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金属加工范文1
关键词:金属加工;自动化;数字化;智能化
中图分类号:TP108文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)08-0037-02
在全球经济一体化的背景下,金属加工环节面临着巨大的成本压力,这是整个制造链相互挤压的结果。金属加工要减少人工成本,缩短加工准备周期、提高切削速度,就必须走自动化之路。自动化技术不仅有利于金属加工企业提升业务水平,而且有利于提高企业的生产效率和产品质量。
一、金属加工自动化的涵义
(一)从形式方面看
金属加工自动化主要表现在代替人的体力劳动,繁重的体力劳动不再由人去付出,而是通过自动化的机械去完成;采用智能技术实行自动化处理,可以根据指令或者模拟人工智能等来完成简单的自行操作和处理;工作人员、机械以及自动化仪器之间成为一个系统,这个系统能够实现协调的运作与控制,并不断地得以优化。
(二)从涉及面方面看
自动化技术不但涉及到具体加工制造过程,还涉及到产品的整个生命周期。机械制造自动化技术贯穿于整个金属加工过程的始终,能够最大限度地降低人力、物力和财力的消耗,并能最大限度地提高生产效率,能够为企业创造更高的经济效益。
(三)从功能方面看
金属加工自动化不仅仅表现在代替人的体力劳动和脑力劳动,此外,金属加工自动化还表现出诸多的优点:
1.金属加工自动化技术能够极大地提高生产效率,缩短产品生产周期,为产品抢占市场提供了时间保证。
2.加工自动化技术能够确保产品质量达标和规格统一,符合现代社会标准化生产模式,具有良好的发展前景。
3.金属加工自动化技术能够提高生产效率,减少劳动力的消耗和使用,从而帮助企业降低生产成本,提高企业的经济效益。
二、我国金属自动化的发展趋势
根据对国内外金属加工自动化发展的现状,我们认为新时期我国金属加工自动化将会呈现以下发展趋势:
(一)虚拟化
虚拟化是一种方法,本质上讲是指从逻辑角度而不是物理角度来对资源进行配置,是从单一的逻辑角度来看待不同的物理资源的方法。虚拟化是一种逻辑角度出发的资源配置技术,是物理实际的逻辑抽象。金属加工产品的设计原来主要依赖前期的图纸与后期的成品试验,这不但浪费了大量的时间,而且在产品试验过程中消耗了很多人力、物力和财力的消耗,增加了成本。随着电子计算机和网络通讯技术的发展和成熟,人们借用电子计算机可以模拟操作很多工作,通过互联网实现数据的快速传输,从而实现了不同地方的人即时性的交流与合作。这也为金属加工行业的虚拟设计和试验提供了技术支持。
(二)智能化
智能制造系统,是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在加工过程中能够解决难以用数学的方法精确描述的复杂的、随机的、模糊的、柔性的各种问题,具有自我学习、自我适应、自我组织和自我决策等特点,被金属加工企业广泛采用。
智能加工技术能够通过人与机器的合作,极大地扩展和延伸人类在金属加工过程中的脑力劳动,从而优化加工过程、提高生产效率和减少消耗,这主要体现在机床的自动化的两个方面:
1.机械结构。在机械结构方面,早期的自动机床主要是简单的两轴控制的数控车床和三轴控制的铣床。但是这样的自动机床只能实现简单的加工,稍微复杂的工件就加工不了,或者需要将机床停下来,进行手动换刀。因此,在后来的数控机床上增加了能够自动换刀的刀塔,在数控铣床上增加了自动换刀的刀库,为了进一步提高效率,在刀库的基础上又增加了机械手,使得换刀的时间缩短了很多。目前,刀塔和刀库机械手已经成为数控车床和加工中心的标准配置,数控车床的刀塔功能也发生了变化,不但可以装夹车刀,而且可以配置动力刀头实现钻孔和铣削的功能。
2.控制系统。在控制系统方面,主要表现在加工中心上。加工中心是金属加工自动化中的核心设备,也是整个自动化切削系统中一台简单的自动化机器,它是“自动换刀的数控铣谴床”。加工中心的刀库正在向着容量更大、换刀速度更快的方向发展。随着机器人技术的发展,出现了带视觉系统的机器人,机床的智能化达到了一个更高的水平,如有些公司就配置了机器人的柔性成产系统,可以实现720小时无人化的加工。在这个过程中,加工中心和换刀机器人有着密切的联系,换刀过程是由单元计算机统一调度的。单元机对机床发装、卸命令,让机床刀库转到要求位置。与此同时,对换刀机器人发相应命令,待机床刀库到位后让单元机通知换刀机器人进行换刀。在整个换刀过程中,禁止加工程序中的换刀请求。
正是在机械结构和控制系统的相互作用下,不断推动了机床自动化水平,又由于智能化网络技术在机床方面的应用,使得机床不但具有金属加工的功能,而且具备了管理方面的能力。
(三)环保化
近年来,虽然大多数国家都实现了经济的快速增长,人们的生活条件更加优越,但是,资源消耗和环境污染等重大社会问题却给人类的生存和发展提出了严峻的挑战,促进人类与环境的可持续发展也已成为全人类的共同声音。金属加工业是污染较为严重的行业,近年来,“废水、废气、废渣”等“三废”给环境造成的巨大污染和负面影响已经显现,出现了全球气候变暖、水资源污染、各种自然灾害频发等现象。然而,通过提高金属加工自动化水平,我们可以减少字眼的消耗,从而降低的排放,从而“废水、废气、废渣”,有利于实现“节能减排”的目标。在促进社会可持续发展、营造和谐社会的今天,金属加工自动化向着环保化方向发展必将成为必然趋势。
三、MAZATROL系统环境下的金属自动化加工
机床也在向无人化方向发展,为了虽短加工的准备时间,提高机床的利用率,机床增加了托盘自动交换装置,为了进一步提高机床的自动化水平和无人化的工作时间,托盘的数量也在增加,可从2个一直到14个托盘,这就是FMC(柔性制造单元)。
随着机器人技术的发展,带视觉系统机器人的出现,机床无人化水平更是发展了一个新的高度,如山崎马扎克公司配置了机器人的柔性生产系统可以实现720H的无人化加工。
在控制系统方面,需要新的、更加开放的智能化网络化的系统。数控程序也向着人机对话式的发现发展。
传统的G代码程序的编程不但需要编程人员具有丰富的工艺知识,而且编程复杂需要很长的编制和调试时间。对于人机对话式的编程方式来说就非常简单了。下面就以MAZAK公司的MAZAK 640系统为例来说明智能化网络化系统的功能和特点。
