塑造未来：金属加工液、润滑剂与冷却液的创新

冷却液、润滑剂和金属加工液的未来将如何演变？我们采访了行业资深人士，以更好地理解当今冷却液格局的演变与明天的创新。

金属加工液的新趋势和未来取决于几个关键条件：加工什么材料？使用时的法规和当地需求是什么？以及刀具和制造业整体的哪些创新将扎根并改变冷却的本质？

从市场角度看，据研究公司Global Market Insights预测，全球金属加工液市场规模预计到2025年将达到150亿美元。2016年，Markets and Markets Research估计MWF市场将以3.2%的复合年增长率在2020年达到97.4亿美元。

对于钢铁等许多被加工金属，润滑性——无论是水基、油基还是两者兼有——对清除切屑至关重要，添加剂有助于防止金属变形和生锈，这些液体还能冷却表面温度并维持刀具寿命。然而，MWF涉及健康安全问题，因此流体制造商不断调整配方和化学成分，以最大化性能并最小化废弃物。客户希望回收冷却液以降低成本，也希望用过的冷却液在集液槽中尽可能长久地使用而不引发健康问题。

这并非易事。最大的健康问题是皮肤刺激——所有制造商都在努力避免，但正确的系统如油雾收集器，以及防护装备如手套、护目镜和面罩也必须使用，流体制造商指出。

创新正在平衡零件制造性能需求与期望的健康结果。这变得越来越容易，但走到今天是一条漫长的道路。趋势转向最小量润滑（MQL）——顾名思义：使用最少润滑、最少化学品、添加剂和乳化剂。对其他化学健康问题的担忧导致许多监管机构和整个地区全面禁止某些化学品的使用。

在远期展望中，有隐约传言流体可能变得过时。虽然还有很长的路要走，但受访公司和关注市场的研究分析师都意识到这种可能性。

MWF相关的危害是否像某些监管机构认为的那样危险？受访流体制造商非常理解健康安全顾虑，但一致认为监管过度应对。

金属加工液、冷却液与机床润滑剂：过去、现在与未来

随着技术加速加工、快速制造零件的压力增加，Milacron Cimcool流体技术高级产品经理Bruce Koehler表示迎来了一个“尤里卡时刻”：发现水比纯油更能降温，且水不燃烧而油会燃烧。

Koehler说：“我们从单纯使用油，转向使用水和油，或仅用水。如今使用的MWF比过去少了。‘可用于金属加工液的化学品清单因安全健康问题而日益缩减。’”

许多制造商从服务50台机床的10,000加仑集液槽系统，转向五机床单元中每台机床配备50加仑集液槽。此外，配方和化学化合物始终根据原材料供应和客户当地需求等问题变化。

Koehler说：“化学配方重组频繁发生，并能根据法规和当地需求即时调整。从配方角度看，有时化学成分是工艺的副产品。”

三十年前，合成液因留下的强烈残留物声誉不佳——残留物极其粘稠，会损坏机床漆面和其他部件。专家声称现在情况好多了。

Castrol Industrial应用工程师Brian Halstead说：“过去13年左右，我们开发了许多半合成液，改善了生物稳定性、乳化稳定性，延长了集液槽寿命并提升性能。我们的目标是减少用量、减少浪费、改善健康安全。”

所有与冷却液配合的辅助技术——如中高压冷却液系统、集液槽、撇油器和过滤系统——都影响了MWF的使用和维护。

Koehler说：“我入行时（36年前），从主轴流出的流体正常压力最大300 psi。现在我们谈论的是高达1,200 psi的加工区压力：是四倍压力。”

需要冷却液维护和处置指导？阅读“优化机床流体维护和冷却液处置的4个技巧”。

随着化学添加剂减少，水质和构成成为冷却液性能及其化学性质的另一关键因素。Koehler说：“印第安纳州以硬水著称，而肯塔基州水质较软。所以你总是面对各种条件，这些条件会改变机床内的情况，以及特定水源可能引入的元素。配方必须根据供水情况调整。”

但冷却液中的添加剂、乳化剂和润滑特性仍然必要。在汽车、航空航天和医疗零件加工领域，趋势是使用更强、更轻的材料。高温合金和铬合金运行更快、产生更多热量——去除热量的最佳方式是使用合成液帮助润滑，使切削更容易——尤其是加工硬质材料时。

