淺析切削潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑快速測(cè)定法

劉旭

摘要：潤(rùn)滑劑作為減小摩擦作用以及阻力的一種試劑，其是緩解摩擦和防止損失的最佳方法。同時(shí)潤(rùn)滑劑還有冷卻、清潔以及防污染的效果。因此，對(duì)潤(rùn)滑劑進(jìn)行改善是非常有必要的，可以在潤(rùn)滑劑當(dāng)中添加有效的成分，以加強(qiáng)潤(rùn)滑劑的性能和效果。在對(duì)機(jī)械設(shè)施采取潤(rùn)滑的時(shí)候，主要是通過機(jī)械設(shè)施將潤(rùn)滑劑輸送到需要潤(rùn)滑的位置，對(duì)設(shè)備儀器進(jìn)行潤(rùn)滑，以保護(hù)機(jī)械設(shè)施因摩擦阻力過大而造成損害。因此，本文就對(duì)切削潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了研究，借助簡(jiǎn)單快速低成本的切削液潤(rùn)滑性測(cè)試方法對(duì)切削潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑快速測(cè)定法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。將最大攻絲扭矩作為切削潤(rùn)滑性指標(biāo)，進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：切削潤(rùn)滑劑；潤(rùn)滑性；測(cè)定方法；攻絲扭矩

如今潤(rùn)滑劑的應(yīng)用范圍極其廣闊，被應(yīng)用在許多的領(lǐng)域當(dāng)中，而我國(guó)作為制造業(yè)和生產(chǎn)大國(guó)，會(huì)涉及到很多機(jī)械設(shè)施的切削環(huán)節(jié)，所以我國(guó)對(duì)切削潤(rùn)滑劑的應(yīng)用量非常的巨大。同時(shí)潤(rùn)滑劑首先必須起到有效的潤(rùn)滑效果，其次還必須滿足實(shí)際的要求以及多種多樣的特殊需求，這些需求會(huì)根據(jù)實(shí)際的工況、環(huán)境、氣候、場(chǎng)所以及地區(qū)的不同而發(fā)生變化。因此，對(duì)切削潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能進(jìn)行研究是非常必要的。如今判別切削潤(rùn)滑劑的性能如何，除了在實(shí)際工作當(dāng)中采取試驗(yàn)以外，還沒有任何有效的、簡(jiǎn)單的、快速的模擬測(cè)定方法。我國(guó)主要是利用四球機(jī)PB當(dāng)作切削潤(rùn)滑的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是四球機(jī)與切削摩擦副材料非常的不統(tǒng)一，因此四球機(jī)無法準(zhǔn)確的反映出切削過程中潤(rùn)滑的情況。攻絲扭矩測(cè)試儀作為專門對(duì)切削加工過程進(jìn)行研究的測(cè)量裝置，最為典型的代表裝置就是美國(guó)的FalexⅡ型攻絲扭矩測(cè)量?jī)x，不過這種測(cè)量?jī)x的價(jià)格極其高，而且測(cè)量當(dāng)中所用到的費(fèi)用也非常大巨大，使用具有限制。為此，我們就利用了力矩測(cè)試系統(tǒng)的理論，再結(jié)合目前四球機(jī)（廈門出產(chǎn)的MS-800），研發(fā)出了簡(jiǎn)易的攻絲扭矩測(cè)試裝置。通過此裝置對(duì)不同的材料展開了攻絲實(shí)驗(yàn)，例如：45#鋼、不銹鋼、銅以及鋁等。測(cè)試的結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果基本一樣，同時(shí)將常用的潤(rùn)滑劑菜油和蓖麻油展開了比較，也顯示出此裝置具有良好的實(shí)用性和可靠性。同時(shí)也給實(shí)驗(yàn)室對(duì)潤(rùn)滑劑的選擇與工廠對(duì)潤(rùn)滑劑質(zhì)量的檢測(cè)方面帶來了有效的作用。

一、對(duì)植物型潤(rùn)滑劑的研究

如今隨著潤(rùn)滑劑品種的不斷增加，以及在選擇潤(rùn)滑劑的時(shí)候，通常應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用情況、材料、環(huán)境、范圍以及性能等方面進(jìn)行選擇。隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)政策的實(shí)施，使得環(huán)境友好型潤(rùn)滑劑越來越受重視。植物型潤(rùn)滑劑也就是環(huán)境友好潤(rùn)滑劑，環(huán)境友好（Environmentally friendly）潤(rùn)滑油作為一種生態(tài)類的潤(rùn)滑油（Eco-Lubricant），還被稱作為環(huán)境無害潤(rùn)滑油（Environmentally Harmless Lubricant）、環(huán)境兼容潤(rùn)滑油（Environmentally Acceptable/Adapted Lubricant）和環(huán)境滿意潤(rùn)滑油（Environmentally Considerate/preferable Lubricant）。其不僅可以達(dá)到設(shè)備所要求的應(yīng)用效果，還可以被活性微生物分解變成CO2與水，起到保護(hù)環(huán)境的效果，屬于綠色潤(rùn)滑油（Green Lubricant），正好符合我國(guó)環(huán)境保護(hù)的基本政策，以及可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略。我們本次實(shí)驗(yàn)正是使用常見潤(rùn)滑劑菜油和蓖麻油進(jìn)行的，它們都屬于環(huán)境友好型的潤(rùn)滑油。