人机对话式编程的MAZATROL系统来说,只要告诉系统要加工的材质和试用的刀具材质,系统就会根据内置的专家库自动给出主轴转速,进给速度等切削参数,当然也可以对切削参数进行修改,并且可以将用户的经验纳入专家库。加工向导预测功能可以根据切削条件计算出主轴的功率负荷,并且给出总的加工时间和每一把刀具的加工时间,以及每把刀具的加工时间在总加工时间中的比率,编程操作人员可以根据主轴的负荷和加工时间对程序进行进一步的优化。
当输入要加工零件的形状、要求等信息后,系统可以自动展开所需刀具和自动生成刀具的加工路径,系统还有三维实体模拟加工和防止干涉碰撞的功能,程序编制完成后,马上可以进行三维实体的模拟试切演示来检验程序的正确性,由于程序中包含了刀具的相关信息,因此,通过三维的实体模拟得到是真实的加工形状,MAZATROL系统内置了机床的边界条件,如果再加上夹具的模拟数据,还可以实现防止干涉碰撞的功能,档手动操作机床的情况下,机床会根据已经建立的机床、刀具、夹具和工作形成的空间的位置和边界条件,时刻监控机床的运行过程,当发现将要发生碰撞危险时,机床会在设定的安全距离内停止运动并发出报警,从而避免干涉碰撞对机床、刀具和工作造成的破坏。
另外,MAZATROL系统的刀具管理功能,可以大大缩短机床加工的准备时间,机床的监控功能可以随时了解机床的运行状况,图示化的诊断画面可以帮助维修人员尽快排除机床的故障。
四、结语
金属加工自动化是提高生产效率、节约人力资源成本、减少人为因素影响、满足批量生产需要的重要手段之一。目前,虽然我国在这方面的研究取得了一些成绩,但是与国外发达国家相比,还存在着一定差距,需要相关部门和人员结合我国具体情况,通过大家的共同努力不断提高我国金属加工自动化技术水平。
参考文献
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金属加工范文2
关键词:水溶性 金属加工液 管理
金属加工液具有、冷却、清洗及防锈等功效,在机械切削加工过程中,选择质量优良的金属加工液可以提高工效和工件表面质量。随着机械加工工艺的不断发展及对能源、环境、安全的考虑,油基金属加工液已逐步被水基加工液所替代。
水溶性金属加工液是需用大量的水进行稀释配比使用,因此水是其基本物质。由于水的比热和热传导都较油大很多,因此冷却性非常优秀,故其稀释液通称为冷却液。但如果不能正确地使用的话,将很快导致使用液的劣化、腐败、分层、生锈以及切削性能变差等各种问题的出现,因此,机加工现场对水溶性金属加工液管理的好坏直接决定了金属加工液使用寿命的长短、影响使用成本的高低。当今社会随着人们环保意识的增强,对冷却液的使用寿命提出了更高的要求,因此为了更好地发挥冷却液的、冷却、清洗及防锈功效,维持其长期较好的使用性能,必须对其进行有效的管理。
一、水溶性金属加工液的日常管理
水溶性金属加工液与油基液相比,是一种不稳定性体系。为了确保水溶性金属加工液必须具备的性、防锈性、防腐性、渗透性、耐腐败劣化性等各种性能,在设计产品配方时加入了各种对应用途的添加剂。
由于各种添加剂的化学性质、物理性质有所不同,因此其性能丧失速度也各不相同。容易丧失的成分主要有长链的脂肪酸盐(成分)、油溶性的表面活性剂、防腐剂、消泡剂、非铁金属防腐剂(铜、铝缓蚀剂)等。随着有效成分的丧失,就有可能引起加工液的性能降低。不容易丧失的成分主要有矿物油、中链脂肪酸盐(防锈成分)、水溶性的碱性成分(胺等),水溶性好的表面活性剂等。这些成分就很容易在使用液中蓄积起来。因此,为了长时间更好的发挥水溶性金属加工液的作用,对其日常的维护与管理显得尤为重要。
二、影响水溶性金属加工液使用寿命的主要因素及对策
1.水质管理
因为水溶性金属加工液的大部分由水构成,水质的好坏对冷却液的使用寿命和性能产生非常大的影响。在日常水质的选用中,我们可以参考表1进行。从表1中,我们不难看出,当水质pH值偏低的话,会引起加工液生锈、腐败、稀释液安定性差等问题;水质硬度太低,会引起加工液起泡;硬度太高,会导致加工液析皂、腐败、分层;水质中阴离子氯离子、硫酸根离子太高,会引起加工液生锈;水质中磷酸根离子太高、水质中有生菌数,都会引起加工液腐败。因此,尽可能使用理想的水质指标范围内的水作为稀释水使用。
2.杂油、杂质管理
水溶性金属加工液中混入的杂油主要有油、液压油、防锈油等。
水溶性金属加工中混入的杂质主要指金属过加过程中产生的切屑,切屑的存在加速了水溶性金属加工的腐败和变质现象。二者的影响程度如表2所示。
从表2中我们可以看出水溶性金属加工液的腐败劣化会随着切屑、杂油的混入而加速,切屑大量堆积时,切削液剂中的极性有效成份(特别是脂肪酸)会优先吸附在切屑的表面被带走,从而引起加工液浓度的降低和组份的变化。另外,液箱表面覆盖有杂油时会引起使用液进入缺氧状态(油封),此时细菌(通常是厌氧菌)的繁殖会加速,导致腐败、恶臭等问题也随之而来。因此,为了确保水溶性金属加工液的使用性能及更长的使用周期,必须将混入的杂质、杂油及时清除。同时必须做到以下几点:
2.1防止机床、设备的漏油。经常对设备进行检修保养,使导轨油、液压油的混入量降至最低。
2.2安装除杂油装置。要求装在液体的静止部而不是流动部。
2.3安装过滤装置。不同的过滤器都有各自不同的优缺点,根据经验比较各种过滤器的性能、选择合适的过滤设备是一种方便的方法,我们可以考虑采用几种过滤器组合的形式来弥补各自的缺点。对于小容量单机磨床,一般选用磁性分离器配上纸质过滤器就能得到良好的过滤效果。
2.4加工工序的改良。尽量减少工件上附着的防锈油和非水溶性切削油剂的量,可以对油溶性物质附着量大的工件先进行清洗,再进入下道的水溶性加工工序。
3.浓度管理
浓度管理是水溶性金属加工液管理中最基本且最重要的事项。水溶性金属加工液的使用浓度范围一般在1~10%之间,随着浓度的不同,其性状、性能将会产生非常大的差异。
油剂厂家在设计配方时会考虑到各种加工方法、被加工材质、要求精度等方面的要求,其使用浓度也是在设计配方时已考虑。在实际使用时如果偏离设计浓度,就无法获得期望的性能:使用浓度低于推荐浓度,则会产生上图所示的性、防锈性等性能不足,同时也容易产生腐败,而腐败又会再次导致性能的恶化和恶臭的发生,必须得添加添加剂来改善使用性能,从而导致使用成本的上升;如果浓度使用得过高,不仅会产生起泡、皮肤刺激等问题,还会造成很大的浪费。因此,正确地做好水溶性金属加工液的浓度管理在降低使用成本的同时还能大大延长其使用寿命。
