中國石化長城切削液在某航空企業鋁合金加工中的應用及維護

靳玉峰

中石化華中潤滑油有限公司

隨著我國航空工業的高速發展，與之相關的零部件材質及加工設備、用油等要求也逐步升級。為了獲得較大的起飛重量和機動性，機身一般采用重量輕、綜合機械性能好的航空鋁合金、鈦合金等。加工機床一般選用自動化程度高的龍門式綜合加工中心。加工用油會選用冷卻性能好、潤滑性好、抗腐蝕性好、清洗性好、壽命長的水基切削液產品[1]。因此，企業選用相關金工液時也比較謹慎。通過推廣，長城切削液在我國某航空工業公司（簡稱某航空企業）某型號教練機機身骨架、桁架零部件加工中成功應用，滿足了高端客戶加工要求，得到了客戶認可。

現場設備及加工概況

某航空企業加工設備為某機床廠產的T-2520X40 型高速三坐標龍門加工中心，有循環過濾（過濾布）系統，有雜油撇油器及鏈式絞龍傳動循環排屑系統，加工方式以銑削、鉆削為主，加工零件為教練機機身座艙骨架板，7 系鋁合金材質。切削液使用壽命需達到3 年，使用濃度7%左右，在用2 款進口品牌切削液。

用液推薦及與在用產品的性能對比

針對7 系超高強鋁合金而言，在加工時對切削液的潤滑性能要求較高，結合航空航天領域對綠色環保的相關要求，加工時一般首選微乳切削液，尤其是高含油量微乳液（含油量40%～60%），不僅可以提供較好的潤滑性能，也能夠適當延長使用壽命，減少廢液的排放量。水基切削液含油量越高的產品類型形成的油膜厚度越厚，潤滑性能也就越好，但其使用壽命也越短，易生菌發臭，維護難度較大。

依據現場工況及客戶提出的要求，推薦其使用長城某款切削液，（以下簡稱長城切削液）該產品的性能特點如下：

◇具有優良的極壓抗磨性能，適合較高難度的加工；

◇具有良好的抗生物性能和使用穩定性能，使用壽命長；

◇具有優良的防銹性和抗腐蝕性，有效防止工件的腐蝕；

◇具有優良的冷卻性和清洗性，保證工件加工精度和保持刀具及工件的清潔；

◇具有低泡沫性和良好的鐵屑沉降性。

該款推薦切削液尤其適用于主要用于鉆孔、攻絲、鉸孔和拉削等苛刻加工工藝。推薦使用濃度：一般加工為3%～6%（質量分數，下同），中高負荷加工為5%～15%。

長城切削液與該公司相同工藝要求的其他2 款機床在用進口品牌切削液性能對比見表1。

表1 長城某款切削液與在用進口品牌切削液性能對比

由表1 可見，推薦的長城切削液與2 款在用切削液相比，均具有較好的防銹性、鋁防腐性、消泡性等性能。除了因含油量等因素差異造成的折光讀數有所不同，其余被檢項目檢測結果基本相當。

現場應用

上機前驗證試驗

取原液油樣300～500 mL，5%(質量分數)稀釋后，試驗件(7075鋁塊)全浸，24 h 觀察無銹點、無腐蝕，為合格。試驗過程及結果如圖1～圖4 所示。

圖1 試驗件（7075鋁塊）

圖2 5%長城切削液稀釋液

圖3 浸泡

圖4 靜置24 h的試驗件

驗證結果顯示，試驗件全浸長城切削液5%稀釋液24 h 觀察無銹點、無腐蝕，驗證通過。

上機應用

所推薦長城切削液以良好的防銹性、抗鋁腐蝕性，驗證合格。通過溝通，某航空企業同意提供某機床廠產的T-2520X40 型高速三坐標龍門加工中心進行初裝上機試用。在一個月的生產過程中，長城切削液使用完全滿足客戶工藝要求，刀具損耗、原液消耗、抗泡性等方面也有優勢，得到客戶認可，成功擴大應用至該公司其他加工設備。使用兩年來，長城切削液表現出壽命長的使用特點，一直補加消耗，未出現整槽換液情況，綜合性能和效益得到客戶認可。以該企業使用的T1 機床為例，2022 年的切削液濃度及pH 值變化情況如圖5 所示，細菌數變化如圖6 所示。

圖5 2022年T1機床的切削液濃度及pH值變化

圖6 2022年T1機床的切削液細菌數變化

由圖5 可以看出，切削液濃度維持在4.2%～6.1%的正常使用范圍，pH 值保持在8.1 以上。應用期間，正常補加新液，適當補加殺菌劑，由圖6 可以看出，細菌正常，表明長城切削液產品穩定，使用正常。

鋁合金切削維護

鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。鋁合金通常使用銅、鋅、錳、硅、鎂等合金元素。鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好[2]。鋁合金按照所含主要元素成分可以分為1～9 系鋁合金[3]，其中，7 系鋁具有強度好、耐磨性好等優勢，廣泛用于航天工業。切削是鋁合金加工方式之一，鋁合金在物理性能上與大部分鋼材和鑄鐵材料相比，具有很多明顯的特點：強度、硬度與純鋁相比提高很多，但與鋼材相比強度與硬度低，切削力小，導熱性好。由于鋁合金質軟，塑性大，切削時易黏刀，在刀具上形成積屑瘤，高速切削時可能在刀刃上產生熔焊現象，使刀具喪失切削能力，并影響加工精度和表面粗糙度。此外，鋁合金的熱脹系數大，切削熱容易引起工件熱變形，降低加工精度[4]。