特别是在航空航天领域，含油产品仍在使用，但被90%至95%的水稀释。行业正从6000系列铝转向钛合金——后者更适合合成液，Koehler说。

Koehler说：“我喜欢合成液的集液槽寿命——它们不易滋生细菌。从生物学角度看寿命很长。不易起泡。且保持透明，机床操作员关上机门就能观察切削过程，无视觉干扰。”

金属加工液将走向何方？

冷却液和冷却液系统未来方向的重要因素在于材料及其应用。未来将使用的许多材料，流体制造商未必像制造商那样了解。但这不妨碍制造商尝试向零废弃物产品线创新。

Halstead说：“我们有个‘同质化学’领域，针对水基液体服务双重用途，既是清洗零件的清洗剂，又通过使冷却液中所有元素兼容来帮助集液槽维护。”

关键在于：完全不需要撇油；废弃物只在更换系统时产生。Castrol Industrial声称某些产品线比旧流体技术减少了40%的产品用量。

Koehler说，Milacron Cimcool一直在密切关注纳米技术领域，微观固体纳米颗粒可能替代当今的水基液体进行润滑。虽然这有潜力，但关于对操作员肺部影响的研究尚不足，仍处于观望阶段，Koehler承认。

Halstead说：“我们也在改善水基冷却液的润湿性能，使其更好地从机床零件上滑落，减少残留，延长集液槽寿命。我们还在改进浓度稳定性，这样用量少时浓度也能维持稳定，不耗尽、不需补充。”

但归根结底，主要流体制造商试图做一件事：创造可全球使用的产品稳定性，再根据客户需求本地化。挑战在于将测试优化冷却液积累的知识，与当地法规和水质条件结合，定制满足这些需求。

为跟上材料变革，主要流体企业在客户工厂合作，也在实验室用当今加工中心进行尽可能接近真实条件的测试。一些直接与客户和潜在客户合作专利待批材料——测试新冷却液配方或新金属材料，实验什么有效。

例如，Castrol Industrial与南卡罗来纳州格林维尔的通用电气合作，接触正在开发的专利待批航空航天材料。Castrol也与福特汽车公司及其他车企如通用、丰田合作多项流体应用。

氯和DCHA的移除

流体制造商正从冷却液中移除氯、DCHA（二环己胺）和硼。氯常用于杀菌，但对肺部和皮肤有害。DCHA作为“二级胺”用作pH稳定剂，但近期研究发现通过皮肤暴露于其危险。因此许多二级胺被从冷却液配方中剔除，流体制造商表示。仅使用一级胺可减少产品化学品，降低皮肤刺激和其他健康问题风险。

向无硼冷却液转变

为什么？因为硼在某些浓度下会积累残留，通过附着在零件、主轴、输送带和切削刀具上损害刀具寿命性能，Halstead说。Castrol Industrial通过在实验室用CNC机床、金属切削刀具和涂层测试发现这一点。作为防腐蚀化学品，硼有帮助，但高浓度时危险，这是公司首要议程。

Halstead说：“硼有pH缓冲和稳定作用，以及防锈保护（‘RP’），常被积极看待。但即使在低浓度下，冷却液废液在集液槽停留越久，浓度会随时间累积，一些公司希望彻底消除它。”

干式加工与增材制造的作用

随着不需要冷却液的干式加工技术和增材制造工艺兴起，MWF业务面临长期潜在竞争——包括来自刀具制造商。此外，环境和健康顾虑迫使许多监管机构推动制造商转向最小量润滑（MQL）。

《Fuels & Lubes International》的Aaron Stone写道：“对润滑剂环境影响的日益关注，加上在高达1800华氏度温度下干式加工成功，推动了这一趋势。先进陶瓷、金刚石和立方氮化硼刀具的出现，使有限或零润滑下的高温加工成为可能，且不产生过度磨损。”

无论行业最终方向如何，流体制造商同意一点：流体浓度旨在5%至10%使用。

Koehler说：“我退休时和刚入行时一样。大家总觉得多越好，或想省钱用得少……若跑3%，会有生物问题、霉菌生长和腐蚀；用太浓，则是皮肤刺激或起泡。这是这行唯一恒定的事。”

他的建议？保持清洁，浓度控制在该在的位置，你的金属加工液操作就会成功。

你使用什么金属加工液？这些产品未来将走向何方？分享你的想法。