侯萬(wàn)果，段欣生

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司 非金屬材料開(kāi)發(fā)部，河南 洛陽(yáng) 471039)

超精加工是提高軸承精度的重要保障，特別是對(duì)于精度等級(jí)較高的精密軸承來(lái)說(shuō)，其滾道等重要部位只有采用超精加工才能滿足設(shè)計(jì)的精度要求[1]。超精油由12%的航空煤油、76%的基礎(chǔ)油、5%的抗磨劑、6%的防銹劑和1%的抗乳化劑組成，在精密軸承加工過(guò)程中起到冷卻、潤(rùn)滑、防銹及清洗的作用。超精加工是軸承零件加工的最后一道工序，滾道在超精加工前經(jīng)過(guò)粗磨、精磨工序后一般不經(jīng)過(guò)清洗和烘干直接進(jìn)行超精，因此，工件表面會(huì)殘留一些磨削液，其中包括水和表面活性物質(zhì)，均可以引起超精油的乳化。乳化后的超精油黏度變大，嚴(yán)重時(shí)，可以使超精油變質(zhì)形成黏稠的膏狀，導(dǎo)致滾道超精過(guò)程中的細(xì)磨屑、油石末和灰塵等雜質(zhì)無(wú)法沉淀于油箱底部，漂浮在超精油的上面，嚴(yán)重影響滾道的加工精度和表面粗糙度；另一方面超精油乳化后，油質(zhì)劣化，對(duì)工件造成腐蝕，降低超精油的使用壽命，加快機(jī)床和循環(huán)泵的磨損[2]。

1 超精油的乳化機(jī)理

超精油發(fā)生乳化通常是由水和表面活性物質(zhì)引發(fā)。目前，軸承零件磨削大多使用水溶性磨削液，磨削液中含有表面活性物質(zhì)。表面活性物質(zhì)具有親油和親水的性質(zhì)，當(dāng)超精油混入水和表面活性物質(zhì)后，表面活性物質(zhì)會(huì)顯著降低油、水界面的張力，并富集在油的界面層，使超精油在超精過(guò)程中發(fā)生乳化。此時(shí)，由于表面活性物質(zhì)吸附在油、水兩相界面，對(duì)水有親和力的強(qiáng)極性基團(tuán)朝向水，而弱極性的親油基則朝向油，故水滴可以穩(wěn)定地分散于油中，很難通過(guò)靜置的方法將水分除去。乳化后的超精油性能發(fā)生改變，其黏度變大，導(dǎo)致混入超精油中的機(jī)械雜質(zhì)很難沉到油箱的底部，同時(shí)，超精油在超精過(guò)程中產(chǎn)生的水溶性酸會(huì)對(duì)軸承零件產(chǎn)生腐蝕。原配方超精油乳化前后的性能對(duì)比見(jiàn)表1。由表中數(shù)據(jù)可知，乳化后的超精油各項(xiàng)性能指標(biāo)顯著變差，如果繼續(xù)使用將嚴(yán)重影響軸承滾道的加工質(zhì)量。

表1 超精油乳化前后的性能對(duì)比

2 提高超精油抗乳化性的方法

超精油在使用過(guò)程中基于其自身的特性應(yīng)保持較低的黏度，以便使水分和機(jī)械雜質(zhì)容易分離,沉淀到油箱底部。因此，首先要選擇一種合適的基礎(chǔ)油，其次是尋找與超精油組分相匹配的抗乳化添加劑。

2.1 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油是超精油的主要成分，其抗乳化性對(duì)超精油的抗乳化性能影響很大[3]?？紤]到實(shí)際加工的需要，超精油的黏度范圍不宜過(guò)大，否則，油品易被工件帶走造成浪費(fèi)，同時(shí)也不利于細(xì)磨屑、油石末和灰塵的下沉；如果黏度過(guò)低，油膜容易流失，導(dǎo)致潤(rùn)滑性能變差，加工過(guò)程中滾道表面易出現(xiàn)劃傷，表面粗糙度變差等缺陷。