（一）對(duì)菜油的研究

菜油的分子里具有充分的雙鍵，經(jīng)過氧化時(shí)極易產(chǎn)生聚合成空間立構(gòu)型油泥，這種油泥屬于不溶解的物質(zhì)。如果將菜油變?yōu)椴擞鸵阴?，那么?jīng)過氧化后就不易生成油泥，所生成的物質(zhì)粘性很大，而且溶于油。另外，菜油乙酯的技術(shù)簡(jiǎn)單，有良好的潤(rùn)滑性以及粘性，可用來進(jìn)行潤(rùn)滑油的改進(jìn)。菜油可以通過環(huán)氧后與不同鏈長(zhǎng)的醇發(fā)生反應(yīng)，形成氧化性極其穩(wěn)定的改性菜油。對(duì)改性菜油和不同的脂肪醇反應(yīng)后其潤(rùn)滑性及摩擦性的研究發(fā)現(xiàn)：改性菜油的潤(rùn)滑性會(huì)隨直鏈醇鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)而降低，摩擦性能會(huì)隨鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)而增大。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)異辛醇改性菜油的氧化性能極其的穩(wěn)定，潤(rùn)滑性能極其的良好，可用來做高檔潤(rùn)滑油。

（二）對(duì)蓖麻油的研究

經(jīng)過改良后的蓖麻油形成了兩種新型的蓖麻油，既提升了蓖麻油的氧化性能，又增強(qiáng)了其潤(rùn)滑的性能。通過對(duì)環(huán)氧蓖麻油與異辛醇的酯交換反應(yīng)以及異構(gòu)醚化反應(yīng)形成了新的蓖麻油，改良后的蓖麻油（1）又和乙酸酐酯化合作用形成了改性蓖麻油（2）。將改性蓖麻油（1）與改性蓖麻油（2）相比，發(fā)現(xiàn)改性蓖麻油（2）的氧化性能非常穩(wěn)定，有效提升了蓖麻油的氧化穩(wěn)定性能以及潤(rùn)滑性能。

二、測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用原理

此方法把四球機(jī)的頂球夾具換成絲攻夾具，將四球機(jī)活塞換為螺母試樣夾具，再套在有油潤(rùn)滑的活塞套筒當(dāng)中，用于減少摩擦。此測(cè)試的基本原理為將螺母試樣夾具的手柄和扭矩傳感器相觸碰，使四球機(jī)在100-1800rpm的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后把傳感器的信號(hào)不斷放大，最后采用記錄儀描繪出扭矩的時(shí)間曲線圖。曲線的最高端代表著攻絲過程當(dāng)中最大的扭矩Tmax。其中，Tmax代表著潤(rùn)滑性能的情況，Tmax越小表示其潤(rùn)滑性能就越好。

三、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)所用的材料

實(shí)驗(yàn)的材料包括：絲錐、螺母試樣以及潤(rùn)滑劑。第一，絲錐。對(duì)于絲錐應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)的M10，采用首攻加工螺母坯當(dāng)作實(shí)驗(yàn)的試樣，這主要是為了統(tǒng)一螺母坯的孔內(nèi)尺寸。然后使用第二攻絲錐采取測(cè)試。第二，待攻螺母試樣。對(duì)于待攻螺母試樣應(yīng)分別采用45#鋼，H62銅，LY12鋁以及1Cr18Ni9不銹鋼的。其中45#鋼和銅材質(zhì)的待攻絲螺母孔的直徑應(yīng)為9.5mm，鋁的直徑應(yīng)為9.0mm。如果鋁的孔直徑為9.5mm，其扭矩顯示會(huì)較小。第三，潤(rùn)滑劑。對(duì)于切削潤(rùn)滑劑應(yīng)選用VG10#的基礎(chǔ)油，VG10#+20%的極壓劑，菜油以及蓖麻油。

（一）實(shí)驗(yàn)的步驟和方法

實(shí)驗(yàn)的步驟和方法分為5個(gè)環(huán)節(jié)，分別為：（1）接通電源并將筆式記錄儀清為零。（2）轉(zhuǎn)速應(yīng)為180rpm。（3）固定好準(zhǔn)備加工的螺母，同時(shí)注入潤(rùn)滑劑。（4）開啟電機(jī)，并打開記錄儀，進(jìn)行攻絲切削。（5）當(dāng)攻絲完成后，反轉(zhuǎn)電機(jī)并退出絲錐。

