在切削加工中使用冷卻潤滑液已有很長歷史,而這種狀況在可預見的將來也不會改變。早期曾預測干式切削會很快流行,但現在的情況不是這樣,而且在將來,大部分切削加工將使用大流量的冷卻潤滑液系統。德國聯邦政府經濟和出口管理部門的統計數字顯示:在德國,從供應的水溶性和非水溶性冷卻潤滑液的噸數來看,其消耗量并沒有減少。
干式切削和微量潤滑切削并未大面積推廣
干式切削(廣義來講也包括微量潤滑切削)在過去12年中受到重視,在此期間做了大量研發工作,迄今大多數工件材料基本上都能進行干式切削。根據一項對刀具制造商和機床制造商的調查發現,干式切削并沒有像預期的那樣得到應用,目前它只占有12%的市場份額。盡管濕式加工在勞動保護和環境保護方面存在缺點,但目前濕式加工仍然占優勢。
干式切削沒有得到很快推廣有許多原因,主要的原因是擔心改換干式切削的工作會影響生產的正常進行;由于滿負荷運行的機床和相關人員的缺乏,很難保證這種改換不會影響生產的正常進行。因此,很少有將原有加工流程改造為干式切削的。但是,干式切削所占的比例還是提高了,因為在新建生產線時(尤其是批量生產的情況),對于是否采用干式切
酯類的合成油和水溶性系統應用前景好
無論是水溶性還是非水溶性的冷卻潤滑液,其基礎油可以是礦物油、天然或合成的酯類、合成的碳氫化合物和聚二醇。其中,生物上可分解的酯類產品在未來的市場份額會增加。與礦物油相比,酯類基礎油有生態上的優勢和技術上的優點,包括:
(1)對水環境的保護較為有利;
(2)較少汽化損失;
(3)壽命長;
(4)燃點高;
(5)不傷害皮膚;
(6)有較好的潤滑性,可獲得較好的加工質量。
成本較高和生產周期較長阻礙了酯類油的進一步推廣應用,目前酯基產品只占有5%~10%的市場份額。但由于其顯著的優越性,有關人士預測,將來酯基產品(尤其是不含礦物油的水溶性產品)占有的市場份額可達50%。
多功能油只限于個別應用場合
多功能油的特點是至少適用于2個以上的不同應用場合,它們既可作為機床的液壓油,又可作為切削油,從而解決了液壓油與切削油相互混入的問題。
由于多功能油要用一個產品系統去覆蓋廣泛的應用領域,因此對于某一個具體的加工,只能是一種折衷的選用。多功能油在將來的發展前景不太大,盡管總的趨勢是減少切削液的品種,放棄對每種加工都開發特定切削液的做法。
相關立法工作正在進行中
為了防止化學制品對人類和環境可能造成的危害,歐盟委員會正在就化學制品的登記、評估和批準的歐盟法律草案(REACH)進行新一輪的激烈討論,預計到2007年中,REACH將會生效。屆時在歐盟,年生產或進口一噸以上的化學制品,對其每一個可預見的應用領域(包括用作冷卻潤滑液)必須經過登記、評估和批準,申報費用計入材料成本。由于那些作為冷卻潤滑液添加劑的化學制品用量少,使登記成本高得不成比例,因而不得不放棄使用或導致冷卻潤滑液價格大幅上揚。而添加劑的改變或調整會暫時影響冷卻潤滑液的質量,進而影響到加工工藝的調整。REACH的實施將要求冷卻潤滑液制造商提供更詳細的產品數據,因此配方的保密將更加困難。
歐盟已公布的“生物殺菌劑指導書”是下一步REACH的預演,已經涉及了市場上可供貨的生物殺菌劑的80%,從而使價格有所提高。因為細菌經過一段時間后會適應生物殺菌劑,使其失去殺菌效果。冷卻潤滑液制造商希望,如果現有的生物殺菌劑也需要申報,最好不要有大的變化。為此,一些冷卻潤滑液制造商也開發了無生物殺菌劑的產品,經試用取得了很好的效果。
優化冷卻潤滑液是提高加工效率的重要因素
