水溶性切削液濃度的測定方法及應用

＊劉建軍 張思舜 劉吉生 張景利

（聊城市非公有制企業服務中心 山東 252000）

切削液在機械加工過程中扮演著重要的角色，可以提供冷卻潤滑、清潔排屑和防腐蝕等功能。切削液濃度的控制是保持切削過程穩定和加工質量優化的關鍵因素之一。本文將深入探討切削液濃度控制的方法、濃度過高或過低的影響及適當的切削液濃度對加工質量的重要性。通過深入了解和實施切削液濃度的監測與調整，我們可以更好地優化切削過程，提高加工質量和效率。

1.切削液性能測定方法

(1)pH值測定方法

①使用pH試紙或pH計測量pH值。將pH試紙浸入切削液中，待試紙上的顏色出現變化后與試紙上的顏色比對，可以確定切削液的pH值。這種方法簡便快捷，適用于一般的日常使用。

將pH電極插入切削液中，通過pH計測量電極所測得的電位值，進而計算得到切削液的pH值。這種方法更加準確和精確，適用于對溶液pH值要求較高的情況。

②根據pH值確定切削液濃度的范圍。通常情況下，水溶性切削液的pH值范圍通常在7～10之間，這是為了保證切削過程中液體的穩定性和最佳的切削性能。切削液的濃度與其所含的添加劑和潤滑劑有關，例如冷卻劑、潤滑劑、抗菌劑等。

要確定切削液的濃度范圍，最好向切削液供應商或生產廠家咨詢。他們會根據切削液的特性提供相應的濃度要求和建議。此外，切削液的濃度也需要根據實際切削條件、切削材料和加工要求進行調整和優化[1]。

(2)折光率測定方法

①使用折光儀測量切削液的折光率。使用折光儀進行折光率測量時，首先，需要將切削液注入測量池中。然后，將儀器中的光源射向切削液中，通過測量出射光線與入射光線之間的角度變化或參考標準光線的偏移量，可以得到切削液的折光率。

折光率測定方法相對于pH值測定方法更加精確和準確，尤其適用于需要更高精度的濃度測量要求。然而，它需要使用專用的折光儀設備，因此具備一定的設備要求和操作技巧。在實際應用中，折光率測定方法常用于工業等領域對切削液濃度進行精確控制和質量檢測。

②利用折光率與濃度之間的關系確定切削液濃度。確定切削液濃度需要率先建立折光率與濃度之間的關系模型。這個模型可以通過對一系列已知濃度的標準樣品進行折光率測量和濃度測量，然后使用擬合方法（如線性回歸或多項式擬合），可以用于根據已知數據擬合出一個數學模型，用來預測和估計未知數據。在切削液濃度測定中，擬合方法可以用于建立切削液濃度與測量方法的關系模型，從而通過測量結果推算出未知濃度切削液的濃度，來確定折光率與濃度之間的數學關系。一旦建立了折光率與濃度之間的關系模型，通過測量未知濃度的切削液的折光率，可以利用該模型來推算出其濃度。這種方法可以在實際生產中用于快速測量切削液濃度，并進行調整和控制，以保證切削液的工藝性能和穩定性。

不同類型的切削液和添加劑可能具有不同的折光率-濃度關系。因此，在使用該方法時，應根據具體情況進行適當的校準和驗證。同時，對于特殊要求的切削工藝，可能需要進一步研究和優化折光率測定方法以提高測量的準確性和可靠性。

(3)密度測定方法

①使用密度計測量切削液的密度。使用密度計測量切削液的密度是一種常用的方法，通過密度值可以間接推算切削液的濃度。在使用密度計進行測量時，首先，需要將切削液樣品倒入密度計的測量腔中。然后，密度計將通過測量樣品的質量和相應的體積，計算出切削液的密度值。一些現代化的密度計甚至可以直接顯示切削液的濃度。通過測量切削液的密度，我們可以了解其濃度。使用密度計測量切削液的密度相對簡便，而且可以提供相對準確的濃度信息。然而，需要注意的是，密度與切削液的成分和溫度也有關系，因此在進行測量時需要注意遵循標定要求和溫度校正，以確保測量結果的準確性。另外，密度計的選擇和操作也需要根據實際需求和樣品的特性進行選擇和調整。

