氣缸套環保型準干切削液的研究

閃海南 高穎 劉棟 賈智博

摘要：氣缸套機加工制造中切削以噴淋切削液的濕式方式進行的，隨著社會環境保護和可持續發展意識的提高，人們開始關注切削液帶來的一系列負作用，切削液的儲存、配置、使用及回收等過程中均有較為嚴重的環境污染。本文研究了一種氣缸套環保型準干切削液，在使用的全部過程，沒有任何味道，對環境影響小，潤滑劑的使用量減少 5%，30 天使用性能基本穩定，具有廣闊的應用前景。

Abstract： In cylinder liner machining manufacturing， cutting is carried out by spraying cutting fluid in a wet way. With the improvement of social environmental protection and sustainable development consciousness， people begin to pay attention to a series of negative effects brought by cutting fluid. There are serious environmental pollution in the storage， configuration， use and recovery of cutting fluid. In this paper， a kind of environmental protection quasi dry cutting fluid for cylinder liner is studied. In the whole process of using， it has no smell and has little impact on the environment. The usage of lubricant is reduced by 5%. The performance is basically stable in 30 days. It has broad application prospects.

關鍵詞：氣缸套;環保;準干切削液

Key words： cylinder liner;environmental protection;quasi dry cutting fluid

中圖分類號：TG174.42+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0056-02

0? 引言

氣缸套是內燃機的核心零部件，它的性能直接影響著發動機的新能氣缸套所用材質為合金鑄鐵，常常采用離心鑄造完成。由于離心鑄造過程采用噴水冷卻工藝，硬度相對于砂型鑄造灰鑄鐵硬度更高，因此在氣缸套機加工制造中，尤其是在自動化程度較高的數控機床、加工中心和自動線上是以噴淋切削液的濕式方式進行的。使用切削液的主要目的是排屑、降低加工區（刀具和工件切削區）溫度、改善加工過程中刀具與工件間的摩擦，減少刀具磨損，提高刀具的耐用度。從而提高氣缸套機械加工的生產效率，降低生產成本。但是隨著社會環境保護和可持續發展意識的提高，人們開始關注切削液的整個生命周期，關注使用切削液帶來的一系列負作用。首先，切削液的制造、配置、使用、回收、處理及排放需要消耗大量的能源和資源（勞動、化工材料、油料、水及空間）。

另一方面，切削液的儲存、配置、使用及回收等過程中均有較為嚴重的環境污染，及對工人的身體健康有很大的危害。而氣缸套加工過程完成之后，對氣缸套及切屑表面形成的切削液附著物進行清洗處理時，又產生了所謂的“二次污染”效應，而且切削液的使用會提高生產成本。

在提倡節能減排、環境保護、綠色生產的今天，急需一種新的氣缸套切削加工工藝，準干切削技術應允而生，準干切削技術是一門近幾年發展起來的金屬切削加工新技術，就是在金屬切削加工過程中使用準干潤滑系統進行潤滑，該技術的發展需要研究一種適用于氣缸套金屬切削工藝中配合準干潤滑裝置使用的環保型水溶準干切削液。本文正是為了克服現有切削液的技術不足，研發環保型準干切削液。該環保型水溶準干切削液適用于氣缸套切削加工工藝中，配合準干潤滑裝置使用，能代替原有的傳統的以礦物油或植物油或切削液作為金屬加工切削油/液，可以使切削液使用量大幅減少，同時具有良好的防銹性和極壓抗磨性，冷卻性能良好，顯著提高生產效率，降低生產成本。

本文在中原內配集團有限公司機械加工車間試驗，試驗毛坯為普通硼鑄鐵，產品型號為云內490，試驗設備為CP7620，試驗工序為粗車工藝，采用刀具為硬質合金YG3材質，加工余量1-1.2mm。

1? 環保型準干切削液的制備

它是先由乙二醇與硼酸按摩爾比2：1反應得到二乙二醇硼酸醋后，再由二乙二醇硼酸醋與環氧乙烷按摩爾比1：（10-20）發生聚合反應得到的，其化學式為：

其中n為10-20的整數。

配置工藝為：

1.1 制備二乙二醇硼酸醋A

將乙二醇和硼酸按摩爾比2：1加入反應釜中，充入氮氣保護，攪拌加熱至160-180℃，保持恒溫攪拌4-5h，減壓排出反應生成的水，制備成二乙二醇硼酸醋A備用;其化學方程式為：

