發(fā)方案,然后用科學的試驗方法開展配方研究,用標準的技術指標表征產品的性能。在此工作流程中,研發(fā)人員必須以嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度開展工作才能得到可靠的實驗結果。然而這種嚴謹?shù)脑囼灣绦蛲粚δ切藴市暂^強的潤滑油產品才是可靠的研發(fā)途徑,而在金屬加工液和防銹劑產品的研發(fā)過程中,產品研發(fā)工程師如果只會按照標準方法按部就班地開展試驗研究,便經常會碰到“測試指標是好的,但是產品在現(xiàn)場是不好用的”的尷尬局面。這時候,如果沒有靈動的思維方式,沒有積極的創(chuàng)新意識,往往就無法走出困局。

創(chuàng)新是走出困境的鑰匙

金屬加工液產品與其他潤滑油產品相比是標準性較差,往往越是高端產品,越是很難用標準方法和質量指標來表達產品的優(yōu)異性能。產品研發(fā)工程師在遇到用標準和質量指標無法表征產品使用性能的時候,唯一出路就是創(chuàng)新,只有大膽地創(chuàng)新,才能夠找到解決問題的鑰匙。

某廠有一套蝸殼的清洗包裝生產線,產品蝸殼用于出口,曾經幾度發(fā)生產品出口到境外后出現(xiàn)工件銹蝕,廠方為此花費很多精力選擇國內外優(yōu)異的防銹油產品,可是由于出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象是偶發(fā),況且產品儲存時間較長,做一次封存試驗就需要幾個月的時間,因此幾年來該問題一直未能得到解決?？蒲腥藛T接到研發(fā)任務后,首先按照防銹油的試驗程序,根據(jù)工件和工藝要求,用標準試驗方法進行嚴格的配方研究,篩選出一批性能優(yōu)異的防銹劑產品供廠方試用。遺憾的是幾個月后的封存試驗結果卻是以失敗告終。大家都知道封存防銹油的過硬指標是濕熱試驗和鹽霧試驗數(shù)據(jù),那么為什么嚴謹?shù)脑囼灁?shù)據(jù)不能保證產品的防銹性能呢?仔細研究工藝和產品,發(fā)現(xiàn)蝸殼工件是非規(guī)則的,有凸凹面,也有深孔,而前道工序用的清洗劑是水溶性產品,雖然經過后續(xù)的烘干過程,但是生產線是敞開式,隨著季節(jié)變化,就可能發(fā)生某些部位殘留水分的情況,因此該封存防銹油應該具備一定的脫水性,但是由于脫水防銹油不具備太強的封存防銹效果,所以該產品的脫水性和防銹性能的平衡點在哪里就成為關鍵因素。因為沒有任何現(xiàn)成的試驗方法可以解決這個問題,產品研發(fā)者就只能依靠防銹油的標準試驗方法去篩選防銹油的配方,所以就無法配制出滿足工廠實際需求的防銹產品,這也是多年來若干個國內外優(yōu)質產品全部宣告失敗的原因。在這種困境中,即使翻遍了防銹理論書,研究透了腐蝕理論、電化學腐蝕理論,熟知了各種防銹油的標準試驗方法,仍然不知道用什么辦法可以配制出合格的產品。此種情況下,油品研發(fā)工程師只有跳出標準試驗方法和標準質量指標的局限,用靈動和創(chuàng)新的思維方式去探索,才有機會找到打開困局的鑰匙。

既然標準的試驗方法都失效,科研人員就設計了一個脫水防銹測試包,簡單到用一塊紗布包上一點鐵屑就可以完成試驗。由于鐵屑的形狀是卷曲的,不規(guī)則的金屬表面對清洗劑有較強的吸附作用,所以把測試包分別浸入清洗劑和防銹油并記錄其瀝水速率和發(fā)生銹蝕的時間,就可以快速測試防銹油在復雜金屬表面的脫水性,同時又可以測試產品在快速脫水的前提下的銹蝕傾向。用這樣一個簡單的測試包來評價該工況下防銹油的性能,不僅大大加快了添加劑的篩選速度,而且實驗室測試結果與實際生產工藝的吻合度極高,研制的產品100天封存防銹試驗結果是工件100%無銹蝕!