②利用密度與濃度之間的關系確定切削液濃度。確定切削液濃度需要建立密度與濃度之間的關系模型。這個模型可以在考慮其他因素，如溫度和壓力的情況下，通過對一系列已知濃度的標準樣品進行密度測量和濃度測量，然后使用擬合方法（如線性回歸或多項式擬合）來確定密度與濃度之間的數學關系。一旦建立了密度與濃度之間的關系模型，通過測量未知濃度的切削液的密度，可以利用該模型推算出其濃度。這種方法可以在實際生產中用于快速測量切削液濃度，并進行調整和控制，以確保切削液的工藝性能和穩定性[2]。

(4)電導率測定方法

①使用電導率儀測量切削液的電導率。通過電導率可以間接推算切削液的濃度。電導率是指電流通過物質時，物質對電流的導電能力或導電程度。切削液的電導率與其濃度和離子性成分有關。在使用電導率儀進行測量時，首先，需要將電導率儀的電極或傳感器置于切削液中。然后，電導率儀會通過測量樣品中的電流和相應的電壓，計算出切削液的電導率值。一些現代化的電導率儀甚至可以直接顯示切削液的濃度。使用電導率儀測量切削液的電導率相對簡便，而且可以提供相對準確的濃度信息。然而，需要注意的是電導率測量結果可能受到切削液的溫度、污染物和離子成分等因素的影響，因此在進行測量時需要注意遵循標定要求和測量條件，以確保測量結果的準確性。

②根據電導率確定切削液濃度的范圍。根據電導率確定切削液濃度的范圍取決于切削液的成分和離子性質。一般而言，切削液的電導率與其濃度呈正相關關系，即濃度越高，電導率越大。具體的濃度范圍可以通過實驗測量和統計分析來確定。首先，需要獲取一系列已知濃度的標準樣品，并進行電導率測量和濃度測量。然后，通過對測量數據進行分析和擬合，建立電導率與濃度之間的關系模型。在理論上，可以通過根據已知濃度樣品的測量結果擬合出一個數學模型，然后使用該模型來推算未知濃度樣品的濃度。但是需要注意的是，各種特定切削液和添加劑的電導率-濃度關系可能是復雜的，可能受到其他因素的影響，如溫度、離子種類和殘留雜質等。

(5)pH測定重要性的體現

①切削液穩定性：pH值可以反映切削液的酸堿性，控制切削液的pH值可以保持其穩定性，還能延長切削液的使用壽命，并減少對設備和工件的腐蝕。

②潤滑性能：切削液的pH值直接影響其潤滑性能。適當的pH值可以提供良好的潤滑效果，減少摩擦和磨損，防止切削過程中的卡刀和出錯。

③冷卻效果：切削液的pH值也會影響其冷卻效果。在加工過程中，切削液通過吸收熱量來冷卻工件和刀具，保持加工溫度的穩定。適當的pH值可以提供良好的冷卻效果，避免過熱和工件變形等問題。

(6)pH測定、折光率測定與切削液濃度測定的關系

①pH測定與切削液濃度測定：pH值是切削液中酸堿性的度量，而切削液濃度則指切削液中添加的液體或固體成分的濃度。切削液的濃度可以通過pH值來間接推測。一般來說，切削液中添加的液體或固體成分越多，pH值往往會有所變化。因此，通過定期測定切削液的pH值，可以初步了解切削液的濃度情況。

②折光率測定與切削液濃度測定：折光率是物質對光的傳播速度的測量，它與切削液中添加的溶解物的濃度有一定的關系。當切削液中溶解物的濃度增加時，折光率也會隨之變化。因此，通過測定切削液的折光率，可以推測切削液中添加的溶解物的濃度情況。

2.應用

(1)切削液濃度的控制

①保持切削液濃度在適當范圍內。使用適當的濃度測量方法，如密度計或電導率儀，定期監測切削液的濃度。根據測量結果，及時采取調整措施，確保濃度處于目標范圍內；制定切削液的濃度標準，根據工藝要求和生產經驗，確定適當的濃度范圍。這些標準可以作為參考，確保切削液濃度的控制；定期檢查和管理切削液中的添加劑。根據添加劑的作用和壽命，及時補充或更換添加劑，以保持切削液的性能和濃度穩定；定期清潔和維護切削液的供給系統。殘留污垢和沉積物會影響切削液的稀釋和濃度控制，因此清潔和維護系統十分重要；根據切削液的使用情況和濃度監測結果，控制切削液的補給量。確保補給量適當，以維持切削液濃度在目標范圍內；通過回收和循環利用切削液，可以減少浪費和稀釋，有助于保持切削液濃度的穩定。培訓操作人員正確使用和管理切削液，掌握濃度控制的方法和技巧。提高操作人員對切削液濃度控制的重視和意識[3]。