四、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和評(píng)價(jià)

（一）測(cè)試的周期

每次的測(cè)試大概兩分鐘左右便可出來結(jié)果。

（二）實(shí)驗(yàn)的精度與誤差

對(duì)于不同材質(zhì)的待攻螺母（主要為45#鋼、銅、鋁）在VG15#的基礎(chǔ)油里，通過我們所研發(fā)的簡(jiǎn)易的攻絲扭矩測(cè)定方法展開實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)主要利用10個(gè)待攻螺母，用來觀察此測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)精度，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差進(jìn)行分析。將最大攻絲扭矩當(dāng)作參考對(duì)象，對(duì)不同材質(zhì)的攻絲螺母的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并對(duì)存在的誤差進(jìn)行計(jì)算和分析，結(jié)果顯示：首先，對(duì)于45#的鋼。其最大實(shí)際絕對(duì)誤差為0.052N.m，最大實(shí)際相對(duì)誤差為2.65%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.036N.m。其次，對(duì)于鋁。其最大實(shí)際絕對(duì)誤差為0.048N.m，最大實(shí)際相對(duì)誤差為2.35%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.025N.m。最后，對(duì)于銅。其最大實(shí)際絕對(duì)誤差為0.041N.m，最大實(shí)際相對(duì)誤差為2.82%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.027N.m。從這些對(duì)比的結(jié)果可以看出此測(cè)量裝置的精確度還是挺高的，具有基本的可靠性和實(shí)用性。

（三）測(cè)試系統(tǒng)的可靠度分析

為了證實(shí)我們所研發(fā)的簡(jiǎn)易攻絲扭矩裝置的可靠性以及此測(cè)試方法對(duì)切削潤(rùn)滑劑性能研究的精確度，我們將現(xiàn)階段切削過程當(dāng)中較為基礎(chǔ)的菜油以及蓖麻油當(dāng)作實(shí)驗(yàn)的試樣，和普通礦油（VG15#）切削潤(rùn)滑劑的性能展開了比較，對(duì)其的可靠程度采取了分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果總結(jié)發(fā)現(xiàn)：在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，對(duì)于難以加工的不銹鋼材質(zhì)所使用的普通礦油進(jìn)行潤(rùn)滑的切削性能比菜油和蓖麻油進(jìn)行潤(rùn)滑的切削效果要差很多。由此裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tmax和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的結(jié)果相同，由此可見，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常地真實(shí)、有效、可靠。四球機(jī)實(shí)驗(yàn)（PB值以及磨損的直徑）根本體現(xiàn)不出來菜油以及蓖麻油具有良好的切削潤(rùn)滑效果（不算含極壓劑的潤(rùn)滑油）。

（四）設(shè)備及其操作的費(fèi)用

本次實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的成本和費(fèi)用與美國(guó)的FalexⅡ型攻絲扭矩測(cè)量?jī)x相比要低的多得多，而且我們所研發(fā)的裝置還非常的簡(jiǎn)易，操作簡(jiǎn)單、可靠。同時(shí)測(cè)量結(jié)果非常的快速，每次測(cè)試操作大概兩分鐘左右就能得出結(jié)果。

五、結(jié)論

我們主要是參見美國(guó)的FalexⅡ型攻絲扭矩測(cè)量?jī)x而研發(fā)出了一種簡(jiǎn)易的、便捷的、快速的易操作的攻絲扭矩測(cè)試裝置，這種裝置的測(cè)量成本以及所花費(fèi)的費(fèi)用非常的低，并且每次實(shí)驗(yàn)大概只用2分鐘便可得出結(jié)論，因此非常的快速。我們對(duì)不同材質(zhì)的待攻螺母分別做了攻絲扭矩的實(shí)驗(yàn)，待攻螺母的材質(zhì)主要包括45#的鋼、銅、鋁和不銹鋼等。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中得出誤差，然后對(duì)誤差進(jìn)行處理和分析，發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的誤差在3.0%之內(nèi)，與四球機(jī)PB值以及磨損直徑法相比本次評(píng)價(jià)切削潤(rùn)滑劑的簡(jiǎn)易測(cè)量法更加的接近事實(shí)，符合實(shí)際當(dāng)中所積累的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果，因此，充分的證實(shí)了本裝置的實(shí)用性、準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了植物潤(rùn)滑劑的優(yōu)點(diǎn)及對(duì)切削設(shè)備良好的潤(rùn)滑效果，不僅保護(hù)環(huán)境，還增大了對(duì)潤(rùn)滑劑的探索范圍。

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（作者單位：泰倫特生物工程股份有限公司）