由此可知,嚴格地按照標準方法和產品指標做配方篩選,只是油品研發(fā)工程師的基本功,在面對真正的難題時,科研人員的靈動和創(chuàng)新能力才是成功的關鍵。脫水防銹測試包看起來不如標準防銹性試驗方法那么嚴謹規(guī)范,但是它可以在較模糊的狀態(tài)下找到影響產品性能的關鍵因素?！安还馨棕埡谪?捉住老鼠就是好貓”,這種相對模糊的概念,在政治路線面前會受到一些質疑,然而這種模糊理論在一定條件下卻是真正的大智慧。有些東西,如果影響了你前進的步伐,不如就先模糊一些因素,捉到老鼠才是硬道理。金屬加工液,滿足使用需求才是硬道理。當你發(fā)現(xiàn)嚴謹?shù)睦碚摵蜆藴识紵o能為力的時候,不妨先模糊一些要素,只有放棄了一些東西,才會有動力去創(chuàng)新另外一些東西。

有嚴謹才有正確的靈動

金屬加工液產品,如果按照產品質量指標在實驗室研制配方,是一件相對簡單的事情,工程師們對待這樣的任務并不會感到棘手。可是要保證產品在苛刻條件下的現(xiàn)場好用,則是一件具有挑戰(zhàn)意義的工作。如果只是像其他潤滑油產品那樣倚重產品的質量指標,產品研發(fā)工程師就經常會被現(xiàn)場莫名其妙的失敗打擊得暈頭轉向。通常解決現(xiàn)場使用問題的工作要比實驗室工作困難的多,因此產品研發(fā)工程師在解決現(xiàn)場使用缺陷的時候,必須嚴謹執(zhí)著,一絲不茍,甚至是錙銖必較。

曾有研發(fā)工程師在研制磨削液的時候,很快完成了實驗室配方研究,產品的潤滑、防銹等各項指標都合格,但是現(xiàn)場試用后,工件的加工效果就是不能滿足要求。有人提醒說磨削液的鐵屑量很大,鐵屑的沉降性也會影響產品質量。于是該工程師按照指點在實驗室用鐵屑沉降性來篩選添加劑。找到了問題所在,配方研究很快完成了,不僅各項指標良好,產品的鐵屑沉降性也與目標產品完全相同。工程師信心百倍的去工廠試驗,遺憾的是產品仍然不能滿足要求,使用自己產品的機床加工出來的工件表面很臟,加工液呈黑色,而使用目標產品的機床加工的工件干凈,液體呈清澈狀。工程師非常疑惑,我的試驗工作很嚴格,我的產品不僅各項指標都很好,鐵屑沉降性也與目標產品一樣好,為什么我的產品就一夜之間就變成黑色?莫不是現(xiàn)場有什么意外情況發(fā)生?

懷疑現(xiàn)場有不合理情況的意外發(fā)生,這是金屬加工液競爭現(xiàn)場經常發(fā)出的疑惑。然而大多情況下,還是產品本身的技術問題,只不過這些技術細節(jié)還沒有被研發(fā)者所認知而已。

于是有人問工程師：

做試驗的鐵屑是哪里來的?

回答是現(xiàn)場機床下面取來的。

是哪臺機床下取來的?

回答是目標機床下取來的。

那你再去你的機床下取來鐵屑試試。

機床是一樣的,刀具是一樣的,加工材料是一樣的,工藝參數(shù)也是一樣的,難道鐵屑會不一樣?

自己試驗機床的鐵屑取來了,放在自己的產品中,液體立即變成黑色。把自己的鐵屑放到目標產品里面,目標產品也立即變黑。

由此可知,現(xiàn)場沒有發(fā)生人為的意外情況,而是自己的產品本來會變黑。

那么為什么實驗室測試過鐵屑沉降性完全相同的產品,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)完全不同的效果呢?

這是因為目標產品磨下來的鐵屑顆粒與自己機床磨下來的鐵屑顆粒形狀和尺寸不同,所以盡管研制出了與目標產品鐵屑沉降性相同的產品,可是自己的產品仍然無法滿足使用要求。

那么為什么同樣機床、同樣刀具、同樣材料、同樣加工工藝條件下,別人磨下來的細顆粒與自己產品磨下來的鐵屑顆粒有如此大的區(qū)別呢?