为了将水溶性金属加工液维持在一个合适的浓度,必须做到:
①建立有利于浓度管理的体制,保证由专业的管理人员统一配制;
②定期补充与设定浓度相符的原液和稀释水;
③定期对浓度进行监测。
4.pH值管理
水溶性金属加工液pH值的下降,其中一个主因是大气中的二氧化碳溶解后对pH值产生了影响,另一个更重要的原因是由于细菌的繁殖使水溶性金属加工液腐败而引起pH值下降。加工液液一旦腐败,其中的有效成分必定会析出,从而进一步导致浓度和pH的降低,更加速了加工液的腐败。如此恶性循环,引发加工液的防锈、等各种问题相继产生。
下图是腐败液分别在第1、2、3、4、5天加入不同pH值、相同浓度的稀释液中后,对比稀释液中的细菌数检测结果。由图看出若添加pH值9.0以上新液,随着天数的增加,还来大量的细菌被不断补充的新液杀死,生菌数能平稳维持在10个/ml 以下。若添加pH值低于9.0的新液,生菌数随着天数的增加一直处于上升趋势,不断补充的新液根本起不到杀菌的效果。因此,把pH值维持在9.0以上是十分重要的。
5.防腐管理
水溶性金属加工液的使用周期一般取决于它的腐败时间,因此防腐管理对于延长使用周期来说非常重要。水溶性金属加工液腐败的主要原因是微生物(细菌、真菌、酵母)的繁殖引起的,其中的添加剂、表面活性剂、防锈剂等等都会成为微生物的营养源,导致微生物的繁殖增多,因此必须引起注意。
最有利于发生腐败的温度范围是30~40℃,夏季的气温与此接近。低温时细菌的活动变得迟缓,高温时则细菌容易被灭杀,这都对抑制细菌有利。但在实际的金属切削和磨削加工过程中,由于加工热通常会使冷却液的温度正好位于细菌易于繁殖的30~40℃之间,更昜产生腐败问题。因此为防止加工液的腐败,应该采取以下措施:
1.更液时应采用杀菌剂充分清洗油箱、配管以及设备四周。以彻底清除原来的腐败液体;
2.稀释水采用新的工业自来水,尽量采用推荐指标范围内的水;如果水源不达标,可以考虑先进行水处理。
3.维持合适的浓度,发挥油剂本身的性能;
4.停机时往使用液中鼓入空气。但应控制每次30分钟,每天大约四次的频度,过度鼓入空气将导致需氧菌增殖而起到反作用;
5.机床循环系统应尽量避免产生死角;
6.液箱上面加盖子,避免使用液飞散;分油器、除屑装置周边尽量不要屯有使用液。
加工液一旦腐败,使其恢复原状是非常困难的,通常的方法有以下几种:
1.添加pH值向上剂、杀菌剂。为防止对作业人员皮肤产生刺激,应对杀菌剂的种类和量进行充分的考虑;
2..加入原液使pH值、浓度恢复到初期的指标。
3.全更液。
6.日常维护管理
水溶性金属加工液中的有效成分仅为百分之几,为了使这些相对少量的成分发挥并维持长期较好的使用性能,在日常生产中应加强对水溶性金属加工液的维,保证以下项目都达到规定的管理目标值。
三、结论
水溶性金属加工液虽然存在易劣化、使用寿命短等问题,但只要加强日常管理,加强对水质、油质、杂质、浓度、pH值、防腐等方面的管理与维护、还是可以有效地减少上述问题的产生。
参考文献
金属加工范文3
关键词:水基金属加工液;脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸;乳化剂;抗硬水剂
中图分类号:TE624.82文献标识码:A
Application and Development of Alcohol Ether Carboxylic Acid as
Emulsifier/Hard Water Resistance Additive in Water-based Metalworking Fluids
LI Tuan-le, WANG Jun-ming, ZHOU Xu-guang, MA Shu-jie
(PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R&D Institute, Lanzhou 730060, China)
Abstract:Emulsifier is an important additive of water-based metalworking fluids, and it is an unambiguous development trend to improve the hard water resistance ability and biodegradability. Fatty alcohol polyoxyethylene ether carboxylic acid(APECA) acts as an excellent emulsifier/hard water resistance additive in water-based metalworking fluid formulations, with advantages of comprehensive performances of both anionic and non-ionic emulsifier. In recent years, the systematical research on preparation, performance, and application of APECA has been done at home and abroad. In this review, the research progress of APECA is summarized both domestic and overseas. The emulsification, hard water resistance and biodegradability of APECA are also discussed when they are used as the emulsifier/hard water resistance additive of water-based metalworking fluids. Moreover, the preparation methods of APECA are summarized.
