积架200A剃齿切削油的研发与应用

     本文介绍了剃齿切削的工艺，阐述了J-200A的详细研发过程及应用实例。

     齿轮是现代机器和仪器中传递运动和扭距的重要零件。由于齿轮传递具有转动准确、传递力大、效率高、结构紧凑、可靠耐用等优点，因此齿轮传递的应用广泛，齿轮的需求量也日益增加。剃齿是齿轮加工中对精度要求最高的工艺。
 
1、剃齿工艺原理

     一个直齿圆柱齿轮和一个螺旋齿圆柱齿轮相啮合，它们的回转轴线自然地构成夹角ψ。如果将螺旋齿轮看成加工刀具(剃齿刀)，直齿圆柱齿轮就是被加工的齿轮。在剃齿刀主动旋转，工件被动旋转的情况下，剃齿刀的圆周运动速度可以分解为两个分速度向量，分速度vz垂直于齿轮工件的轴线，分速度v滑则与工件的齿向方向平行。前者带动工件旋转，后者使两齿面产生滑移。剃削的切削作用主要是由齿向方向的滑动运动产生的。当剃齿刀与齿轮作无间隙啮合时，剃齿刀刀刃在v滑的作用下，将工件齿面切下一层厚度约为0.01～0.05mm的极薄切屑。这完全是应用了螺旋齿轮副啮合的传动原理。

    剃齿工艺具有操作难度低、加工精度高、生产效率高等优点

图1剃齿刀圆周运动速度分解图

2、试验方法

     2.1、运动粘度：反映油品的内摩擦力，是表示油品油性和流动性的一项指标。运动粘度越大，油膜强度越高，清洗性和冷却性越差，运动粘度越小，油膜强度越低，清洗性和冷却性越好。

     2.2、闪点：是表示油品蒸发性的一项指标，以℃表示。油品的蒸发性越大，其闪点越低。反之，油品蒸发性越小，其闪点也越高。

     2.3、倾点：是指在规定的加热条件下油品开始流动的最低温度。倾点低的润滑油能在低温下使用。润滑油的倾点应比使用环境的最低温度高5~10℃。

     2.4、四球测试，PD:即烧结负荷，用四球法测定润滑剂极压性能时，在规定条件下，使钢球发生烧结的最低负荷，以公斤表示。

     2.5、比重：物质在既定温度下的质量与体积之比值。

     2.6、粘度指数：粘度指数表示油品粘度随温度变化的程度。粘度指数越高，表示油品粘度受温度的影响越小，其粘温性能越好，反之越差。

3、积架剃齿切削油的研发

    针对剃齿切削工艺的特点，初步确定剃齿切削油的各成分组成：

    3.1 、基础油的选择

    矿物油包括石蜡基、环烷基、芳烃基。芳烃基油易腐蚀，对皮肤有刺激，一般不使用;石蜡基油粘温性能好，来源广泛容易购买;环烷基油溶解性能优良，价格较高，国内资源相对比较少。鉴于原料的易购性及使用性、经济性选择石蜡基基础油，因为剃齿加工属于精加工，合适的黏度对增强油膜强度有益，综合选定HVI150为基础油，详细指标如下表：                                          

                    表一  HVI150典型数据

     3.2、添加剂的选择

     3.2.1、极压添加剂的选择

    理论上极压添加剂要达到分解温度才起作用，不同类型极压添加剂的分解温度不同，起作用的温度范围也各有不同（见图2），根据剃齿切削加工区域的温度状况而采用添加剂复配出相对应的添加剂起作用的温度曲线，即可以达到预期的润滑效果。

图2 添加剂起作用温度范围

    3.2.2、油性添加剂

     作用在金属加工中温度不高和负荷不重的部位如刀后面与工件表面间的相互运动，减少摩擦力，提高加工面光洁度。主要有动植物油和合成酯等，动植物油具有润滑性好，但碘值高容易腐败的缺点。合成酯既具有良好润滑性又具有碘值低的优点，是优良的油性剂原料。