那是因為產品研發(fā)者只知道用標準試驗方法和已知的質量指標去評價并配置磨削液產品,還沒有學會靈活機動地針對產品特殊需求來制定產品目標,他還需要學習表面化學知識,還需要學習摩擦化學知識,還需要深入了解抗磨劑和極壓劑的微觀行為?？鼓┖蜆O壓劑,不只是用來體現(xiàn)產品的摩擦系數(shù)和極壓性的,也不只是用來保障刀具壽命和工件的表面光潔度的,它們不同的組合,還會悄悄地影響鐵屑的形狀和尺寸,而鐵屑的形狀和尺寸很多時候又是磨削液產品成敗的關鍵。可是這一切的關鍵因素,在標準方法和產品質量指標中都找不到答案。

金屬加工液,一步一風景,沒有嚴謹,便掛一漏萬,沒有靈動,則寸步難行。

靈動源于扎實的理論基礎

金屬加工液的產品研發(fā)工程師在入職時,都會首先學習潤滑理論、腐蝕理論、化學理論、金屬加工知識以及油品和添加劑知識等。可是由于標準和理論在金屬加工液領域體現(xiàn)得有點委婉和深奧,因此不管你學習了多少知識,在開始參與產品研發(fā)的工作時,總是會感到步步艱辛,落入“看山不是山,看水不是水”的迷茫中。

某汽輪機廠生產低壓轉子,加工材質為特殊合金鋼,單個工件的加工周期需要一個月左右的時間,由于加工條件苛刻,對切削液的潤滑性、冷卻性、防銹性、抗微生物性能等都要求很高。該廠油品管理工程師對一切來訪的油品供應商宣稱：“本設備只用進口油,國產品一概不考慮” 。可是由于中國南方的氣候潮濕,該生產線每年都會發(fā)生工件銹蝕的情況,在高溫潮濕的氣候下,一個工件后面還沒有加工完成,前面的就發(fā)生銹蝕了,該廠試用過多個國外名牌切削液產品,總有一些項目不能滿足要求。在廠方無計可施的前提下,中國技術才獲得了進場試驗的契機。

切削液研發(fā)工程師在攻克一個個技術難關后,產品基本滿足了使用要求,唯一的不足是鐵屑的顏色較深。按照傳統(tǒng)理論,鐵屑顏色深,表明切削液的潤滑性不足,加工過程產生熱量較高,需要提高產品的潤滑性。于是工程師用多種方案調整了產品抗磨性和極壓性,產品的實驗室指標都有明顯提高,可是現(xiàn)場的鐵屑顏色卻沒有明顯的改善。那么是散熱性不夠?于是工程師們又從產品的冷卻性著手開展研究,然而試驗結果仍然無解。改進潤滑也不行,提高冷卻也無用,在循規(guī)蹈矩的研究無法突圍的時候,工程師決定改變產品的顆粒狀態(tài),結果一舉成功,鐵屑顏色立即變得光亮清潔。

試驗雖然成功了,可是工程師卻坦白地說,他仍然不知道在刀尖接觸工件的微觀一點上到底是怎樣的情形?各種添加劑相互間是怎樣作用的?切削液顆?？梢赃M入到刀尖的什么部位?高溫高壓下切削液的液珠爆破的一瞬間,究竟發(fā)生了什么?這一切都說不清楚,就更無法回答什么樣的工況下需要什么樣切削液顆粒的尺寸了。盡管什么都說不清楚,但是有一點是肯定的：這種跳躍式思維的源泉,一定是來源于理論知識的啟迪。沒有足夠的理論知識,就沒有靈動的跳躍思維。

結束語

金屬加工液,簡單又復雜。說簡單,簡單到支起一個大缸,就可以生產出可以銷售的產品;說復雜,復雜到你熟讀各種理論,掌握各種標準方法,了解到設備和工件的所有參數(shù),還是經常會遭到意外的失敗。這是因為金屬加工液原本就是一個精彩紛呈的世界,產品研發(fā)工程師不僅要熟知相關理論、知識和標準,還有許許多多必須關注的細節(jié),如果你只知道按照成熟的理論和嚴謹?shù)臉藴嗜ピu價產品的使用性能,就像一個笨漢非要扛著扁擔橫在城門外一樣,你是無緣進入那個精彩紛呈的世界的。說精彩,是因為金屬加工液的每一個難題,都是一座學校,你只有智慧地走進大門,才可以享受到那個精彩世界里的饕餮大餐。