切削液的正常使用，除了要求切削液產品應具有良好的綜合性能外，與現場維護管理也關系密切。鋁合金切削加工中的切削液維護尤為重要。

日常維護的主要內容有檢測濃度、pH 值、細菌情況，觀測液槽液位、機床漏液、漏油情況、過濾系統、撇油器是否正常，及時補加新液，關注停機時長。配備配液設備，電動、手動油抽、配液車、攪拌棒、裝油桶、抹布、拖把等?，F場常用檢測設備有手持式折光儀、電子濃度儀、精密pH 試紙、測菌片、水質硬度試紙等。

維護管理指標

濃度

濃度是切削液日常維護管理的重要指標之一。保持合適的濃度是保證切削液性能、加工正常、提高效率、降低用液成本的有效手段。濃度過高，原液消耗量大，費用高，會造成浪費，產品冷卻性能、沉降性能降低。濃度過低，加工潤滑不足，零件加工質量也可能降低，刀具損耗增加，零件有腐蝕風險，影響切削液壽命。

pH 值

pH 值也是切削液日常維護管理的重要指標之一，根據不同的工藝要求，會設定一個合適的切削液pH值范圍。pH 值過高，一般會刺激操作工皮膚、影響鋁件腐蝕，可能還會引起機床油漆皸皮、脫落。pH 值過低，會影響防銹性和抗菌性能，導致切削液腐敗。

細菌量

切削液腐敗變質主要系厭氧菌過量繁殖所致。細菌數一般控制在102～104，若超過105，切削液一般會有腐敗味道，必要時可使用殺菌劑控制細菌數量，補加殺菌劑時需做好防護。

具體操作（新機床配液）如下：

◇用1%～2%切削液稀釋液或殺菌劑稀釋液對機床液槽、循環系統進行循環清洗1 次（非新機床的老液替換至少需殺菌清洗兩次）；

◇抽排掉用于清洗的切削液，按6%～8%的濃度配液，先加水后加原液，邊加液邊攪拌均勻，以保證切削液乳化正常；

◇加入液槽，按照液槽容量，先加入約總量的2/3，注意觀察回液槽、過濾槽（凈油槽）啟動循環液面變化，若液位不夠，及時補液，以保證回液槽、過濾液槽切削液循環系統工作正常，同時，要避免切削液溢出。

水質硬度

水溶性切削液使用時會用水進行稀釋，稀釋用水的硬度也是切削液維護管理的指標之一。水的硬度是由溶解于水中的礦物質的含量所決定，硬水中含大量鈣鎂離子。低硬度配液用水是切削液穩定的必要條件之一，對于金屬防護具有積極意義。一般每個水溶性切削液產品都有其適用的水質硬度范圍，以避免出現乳化、泡沫、腐蝕性等異常。

切削液維護監測

每日巡查

每天巡查，確定切削液氣味是否正常，觀察液位變化，及時補加新液，觀察機床漏油、撇油器運轉情況，避免液槽雜油過多以便及時清理。

濃度監測

濃度下降時，配制高濃度新液及時補加或加入原液，攪拌均勻，直至濃度保持在6%～8%水平。濃度檢測可使用手持式折光儀或電子濃度儀，如圖7、圖8 所示。

圖7 手持式折光儀及其使用

圖8 電子濃度儀及其使用

pH 值監測

現場用精密pH 試紙監測，若pH 值低于特定值時，及時補加堿性劑，先按合適比例稀釋加入，攪拌均勻，保持在pH 值在正常范圍之間，當加入堿性劑超過正常值時，需配合按合適比例加入鋁緩蝕劑，以保持切削液的抗菌、抗腐蝕性能。

測菌

現場一般用測菌片測試，方法是取出測菌片，用棉簽蘸取切削液涂抹在測菌片上，放入測菌管內密封，取不同位置切削液測試，如回油槽、過濾槽角落、機床臺面角落等，細菌（淺色面）放置24 ～48 h，真菌（深色面）放置72 ～96 h，觀察生菌情況。在保持正常的濃度、pH 值情況下，一般3 ～9 月份，可每月測1 次，10 ～2 月份，可2 個月測1 次，不過，依據現場切削液使用情況有異常時，需及時進行檢測。

硬度

水溶性切削液原液稀釋配液時，特別是初裝配液時，要對稀釋用水進行硬度檢測，通過滴定或硬度試紙可以很容易測得水的硬度。本文所推薦的該款長城切削液一般建議水質硬度不超過400 mg/kg。

建立切削液維護檔案

建立切削液維護檔案是管理、使用切削液的一種科學方法，能起到監控、有效降本的作用。每臺機床建立一份檔案，詳細記錄濃度、pH 值、補液、補加添加劑名稱及數量?？梢园朐?、1 月匯總，結合每臺機床加工工藝要求，確定合適的使用濃度，以降低切削液、刀具綜合消耗成本。

結論

☆所推薦長城切削液產品具有優良的極壓抗磨性能、良好的抗生物性能和使用穩定性能、優良的防銹性和抗腐蝕性、優良的冷卻性和清洗性、低泡沫性和良好的鐵屑沉降性,可以滿足航空高端客戶加工需求。

☆良好的切削液產品與科學的現場管理維護是分不開的，在實際應用中，建立切削液維護管理體系，對增強切削液產品使用效果有很大幫助，也能為企業降本增效起到積極作用。