    3.2.3、氯化添加剂

    在金属切削加工过程中，最有效和具有价格优势的金属切削加工油添加剂是氯化石蜡。由于氯化石蜡优异的极压性能，目前氯化石蜡仍是金属加工用油普遍应用的极压添加剂。通常是在金属加工过程中，一方面是氯化石蜡在高压和微量湿气影响下分解，与金属表面反应形成可划动的金属氯化物膜;另一方面是借助杂氯原子的亲和力而形成高压稳定的吸附层。在加工速度低和温度适中时，吸附层显现优异的润滑性，但其润滑性随加工温度的提高和速度的增加而降低。中碳链和长碳链氯化石蜡不受不受国际93/21EEC环保法规限制，仍广泛应用于金属加工液中做极压抗磨剂。英力士金属加工液专用的Cereclor E系列中链产品适用于金属切削添加剂，相比国产氯化石蜡加强防锈效能及高温下的稳定性。

    3.2.4、磷化合物

    在适中应力条件下，有机磷化合物作为抗磨添加剂操作效果极好。其中某些化合物是高效的FZG助促进剂。大多数这类添加剂是中性和酸性磷酸酯衍生物，及其金属盐或胺盐。由于这类化合物中的酸式化合物是最活泼的一种化合物，因而反应活性随中和度而降低。基于磷系添加剂添加量少，选择进口的中性磷酸酯类添加剂。

    3.2.5、硫系添加剂

    硫型极压添加剂是金属加工油中最重要的一类化合物。从原理上，可将硫分为活性硫和非活性硫2种。不活泼型含二硫化物桥（X=2）为主，具有只在高温下才反应的比较稳定的C-S键，要求在较高温度释放出硫，更能与非铁金属相兼容，并显示出一定的耐磨性能。X在3~5之间的活泼型要活泼得多，因为比较不稳定的多硫化物桥的硫即使在低温下也易于得到，要求在比较低的温度下就能释放出硫与金属反应并起作用。活性硫和非活性硫的合理搭配不仅可以得到好的加工效果，还可以有效加强刀具寿命。

    3.2.6、抗氧添加剂

    润滑剂老化的典型特征是变色和特性焦臭。在高级阶段，黏度开始显著上升，生成酸氧化产物，后者随后可引发腐蚀和润滑剂问题。使用抗氧剂可大大延缓此老化过程。自由基清除剂在与链增长过程的活性自由基反应中能成功地与润滑剂分子相竞争。自由基清除剂优先与自由基氧化产物反应，生成共振稳定的自由基，后者可停止自动氧化过程的扩展。过氧化物分解剂将氢氧化物转变成非自由基产物，因而能制止链增长反应。自由基清除剂和过氧化物分解剂相互组合称为多协同作用。抗氧剂分为酚类、胺类、有机磷、硫类等。通过对酚类和胺类抗氧剂的复配，通过我们自己设计的加热试验，发现可有效延长产品寿命。

    3.2.7、防锈添加剂

    加工后的工件需进行下一工序的加工，在车间或半成品仓库作短期存放，这些表面有一层金属加工液膜的工件应有短期防锈效能，不应在进行再加工前产生锈蚀。考虑到防锈时间不长，并且防锈添加剂与极压剂存在竞争吸附的情况，所以选择石油磺酸盐。

4、配方的确定

    4.1、综上所述，最后确定配方如表二所示，检测结果见表二。

                  表二 J-200A配方表

     4.2、检测指标

                   表三   J-200A检测指标

5、应用实例

    国内某大型齿轮厂在剃齿机上使用积架剃齿切削油J-200A，对不锈钢齿轮进行剃齿加工，加工效果良好，客户反映剃齿后的精度可完全满足客户需求，该油品润滑性好，加工工件表面光洁度高，目前已经使用两年以上，油品持续稳定，客户非常满意。

6 、结论

    积架剃齿油J-200A采用优良的添加剂配方,经实验室测试性能全部达标,并且经国内某大型齿轮公司使用2年,其润滑性,积压性,防锈性能优秀,得到顾客的推祟, 完全满足剃齿工艺的要求,建议在行业内大力推广。

（积架石油化工有限公司）

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