Key words:water-based metalworking fluid; fatty alcohol polyoxyethylene ether carboxylic acid; emulsifier; hard water resistance additive
0引言
水基金属加工液由于具有油基产品难以媲美的冷却性能及低廉的成本获得了迅速发展,使得金属加工液市场从单一的纯油型产品发展为纯油型产品与乳化型、微乳型和全合成水基产品并存的多元化市场格局。据统计,2010年我国钢铁行业金属成型工艺用油液总消耗量约为10×105 t,铜铝等有色金属行业金属成型工艺用油液总消耗量约为50×104 t,目前国内金属加工油液需求量正以73%~15%的年增幅不断上升,市场需求旺盛[1]。作为金属加工液的主要成员,水基金属加工液的使用比例逐年增加,因此,绿色环保、性好的水基金属加工剂是未来金属加工油液的发展趋势。
“水质通”与“材质通”是水基金属加工液发展的必然趋势,“水质通”即同一款产品可以不受水质影响,能在较大的地域范围内使用;“材质通”即同一款产品既能加工黑色金属,也能加工镁铝合金等材质。但轻质金属在加工过程中易析出相应的金属离子,特别是镁合金,由于其表面氧化膜疏松多孔,致使镁合金耐腐蚀性较差,镁离子易进入水溶性加工液中富集,大大增加体系硬度,致使加工液寿命缩短或失效。一般来说,添加抗硬水剂是提高金属加工液抗硬水能力的有效方法,目前所使用的抗硬水剂多为能螯合体系中的二价金属离子的乙二胺四乙酸及其钠盐,其抗硬水能力一般,更多的是在产品说明书中规定了产品的耐硬水能力和稀释用水的硬度,从而延长产品的使用寿命。但是不同地区水的硬度差异很大,很难做到一款产品在不同地域的水质环境中通用。以非离子乳化剂调制水基金属加工液在软硬水中均能形成稳定的乳液,但是非离子乳化剂本身并不能络合金属加工液中富集的钙、镁离子并加以分散,即耐硬水并不抗硬水。而且当水的硬度超过一定限值时,非离子乳化体系同样也变得不稳定。
作为非离子乳化剂脂肪醇聚氧乙烯醚的改性产物,脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AEC)由于同时含有聚氧乙烯醚基团和羧基两种亲水基团,具有非离子和阴离子乳化剂的双重表面化学性能,有良好的钙皂分散能力和抗电解质稳定性,成为性能优异的乳化/抗硬水剂。由于脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AEC)的发泡能力强,在金属加工液领域并不直接使用AEC,而是使用其酸化产物,即脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸,简称醇醚羧酸。醇醚羧酸的结构式为:RO(CH2CH2O)nCH2COOH,其中,R为脂肪链,n为聚氧乙烯单元(EO)数。从分子结构上看,在亲水羧基和疏水长碳链之间嵌入了一定数量的亲水EO基团。羧基在水中发生电离后可以捕捉钙镁离子,同时结构中的聚氧乙烯醚(EO)基团可将其良好的分散在体系中,不至析皂。醇醚羧酸兼有阴离子和非离子表面活性剂的综合性能优点,集温和性、使用安全性、易生物降解性于一体,符合可持续发展的要求。本文综述了水基金属加工液乳化/抗硬水剂脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸的研究进展,总结了醇醚羧酸的制备方法,并提出了制备脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸需要解决的关键问题。
第6期李团乐等.醇醚羧酸型乳化/抗硬水剂在水基金属加工液中应用进展
油2016年第31卷
添加剂ADDITIVE1醇醚羧酸研究进展
1.1醇醚羧酸的研究现状
醇醚羧酸是世界上普遍公认的性能优异的绿色表面活性剂,自从1934年H.Haussmann用醇醚、金属钠和氯乙酸钠首次合成出用于纺织工业的醇醚羧酸钠以来,国外发达国家都积极参与其研究开发。Henkel的Gerhard Borggrefe等人[2]于1972年制备了多元醚羧酸,从而取代了传统中含N、P元素的有机多元羧酸用于络合金属离子,特别是碱金属离子,避免了络合物在水中降解后产生N、P元素。Shell的W.W.Schmidt等人[3]系统研究了市面上常见的数种表面活性剂的发泡能力、钙皂分散能力及耐硬水能力。结果显示,醇醚羧酸在发泡能力上远低于醇醚羧酸钠及醇醚硫酸钠,说明醇醚羧酸具有低泡的特性,但是三者的钙皂分散能力及耐硬水能力是相似的。
国内对醇醚羧酸的研究始于90年代中期,目前多采用羧甲基化法制备醇醚羧酸,虽有产品面世,但是醇醚羧酸的品种和产量较少,应用领域不够广泛,仍处于起步阶段,有待继续开发和改进。近几年,包括江南大学与中国日用化学工业研究院等单位在醇醚羧酸盐的合成与应用研究上都有不同程度的进展。杨明等[4]采用羧甲基化法制备了十二烷基甘油醚羧酸盐,并对产品的一系列性能如润湿性、稳泡性、去污力、钙皂分散力、降低表面活性等进行了研究。许圆圆等[5]亦采用羧甲基化法制备了油醇聚氧乙烯醚羧酸盐(C12AEC)与十六醇聚氧乙烯醚羧酸盐(C16AEC),并研究了其驱油性能,结果显示,C12AEC与C16AEC具有优良的抗一价离子的能力,45 ℃下对NaCl的容忍度分别为122 g/L和135 g/L,与典型的耐盐性表面活性剂AES相当。C12AEC与C16AEC微乳体系的最佳盐度(NaCl)和中相盐宽亦与AES微乳体系接近。通过与两性表面活性剂复配或者与两性表面活性剂及非离子表面活性剂复配,C12AEC与C16AEC能用于无碱驱油剂配方。李运玲等[6]采用催化氧化技术,在贵金属催化剂存在下将醇醚直接氧化为醇醚羧酸盐,并研究了不同EO加合数与不同支链对醇醚羧酸盐表面张力、润湿性、乳化性等性能的影响。催化氧化法制备醚羧酸可避免副产物氯化钠的生成,符合绿色与可持续发展的趋势,但是Pd/C催化剂难以回收利用以及反应需要在高压条件下进行阻碍了此方法的工业化应用。此外,金泰氯碱化工康永等[7]研究了醇醚羧酸钠盐的生物降解性能,结果显示醇醚羧酸盐在生物降解时没有停滞期和缓滞期,降解度与时间是线性关系,并在36 h内可降解95%以上。
