侯萬果，段欣生

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

超精加工是提高軸承精度的重要保障，特別是對于精度等級較高的精密軸承來說，其滾道等重要部位只有采用超精加工才能滿足設(shè)計的精度要求[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，在精密軸承加工過程中起到冷卻、潤滑、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)過粗磨、精磨工序后一般不經(jīng)過清洗和烘干直接進行超精，因此，工件表面會殘留一些磨削液，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，嚴重時，可以使超精油變質(zhì)形成黏稠的膏狀，導(dǎo)致滾道超精過程中的細磨屑、油石末和灰塵等雜質(zhì)無法沉淀于油箱底部，漂浮在超精油的上面，嚴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，對工件造成腐蝕，降低超精油的使用壽命，加快機床和循環(huán)泵的磨損[2]。

1 超精油的乳化機理

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，使超精油在超精過程中發(fā)生乳化。此時，由于表面活性物質(zhì)吸附在油、水兩相界面，對水有親和力的強極性基團朝向水，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械雜質(zhì)很難沉到油箱的底部，同時，超精油在超精過程中產(chǎn)生的水溶性酸會對軸承零件產(chǎn)生腐蝕。原配方超精油乳化前后的性能對比見表1。由表中數(shù)據(jù)可知，乳化后的超精油各項性能指標顯著變差，如果繼續(xù)使用將嚴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比

2 提高超精油抗乳化性的方法

超精油在使用過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，其抗乳化性對超精油的抗乳化性能影響很大[3]?？紤]到實際加工的需要，超精油的黏度范圍不宜過大，否則，油品易被工件帶走造成浪費，同時也不利于細磨屑、油石末和灰塵的下沉；如果黏度過低，油膜容易流失，導(dǎo)致潤滑性能變差，加工過程中滾道表面易出現(xiàn)劃傷，表面粗糙度變差等缺陷。

試驗選用10#機油、25#變壓器油和75SN油，參照標準GB/T 7305《石油和合成液水分離性測定法》進行抗乳化性能試驗分析，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、水完全分離的時間，作為考量抗乳化性能的指標，具體結(jié)果見表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。這是因為未經(jīng)過深度精制時，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)過深度處理，蠟、硫等含量較低，因此，其抗乳化能力較強。

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。抗乳化劑具有多個親水和親油基團，分別能與水和油進行多點吸附，從而置換原來的保護膜，代替不牢固的吸附層，起到抗乳化作用；同時，抗乳化劑作為表面活性物質(zhì)，具有更強的表面活性，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，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。試驗結(jié)果表明，當(dāng)加入的添加劑A和D的質(zhì)量分數(shù)大于1%后，添加量對超精油黏度影響不再有明顯的改變。

圖1 不同抗乳化劑對超精油黏度的影響

3 不同添加劑對超精油性能的影響

用25#變壓器油代替原來的基礎(chǔ)油配成超精油，按超精油標準測定其性能。

在由25#變壓器油配制成的超精油中分別加入質(zhì)量分數(shù)1%的抗乳化劑A和D，記為樣品A和樣品D，測量其性能變化，結(jié)果見表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 改進前后的超精油抗乳化性能

對數(shù)批次改進配方后的超精油和在某軸承廠使用20 d后超精油進行抗乳化性測量，結(jié)果見表4。表中數(shù)據(jù)說明，改進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)過程中對超精油進行定期的抗乳化性能檢測。試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗表明，可把油水完全分離的時間20 min作為超精油抗乳化性能是否合格的內(nèi)控指標。

5 結(jié)束語

改進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。在實際的超精研與精磨過程中體現(xiàn)了良好的冷卻性、清洗性和潤滑性，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，超精油使用周期達到40 d以上，大約是原超精油使用壽命的2倍；同時，使用過程中40 ℃時超精油運動黏度保持在一個較低的范圍內(nèi)，有利于超精油中水分、細磨屑和砂輪末的沉積和分離。