試驗(yàn)選用10#機(jī)油、25#變壓器油和75SN油，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7305《石油和合成液水分離性測(cè)定法》進(jìn)行抗乳化性能試驗(yàn)分析，具體方法：將40 mL基礎(chǔ)油加入到40 mL蒸餾水中，在54 ℃的水浴鍋中靜置10 min，然后以(1 500±15)r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min，停止后記錄形成3 mL乳化層和油、水完全分離的時(shí)間，作為考量抗乳化性能的指標(biāo)，具體結(jié)果見(jiàn)表2。由表2數(shù)據(jù)可知，25#變壓器油的抗乳化性最好。分析認(rèn)為，基礎(chǔ)油的抗乳化性與其成分有關(guān)，且其抗乳化性隨著基礎(chǔ)油精制深度的提高而提高。這是因?yàn)槲唇?jīng)過(guò)深度精制時(shí)，油中含多環(huán)芳烴膠質(zhì)、瀝青質(zhì)較多，其在油中均以膠體分散的膠束形式存在，易與水形成油水乳化液。25#變壓器油是環(huán)烷基原油的衍生物，該油經(jīng)過(guò)深度處理，蠟、硫等含量較低，因此，其抗乳化能力較強(qiáng)。

表2 基礎(chǔ)油的常規(guī)理化性能

2.2 抗乳化劑的選擇

在油中加入一定量的抗乳化劑，可以顯著提高油的抗乳化性能。抗乳化劑具有多個(gè)親水和親油基團(tuán)，分別能與水和油進(jìn)行多點(diǎn)吸附，從而置換原來(lái)的保護(hù)膜，代替不牢固的吸附層，起到抗乳化作用；同時(shí)，抗乳化劑作為表面活性物質(zhì)，具有更強(qiáng)的表面活性，能置換出油、水界面上的表面物質(zhì)，從而改變界面的性質(zhì)，借助分子間作用力嵌入油水界面膜使之破裂展開(kāi)，不斷釋放出油所包含的微小水滴，最終水滴相互凝聚增大，靠重力沉降使油水分離。在已經(jīng)乳化的超精油中分別加入等量的抗乳化劑A，B，C和D，測(cè)定超精油的黏度，結(jié)果如圖1所示。其中4種抗乳化劑均能改變超精油的黏度，相比而言，A和D的效果更顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)加入的添加劑A和D的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%后，添加量對(duì)超精油黏度影響不再有明顯的改變。

圖1 不同抗乳化劑對(duì)超精油黏度的影響

3 不同添加劑對(duì)超精油性能的影響

用25#變壓器油代替原來(lái)的基礎(chǔ)油配成超精油，按超精油標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定其性能。

在由25#變壓器油配制成的超精油中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的抗乳化劑A和D，記為樣品A和樣品D，測(cè)量其性能變化，結(jié)果見(jiàn)表3。由表可知，加入D的超精油有一定的腐蝕性。

表3 超精油的性能

4 改進(jìn)前后的超精油抗乳化性能

對(duì)數(shù)批次改進(jìn)配方后的超精油和在某軸承廠使用20 d后超精油進(jìn)行抗乳化性測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表4。表中數(shù)據(jù)說(shuō)明，改進(jìn)后超精油的抗乳化性明顯提高，油水能夠完全分離。

表4 超精油的抗乳化性能對(duì)比

綜上所述，保證超精油具有良好的抗乳化性很有必要，故應(yīng)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)超精油進(jìn)行定期的抗乳化性能檢測(cè)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)表明，可把油水完全分離的時(shí)間20 min作為超精油抗乳化性能是否合格的內(nèi)控指標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的抗乳化超精油已經(jīng)在一些軸承企業(yè)推廣應(yīng)用，并取得了較好的效果。在實(shí)際的超精研與精磨過(guò)程中體現(xiàn)了良好的冷卻性、清洗性和潤(rùn)滑性，有效提高了軸承滾道的表面精度，使產(chǎn)品合格率提高到98%以上；每周6 d，16 h連續(xù)工作，超精油使用周期達(dá)到40 d以上，大約是原超精油使用壽命的2倍；同時(shí)，使用過(guò)程中40 ℃時(shí)超精油運(yùn)動(dòng)黏度保持在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，有利于超精油中水分、細(xì)磨屑和砂輪末的沉積和分離。