目前,国外对脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸已经进行了系统的研究,国外公司诸如Sasol、Kao Chemicals、Clariant等已有系列产品面世并应用于不同的领域。而国内对醇醚羧酸的研究还处于起步阶段,鲜有产品问世。
1.2醇醚羧酸在金属加工液中的应用研究
醇醚羧酸是一类在皂的亲水基和疏水基之间嵌入聚氧乙烯单元的表面活性剂,它克服了阴离子表面活性剂抗硬水性差和非离子表面活性剂钙皂分散能力的缺点。同时,与同被作为抗硬水剂的AESO、AES及AEC相比,醚羧酸不会剧烈发泡,因此可以广泛应用于金属加工液等工业领域。Heinz Mueller等人[8]研究了在水基钻井液中加入醇醚羧酸对其性能的影响。钻井液的配方如表1所示,从表中可以看出,在钻井液配方中要引入钙盐及钡盐,因此乳化剂的抗硬水能力就显得尤为重要。
从表2中可以看出,当在钻井液中加入醚羧酸后,电稳定性显著提高。
同时,将醇醚羧酸或醇醚羧酸盐用于金属加工液也屡见报道[9-11]。陈寅和等人[9]将醇醚羧酸或醇醚羧酸盐作为水溶性切削液的表面活性添加剂,加入量为09%~25%,使得该切削液产品能抵抗7000 μg/g的硬水,普遍适用于水质硬度高的地区,稀释水不需经水质软化处理就可以直接使用,且工作液使用寿命长。醇醚羧酸作为表面活性剂在轻质金属加工领域也有应用,侯海燕等人[10]以醇醚羧酸铵盐作为抗硬水表面活性剂加入镁合金切削液,加入量为1%~4%,该产品抗硬水更是高达10000 μg/g,且工作液能使用半年以上,与国内外同类产品相比具有明显的优势。近年来,水基金属加工液在我国发展迅速,国内厂家的产品不仅性能、防锈抗腐蚀性能、循环使用寿命等性能指标得到了显著提升,而且耐硬水能力有所提高。但随着环保问题的日益严峻,水基金属加工液的生物可降解性越来越受到人们的重视。林丽静等人[11]将含有醇醚羧酸盐的表面活性剂加入一种水溶性切削液,该产品兼具有耐硬水和生物降解的特性,是一款环保型抗硬水水溶性切削液。
目前国内用于金属加工液配方的醚羧酸产品主要有上海宏泽的部分产品,其具有优异的抗硬水能力。国外主要有Clariant以及Kao Chemicals的系列产品。Clariant的MARLOWET系列醚羧酸产品具有优良的钙皂分散性,同时具有阴离子和非离子乳化剂的优点,在酸碱环境下均具有优良的抗电解质稳定性,可作为乳化油中的助乳化剂,避免析油析皂,对镁离子及铜离子形成的油泥同样具有分散作用。而Kao Chemicals的短链醇醚羧酸产品具有优异的抗电解质能力,用于镁合金配方时有突出效果。同时,Sasol的醇醚羧酸产品的钙盐及镁盐在各自的盐溶液中具有优异的皂盐分散能力。图1为Sasol醇醚羧酸部分产品在不同硬度钙盐中的表面张力,从图中可以看出,当只有油酸与钙盐存在时,体系表面张力增大,会出现油酸钙沉淀。当以3∶1加入油酸与醇醚羧酸时,钙盐仍旧分散于体系,特别是加入产品C时,在50°dH的水中表面张力为41 mN/m。
2醇醚羧酸的制备
2.1醇醚羧酸的制备方法
由脂肪醇醚合成脂肪醇醚羧酸目前主要有两条技术路线,即氧化法[13-14]、羧甲基化法[15-18]。
(1)氧化法
氧化法是采用贵金属催化空气直接氧化或用铬酸、硝酸进行氧化,将末端羟乙基氧化成羧基,在氧化法中较为先进的方法是贵金属催化氧化法和氮氧自由基催化氧化法:在贵金属或氮氧自由基的存在条件下将脂肪醇聚氧乙烯醚末端羟甲基氧化为羧基,若脂肪醇聚氧乙烯醚的环氧乙烷加和数相同,氧化法所得的脂肪醇聚氧乙烯羧酸盐比羧甲基化法得到的脂肪醇聚氧乙烯羧酸盐少一个乙氧基单元。日本Kao Chemicals最早提出用贵金属催化氧化醇醚制醇醚羧酸,该工艺以贵金属如钯和铂等为催化剂,在100~270 ℃下醇醚液相脱氢氧化为醇醚羧酸[19]。
其反应机理如下:
(2)羧甲基化法
羧甲基化法是在碱性条件下(通常选用氢氧化钠和醇钠)用氯乙酸直接同醇醚进行反应的技术路线,该路线现在发展得比较成熟,克服了过去氯乙酸残留难以除去的难题,使得羧甲基化关键技术有了突破性进展。羧甲基化法的原料脂肪醇聚氧乙烯醚比较易得,合成的反应条件比较温和,合成反应产生的“三废”较少,与氧化法相比其较为经济可行。但反应产物中含有副产物氯化钠,若根据需要采用适当的分离方法除去氯化钠,该路线则无疑是一种比较好的合成方法。
2.2制备醇醚羧酸的关键问题
(1)亲水亲油值HLB调控技术