通過將冷卻潤滑液與具體加工過程優化搭配,可以提高加工效率、延長刀具壽命和提高加工表面質量。然而,潤滑工業協會的領導人Müller博士認為,很多企業并未認識到冷卻潤滑液的重要性。企業因為生產任務忙或人手不足等原因,顧不上對冷卻潤滑液進行優化,并擔心使用新的冷卻潤滑液有影響生產的風險。
冷卻潤滑液制造商認為,只有20%的用戶采取具有針對性的應用方案來提高生產效率,其余80%的用戶則在使用并非最佳的冷卻潤滑液。為了簡化管理,企業都盡量減少冷卻液的品種。從某個企業的實例可以看到,盡管優化冷卻潤滑液增加了制造費用,但總的加工成本顯著下降。
此外,機床的結構也會影響冷卻潤滑液的使用效果,例如,有的機床存在冷卻泵能力太小、不利于清洗而有利于微生物生長等結構缺點。
冷卻潤滑液的維護保養十分重要
在問卷調查中,企業對于由冷卻潤滑液制造商來提供保養和維護給予了很高評價。在德國,約有20%的企業由于不愿增加投入而不對冷卻潤滑液進行保養。專家估計,在被調查的企業中,凡是對冷卻潤滑液進行保養的,可使其壽命延長50%。相關的技術包括:
(1)保養的方法和裝置
目前大多仍采用毛氈或紙來過濾固體雜質,這種一次性使用過濾織物的做法還會繼續下去。從長遠來看,金屬或合成材料的過濾網將得到推廣,因為它們的使用壽命長,可使總的費用降低。
(2)冷卻潤滑液保養機械
采用中央處理設備比單個處理設備更為有效,但中央處理設備的缺點是如果一臺機床的冷卻潤滑液受到干擾,就會影響其它機床。因此,發展趨勢是采用25~50m3之間的設備,而不再
(3)加強管理
使用新的冷卻潤滑液減少了對人體健康的危害,但它們對臟物的侵入很敏感。因此需要采取在工作時禁煙、把機床密閉起來、將運送切屑的車輛加蓋等措施來防止各種雜物的侵入。為此,企業要加強對員工的教育和落實技術措施來保護冷卻潤滑液。
冷卻潤滑液全壽命周期的費用
冷卻潤滑液在其全壽命周期中的費用大致可分為采購費用和使用期間發生的費用。在問卷調查中,大多數企業認為冷卻潤滑液全壽命周期的費用主要是保養維護費用和相關人員和設備的費用,而采購費用則是次要的。
只有少數企業了解企業使用冷卻潤滑液的全部成本,多數企業只看到采購費用和廢液處理費用,而未考慮與維護相關的人員費用以及冷卻潤滑液對提高生產率和延長刀具壽命的作用,從而購入了低價產品;從全成本的角度來看,這種做法付出更多。
制造商參與企業冷卻潤滑液的全面管理尚待時日
近年來,美國出現了冷卻潤滑液管理新模式,即由冷卻潤滑液制造商或服務商對企業的冷卻潤滑液提供內容廣泛的動態管理,包括采購、化學分析、保養、廢液處理等。而在德國,大多數被調查企業只利用了化學分析和向冷卻潤滑液制造商進行咨詢的業務,而沒有利用其它服務內容。造成這種狀況的原因是,企業擔心技術訣竅(know-how)流失和缺乏對服務商提供的服務措施效果的評價依據,此外還有來自企業內部的阻力。目前在德國,估計有15%的企業利用了全面的冷卻潤滑液管理,而有10年以上know-how的企業還是不打算將冷卻潤滑液的管理外包。
提倡在工程項目早期就與冷卻潤滑液制造商合作
在制造業,通常在建設新的生產線或設計新的機床時都不與冷卻潤滑液制造商進行商討,結果在設備投入運行時經常出現起泡或因水箱太小引起的問題,這些問題通過與冷卻潤滑液制造商進行早期合作是完全可以避免的。企業購買新設備時,在企業內部與冷卻潤滑液有關的專業人員往往也被排除在外,同樣會造成此類問題。有例子證明,與冷卻潤滑液制造商進行早期緊密合作可以明顯降低生產成本
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