②確保切削液性能的穩定和優化。根據切削材料、切削過程和工件要求，選擇適合的切削液類型。不同的切削液具有不同的性能特點，如冷卻性能、潤滑性能、抗腐蝕性能等。添加劑是切削液性能的重要組成部分。監控添加劑的使用量和壽命，根據實際情況及時補充或更換添加劑，并遵循添加劑供應商的建議。切削液溫度對性能穩定性至關重要。通過使用冷卻設備、溫控系統等手段，控制切削液的溫度在合適的范圍內，避免過高或過低的溫度影響切削液性能。定期清洗和維護切削液循環系統，清除沉淀物、雜質和污垢。保持切削液循環系統的通暢和清潔能夠提供更穩定和可靠的切削液性能。提供切削液使用和管理的培訓，確保操作人員了解切削液性能的重要性，正確操作和監控切削液的使用。定期進行切削液性能的測試和評估，如測量潤滑效果、冷卻效果和刀具壽命等，及時發現并解決性能問題[4]。

(2)切削液濃度對加工性能的影響

①濃度過高或過低的影響。濃度過高：如果切削液濃度過高，可能會導致切削液在切削過程中的黏性增加，影響切屑的有效排出，增加摩擦和積聚熱量，從而引起切削工具的過熱、磨損和壽命的降低。此外，濃度過高還可能導致工件表面的切削液殘留和潤滑不良，影響加工表面的質量。

濃度過低：如果切削液濃度過低，將無法提供足夠的潤滑和冷卻效果，導致切削區域過熱，切削工具磨損加劇，加工表面質量下降，甚至可能引發刀具斷裂等問題。此外，濃度過低還會導致切削液的抗腐蝕性降低，切削液容易受到污染，加速切削液的老化和變質。

②適當的切削液濃度對加工質量的重要性。適當的切削液濃度可以有效冷卻并潤滑切削區域，降低切削溫度，減少熱變形，防止工件表面的氧化和炭化，提高切削精度和表面質量；可以減少切削力，降低切削摩擦，減少磨損和刀具的熱膨脹，提高切削工具的壽命；可以有效沖洗切屑、刀屑和切削液中的金屬碎屑，保持切削區域的清潔，減少切削液中殘留物的堆積和阻塞，提高加工的穩定性和效率；切削液中通常添加有抗腐蝕劑，適當的濃度可以保護工件和切削區域不受銹蝕和腐蝕的影響，保持加工表面的平整度和光潔度。

(3)切削液濃度的監測與調整

定期監測切削液的濃度是確保切削過程穩定性和質量的重要步驟。根據測量結果，如果切削液濃度過低，可以增加濃縮劑的添加量或直接添加切削液來提高濃度。如果濃度過高，可以適量稀釋切削液或通過補充清水來降低濃度；根據測量結果調整切削液的供給量。如果濃度過低，可以適當增加切削液的供給量。如果濃度過高，則可以減少切削液的供給量。如果經過調整仍無法達到目標濃度范圍，可能需要考慮更換新的切削液，確保切削液質量和性能符合要求。除此之外，也可以采取其他輔助措施來調整和控制切削液濃度，如添加劑管理、切削液循環系統的清潔和維護等。

3.結論

在切削液性能測定中，pH值測定、折光率測定以及密度測定是常用的方法。這些測定方法可以幫助評估切削液酸堿性、濃度和穩定性等關鍵性能指標。切削液的pH值可以反映其穩定性、潤滑性能和冷卻效果，通過使用pH試紙或pH計測量pH值可以對切削液的酸堿性進行初步評估。折光率測定方法相對更準確和精確，可以提供精確的濃度信息，通過建立折光率測定模型可以推算切削液的濃度。密度測定方法可以提供間接的濃度信息，適用于快速測定切削液濃度，并可以通過建立密度與濃度之間的關系模型來推算切削液濃度。