亲水亲油(HLB)平衡不仅是保持乳化液稳定性的关键因素,而且还可以通过调节HLB来改变醇醚羧酸的乳化性能及发泡能力。决定醇醚羧酸HLB的因素是碳链长度及氧乙烯基团(EO)加和数。李运玲等[14]研究了直链醇醚羧酸钠分子中不同EO加和数对醇醚羧酸盐性能的影响,结果显示,随着EO数的减少,表面张力逐渐减小,其泡沫、润湿、乳化性能均相对增强。这说明EO数的增加对金属加工液在乳化性能上有消极作用,而由于发泡能力的减弱,对金属加工液有积极作用。由此可见,EO数对醇醚羧酸性能的影响是非常显著的。因此,以不同EO加和数的脂肪醇聚氧乙烯醚为原料制备醇醚羧酸,对研究EO加和数对醇醚羧酸抗硬水能力、乳化能力的影响具有重要意义。
虽然可以通过自行制备脂肪醇醚来调控,但脂肪醇醚制备涉及脂肪醇与环氧乙烷/环氧丙烷等原料的高压聚合反应,工艺及设备复杂,原料易燃,属于大化工范畴。所以目前醇醚羧酸的制备技术及市场大部分为国外大型表面活性剂公司(沙索、花王等)所垄断,国内几乎没有自主生产醇醚羧酸盐的企业,就更谈不上生产醇醚羧酸了。即使有,也是极少数小公司以市售的的脂肪醇醚为起始原料进行羧甲基化反应制得的,从原料上受上游脂肪醇醚生产企业的限制,所以产品种类非常单一,质量也受脂肪醇醚影响很大。
(2)后处理技术
由于羧甲基化反应结束后,需要加盐酸酸化才能得到醇醚羧酸,还需利用醇醚羧酸的浊点,将其从富含NaCl的水溶液中分离出来,难免会在产品中夹杂NaCl。目前市售醇醚羧酸均有以NaCl计的氯化物含量指标,要求低于12%,如果使用多次水洗,不仅废水量大,而且产物损失较大,所以还需对后处理技术进行深入研究。
3结论
脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸是一种性能优异的乳化/抗硬水剂,在水基金属加工液中引入醇醚羧酸,能够显著提高其抗硬水能力及生物降解能力。目前市面上醇醚羧酸产品以国外公司如Sasol、Kao Chemicals、Clariant等的系列产品为主,而国内主要处于研究阶段,产品数量较少。催化氧化法是一种绿色制备醇醚羧酸的方法,但是此方法对设备要求高,且存在催化剂回收的问题。羧甲基化法工艺比较成熟,使用最为广泛。目前采用羧甲基化法制备醇醚羧酸的关键在于有效处理“三废”,使其符合环保要求。
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金属加工范文4
冷冲压模具:一种金属制品生产中最为常见的模具类型,主要是对以金属板材、带材和型材等材料为原料进行加工成型各种金属制品的模具,包括用来完成冲裁、弯曲、À深、成形等各种变形加工工艺。按照加工工艺过程包括单工序模、多工序复合模、级进模、精冲模等。金属冷冲压成型模具对应的加工设备是各种类型的压力机,如曲柄压力机、À深压力机、精冲压力机等。冷冲模具的一些部件已经标准化,包括常用的凹模板、模板、模柄、凹模、推杆及模架等,常用制造材料主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢等。冷冲加工成型模具用于生产的金属制品可以从小到玩具、生活日用品,大到各类的机械设备、电器、汽车、船舶等的零部件方面。冷冲压模具在《税则》中属于冲压工具商品范围,应归入税则号列8207.3000。
挤压模具:是用挤压方法在挤压机上生产金属材料制品时所用的一种专用模具。挤压是指对放在容器(挤压筒)内的金属坯料施加外力,使之从特定的模具孔中流出,从而获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。按照挤压温度有冷挤压和热挤压模具之分,按照模具结构有平模、锥模、分流模、带穿孔针模等类型。金属挤压模具所对应的加工设备就是挤压机,挤压加工主要是以金属坯料为原料在挤压机上通过挤压模具来生产棒材、管材、型材、异型材等连续产品或单制品。挤压模具要求具有良好耐磨,通常安装一些硬质材料的工作部件,其结构一般为拼装模或组合模的形式。金属挤压模具属于税目8207.20项下具体列名商品。需要注意,挤压模具按照是否带有硬质工作部件而区分归入不同的子目,对于带有天然或合成金刚石、立方氮化硼制的工作部件的挤压模具应归入税则号列8207.2010,其他的挤压模具应归入税则号列8207.2090,是否带这些硬质工作部件在申报时应该给予明确。
À拔模具:又称À伸模具,是À伸金属制品的一种工具。其工作原理是在À伸(拔)机器上对金属坯料施以À力、使之通过模孔,以获得与模孔尺寸、形状相同状态截面制品的塑性加工方法。À伸工艺按照温度不同有冷À、热À之分。À伸模具主要用来生产金属管材、棒材、线材及型材制品方面。所对应加工设备主要有管棒À伸机、À线机(拔丝机)等。À伸模具也要求具有良好耐磨性,通常安装有金刚石、硬质合金等硬质材料的工作部件,如硬质合金À伸模、天然金刚石À伸模等。金属À拔模具也属于税目8207.20项下具体列名商品,也需注意,À拔模具按照是否带有硬质工作部件而区分归入不同的子目,对于带有天然或合成金刚石、立方氮化硼制的工作部件的À拔模具应归入税则号列8207.2010,其他À拔模具应归入税则号列8207.2090,是否带有硬质工作部件在申报时应该给予明确。
热模锻模具:俗称锻模,是用模锻设备和工艺来对金属材料成型加工的一类模具。锻模通常按其所安装的设备来分类,常见的有锤上锻模、机械压力机上锻模、螺旋压力机上锻模、平锻机上锻模等类型。热模锻工艺是对加热到一定温度的固态金属料坯在一定压力下通过模具进行成型加工使之成为所需形状产品的过程,通常用于生产各种机械零件加工所需的初级粗锻毛坯件产品方面,如常见的用热模锻工艺来生产钢铁齿轮粗锻毛坯、曲轴粗锻毛坯、传动轴粗锻毛坯等所用的模具均属于模锻模具。热模锻常用设备有锤类(如蒸汽£空气模锻锤)、螺旋压力机类(如摩擦螺旋压力机、液压螺旋锤)、曲柄压力机类(如曲柄压力机、平锻机、精压机)、液压机类(如模锻水压机、油压机)等。模锻模具在《税则》商品中属于锻压工具范围,应归入税则号列8207.3000。