1.2 制備聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B（含聚乙二醇、硼酸鉀鹽和氫氧化鉀）

稱取二乙二醇硼酸醋A和氫氧化鉀加入用0℃左右的冰鹽水循環冷卻的聚合釜中攪拌，然后向聚合釜中通入氮氣轉換釜內空氣，當聚合釜中氮氣保持正壓時，用氮氣進料罐將環氧乙烷推進聚合釜，同時攪拌升溫至100-120℃，壓力調節至0.3-0.4MPa，聚合反應5-16h以后，用氮氣將聚合釜內的聚合物擠出，即得聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B （含聚乙二醇、硼酸鉀鹽和氫氧化鉀）。其二乙二醇硼酸醋A：環氧乙烷摩爾比為1：（10-20），制備聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B的反應方程式為：

其中，m為不確定整數。

1.3 制備環保型準干切削液

步驟2中得到的聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B（含聚乙二醇、硼酸鉀鹽和氫氧化鉀）加入含磷酸鉀鹽的去離子水中攪拌均勻，即制得環保型水溶準干切削液。各組分的重量百分比為：聚氧乙烷醚基二乙二醇硼酸醋聚合物B（含聚乙二醇、硼酸鉀鹽和氫氧化鉀）占40-70%，磷酸鉀鹽1-2%，其余為去離子水。其中磷酸鉀鹽為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸鉀中的一種或任意幾種的混合物。

2? 環保型準干切削液使用效果

配置完成其初始理化檢測結果如表 1 所示，使用 30 天后其檢測對比結果如表 2 所示。

從表1、表2可以看出：

①本文研究的切削液在使用的全部過程，沒有任何味道，對環境影響小。

②環保型水溶準干切削液配合準干切削潤滑裝置使用，潤滑劑的使用量每 1000 只缸套由40kg 降低至 0.2 kg，使用量減少 5% ，節能環保。

③本文研究的切削液使用性能基本穩定，30 天使用后理化指標沒有很大變化，普通的切削液各項指標變化較大。

④具有很好的冷卻性和潤滑性，還具有良好的防銹性和極壓抗磨性（加入磷酸鹽有助于提高極壓抗磨性）。

⑤具有良好的防銹性能，同時它是一種良好的表面活性劑，水溶性良好，同時水在加工時蒸發，可帶走大量的熱，是良好的冷卻劑。

3? 總結

①本切削液的配置方法為：稱取磷酸鉀鹽加入去離子水中攪拌，再加入聚氧乙烷醚基二乙二醇棚硼酸醋聚合物 B （含聚乙二醇、硼酸鉀鹽和氫氧化鉀），同時攪拌 2-3h，混合物透明后包裝即為成品。

②環保型準干切削液在使用的全部過程，沒有任何味道，對環境影響小。

③氣缸套環保型水溶準干切削液配合準干切削潤滑裝置使用，潤滑劑的使用量減少5% ，節能環保。

④氣缸套環保型水溶準干切削液 30 天使用性能基本穩定。

參考文獻：

[1]高浩，高廣東，等.低合金準鑄態貝氏體氣缸套新型淬火液研究[J]. 內燃機配件，2020（2）：24-26.

[2]高浩，高廣東，等.離心鑄造數字化噴涂機構設計[J].內燃機配件，2020（3）：160-163.

[3]郜文國，楊永安，周梅，等.硼鉻銅合金鑄鐵氣缸套的開發[J].拖拉機與農用運輸，2005（1）：60-61.

[4]趙明剛.高碳當量鑄鐵氣缸套[J].內燃機，2004（5）：22-23.

[5]高浩，吳龍，等.氣缸套毛坯無絕熱墊離心鑄造的研究[J]. 內燃機配件，2015（2）：26-27.

[6]高浩.汽車缸套毛坯減重技術研究[J]. 內燃機配件，2015（3）：31-35.

[7]高浩，吳龍，等.汽車缸套離心鑄造凝固數值模擬研究[J]. 內燃機配件，2020（2）：22-25.

[8]高浩.多工位智能化氣缸套毛坯離心鑄造機研究[J].內燃機配件，2014（12）：23-25.

[9]高浩，吳龍，等.基于ProCAST的汽車缸套離心鑄造數值模擬研究[J].內燃機配件，2014（1）：12-14.