压铸模具:是指将金属溶液(熔融金属)在压力下浇注到其中进行成型而得到所需形状金属制品的一种模具。用压铸成型工艺生产金属制品其原理类似于用塑料注射机注塑工艺生产塑料制品的过程,金属压铸模具结构原理也类似于塑料注射模具结构,包括浇注系统、型腔、排溢系统、抽芯机构、导向机构、推出复位机构、支撑固定部件、加热与冷却系统部分组成等。压铸加工所采用的设备为压铸机,根据压射室特点,压铸机通常分为冷室压铸机和热室压铸机两种类型。压铸工艺成型的制品通常还需要进一步的精加工,压铸模具一般用于Í、铝、锌、镁、锡等有色金属及其合金铸件的生产方面。金属压铸模具属于税则税目84.80项下金属用型模的范围,应归入税则号列8480.4100。
金属加工范文5
【关键词】材料成型;控制工程;金属材料
1机械加工成型
现在的金属材料加工成型,主要是使用机械加工,加工机械的关键部位是加工刀具,现在使用的刀具很多是金刚石成分的刀具[1]。使用这种刀具对铝基复合材料进行加工比较广泛,铝基复合材料使用金刚石刀具加工主要可以分成三种,分别是钻销形式、铣销形式和车销形式。钻销形式使用的是镶钻麻花钻头,对铝基复合材料加工,一般情况下使用B4C颗粒钻销,而且在加工的过程中还需要添加切销液,这种液体可以增加铝基复合材料的强度。铣销形式使用材料有2.0%的粘接剂,还要8.5%的端面铣刀,这样的加工方法能强化铝基复合材料。车销形式主要使用刀具是硬合金刀具,而且在使用这种加工模式中还需要添加乳化剂,使用这种液体的目的是起到冷却效果。
2挤压和锻模塑性成型
金属材料在实际成型加工时,可以在模具的表面涂抹一层剂,所选用的压力成型方法里要能有效控制压力,以减小在制造时产生的摩擦系数[2]。有研究表明,使用有效压力和涂抹剂,能够使加工过程中挤压压力减少至少35%。挤压力的减少能减少对模具的损伤,减少对金属塑性的削弱,还能防止金属变形中抵抗力减弱,从而有效提高成型效率。除了使用上述方法进行加工,还可以在金属基材料中增加适量的增强颗粒,降低其可塑性,增强金属材料的变形抗力,再在加工过程中增加一定的温度,使增强颗粒和金属材质加快融合,加强金属基材料的可塑性[3]。一般来说,在金属基材质中使用增强颗粒会影响挤压的速度,如果在加工的材料中使用的增强颗粒较多,加工时就要严格控制挤压速度。如果挤压速度过快,很容易造成材料成型以后便面出现横向裂纹。总之,在使用挤压和锻模塑性成型技术对金属基材质加工的过程中,不仅需要在模具上涂抹剂,还需要控制加工中挤压的速度,提高相应的温度,并对这些技术严格控制,只有这样,才能够保证加工的质量。
3铸造成型
使用复合材料的加工成型技术中,最常用的一种方法就是使用铸造成型技术。实际加工过程中,对金属复合型材料添加增强颗粒以后,这样的情况下熔体粘度会有增强,同时流动性也会增强,在加上增加增强颗粒的过程中会使用熔体的方法使其融合在一起,同时因为经过高温作用会产生一些化学反应,这种时候会改变金属材质的基础性质。为了控制金属材质基本性能,在熔化金属材质过程中要对温度严格控制,同时在保温时间上也要采用严格控制方法。在高温情况下对增强颗粒的添加容易发生界面反应,比如在添加的增强颗粒是碳化硅颗粒容易出现这种现象。出现界面反应以后熔体的粘度会增强,会出现难以浇筑现象,而且还会影响到材质本质。解决问题的方法是使用精炼法,同时还要添加一定量的变质添加剂,使用这种方法在锻造成型是不适合使用在添加了增强颗粒的铝基复合材料中。
4粉末冶金成型
粉末冶金成型技术使用最为早,因此这项技术在实际经验比较丰富,该技术使用在成型制造主要是对金属基复合材料使用,还可以对颗粒复合材料零部件和制造晶须中使用。同时粉末冶金技术在后期也使用在一些尺寸较小,造型比较简单,或者是一些高精密要求的零部件生产加工中。使用粉末冶金技术加工零部件,有着很多方面的优点:(1)成型的组织细密;(2)产品加工成型以后增强相分布均衡;(3)成型以后增加相可调节;(4)界面的反应减少。随着不断对该技术的研究,现在可以把粉末冶金技术使用到更多成型加工中。比如自行车架加工,管材加工、自行车零部件加工等。使用粉末冶金技术加工的产品有着较强的耐磨性。在加工时使用该技术在汽车的产品生产,飞机零部件生产和航天器材零部件生产。
金属加工范文6
1.1现代产业发展与非金属矿物材料及环境保护密切相关
传统产业的技术进步或技术改造与非金属矿物材料密切相关,而且节能降耗是现代化产业发展的主要趋势之一,现代产业化的发展迫切需要非金属矿物的开发加工,与此同时也需要协调好生态环境的保护力度。非金属矿产物的深加工技术对于现代新兴产业发展具有促进作用而且提出了发展非金属矿物深加工技术的方向和措施,例如许多非金属矿物,硅藻土、珍珠岩等加工后具有较高的活性及选择性吸附的特性;膨润土、沸石、石墨、石棉等都与航空航天技术及生物技术有关;云母、金红石、滑石等与信息技术及产业有关;现代的高技术及环境保护等均与非金属矿物密切相关。
1.2我国的非金属矿物加工与环境保护形式严峻
我国非金属矿物的种类繁多,而其中有一部分的非金属矿物本身或者是经过加工处理后而具有适合用于环保材料的性质,再者,我国的非金属矿物的储藏量非常丰富,价格也比较低廉,它具有处理效果好、投资少以及重复使用的一系列优点,所以受到各个开发商的青睐并且投入了大量的资金进行开发加工非金属矿物。包括我国在内的世界上许多国家对非金属矿物的开发都格外的重视,这就在一定程度上导致了对我国非金属矿物的过度开发与利用,不注重保护环境质量,造成了对于水体以及空气土壤等的不科学合理污染。因此,我国的非金属矿物加工与环境保护的现状在经济飞速发展的同时也曰益严峻,遭受着挑战,需要迫待解决。
2.我国非金属矿物加工与环境保护的关系
我国非金属矿物加工与环境保护的关系是对立统一、相互依存、相辅相成的。相关的企业单位在进行非金属矿物加工的同时也要兼顾生态环境的保护,二者缺一不可,如果一味的只对于非金属矿物无节制的开发、加工与利用而忽视了环境的保护,那么经济的发展只是短暂的繁荣并不能够得到长远的发展。非金属矿物加工的发展对于我国经济发展具有重大的影响意义,我国未来非金属矿物开发加工的发展将以全面提升非金属矿物材料的功能或者是应用性能为s的,以环境保护为导向,以高效综合利用和清洁生产为宗旨,注重环境保护与非金属矿物加工的充分结合、齐头并进,从而为我国经济的可持续发展提供源源不断的不竭动力。
3.我国非金属矿物加工运用的科学技术与设备
我国现代的高新技术、高科技设备、新材料产业以及环境保护等都与非金属矿物材料的开发利用有着密切的联系。我国非金属矿物加工运用的科学技术与设备主要分为粉碎技术与设备、分级技术与设备、表面改性技术、干燥技术与设备、造粒技术与设备、材料复合技术。非金属矿物加工主要是指凭借一定的技术设备与工艺而制造出满足市场需求的具有一定粒度大小和物理化学性质等性能的功能性产品。
我国生产的超细粉碎设备基本与国外的相当,但是其技术研究的起步比较晚,基础较为薄弱且发展层次良莠不齐,超细粉碎设备仍然存在一系列的问题;控制产品粒度处于所需的分布范围内,使得混合粉料中粒度已经达到要求的产品及时地被分离出去;表面改性工艺依据表面改性的方法与设备及粉刷制备方法而异;干燥是用热能将湿物料中的湿分气化为蒸气,再利用抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的操作;对于粉状产品进行造粒的深度加工,不仅有利于满足生产工艺的需求,而且有利于降低粉尘污染以改善劳动操作条件;复合材料的成型方法按照基本材料不同各异,各种材料在性能上相互取长补短进而产生协同效应,让复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
4.我国非金属矿物在环保工程中开发与应用所存在的问题
4.1非金属矿物环保材料应用的范围较窄
我国的矿物研究人员对于非金属矿物在环保工程中的开发与应用做了大量的工作,也取得了一系列的贡献与成就,但是也把我国在这一领域中存在的许多问题反映了出来。工程化转化不高、非金属矿物环保材料应用的范围较窄等缺点,要把这些实验室的研究成果成功的应用于实际工业生产中。我国的许多非金属矿环保材料更多的是利用非金属矿的原矿或对原矿进行简单的初级加工,这是与非金属矿物深加工领域的技术水平不高等原因有关,拓宽非金属矿物环保材料应用的范围仍然有很长的一段路要走,进而改进非金属矿物环保材料应用范围窄的特点。
4.2非金属矿物的产品档次不高且品种单一
非金属矿物的产品档次低使得许多矿物资源不能最大限度地发挥功效,而且还会造成资源的浪费,在一些重要领域中的应用处理还未见有更多的新的研究成果。要想改善非金属矿物的产品档次不高与品种单一的现状就要提高非金属矿物的加工技术,使得我国的非金属矿物开发与利用朝着设备大型化、加工精细化、产品功能化的方向进一步前进。只有功能明确且满足相关应用领域技术进步和产业发展要求与环保要求的非金属矿物才能够赢得稳定的市场,避免非金属矿物资源的主观浪费,节约矿产资源与保护环境,促进经济的快速发展进步。
5.改进提高非金属矿物加工与环境保护的措施
①在非金属矿物存放方面。非金属矿物的种类繁多且数量不一,_将大量矿样堆积在一起给翻找造成了困难且容易造成粉尘污染,若将它们分类存放就能节省空间,便于查找矿群进而减少粉尘造成的环境污染。②在环境保护意识培养方面。随时随地进行非金属矿物环保的宣传与教育工作,使得公众从内心深处意识到矿物加工这一过程产生的废弃物不利于环境;使用设备之前要牢固掌握操作规程以避免发生伤害事故,建立健全严格的监管体系。③在非金属矿产物实验室的布置安排方面。为了方便及时将实验室过程中所产生的有害气体排出室外,就必须要对非金属矿产物实验室的布置安排科学合理。可以把大型重型设备统一安放在一楼实验室,在单个的实验室内部尽可能完成一个相对独立的工作内容。④在化学药品使用方面。因为在矿物加工实验这一过程中结合使用的化学药品会产生有毒气体,所以要对于有毒药品进行严格的分级管理,需要按时按量使用,进而减少对人体及环境造成的危害。
6.结束语
综上所述,人们在享受着社会经济发展带来的新产品、新物质的同时,其所赖以生存的生态环境状况却日益恶化,不合理的非金属矿物加工导致的环境恶化问题已经成为现代社会
普遍关注的重大问题之一。目前我国的自然生态环境破坏与污染十分严重,其发展趋势尚未得到有效的控制,一些传统的环保工艺及环保材料已经不能有效的解决大量的需求,所以非金属矿物环保材料在环保工程中有着广泛的应用前景。但是我国非金属矿物在环保工程中开发与应用仍然存在许多的问题,因此探究非金属加工及环境之间的问题具有指导性的意义。希望在开发与加工非金属的同时要兼顾对水体、空气、土壤等环境因素的污染治理与保护,促进我国环境质量的改善与经济的迅猛健康发展。