研究背景

在工業(yè)制造的許多領(lǐng)域，水或者油基冷卻液對于確保加工過程中生產(chǎn)零件的質(zhì)量和機器的使用壽命至關(guān)重要。大部分的油基冷卻液由基礎(chǔ)油復配不同比例的極壓耐磨添加劑、潤滑劑、防銹劑、防霉殺菌劑，催冷劑等添加劑合成，因此對數(shù)控機床本身、刃具、工件和乳化液具有ji佳的保護性能。然而，在使用過程中，冷卻液會發(fā)生變化，導致冷卻效率降低。

如何監(jiān)控油基冷卻液的變化，提高加工過程中的使用效率？簡單的目視檢查，或者更復雜的方法，包括常見的化學實驗室分析方法，無法區(qū)分新鮮和使用過的油基冷卻液之間的任何差異。

實驗部分

圖1.左右分別是新鮮的和使用過的冷卻液

Z初通過手動搖動玻璃柱的發(fā)泡方法來研究冷卻液的使用情況。然而，無法收集可重復且可靠的數(shù)據(jù)，特別是操作者不同的情況下。而KRüSS DFA100動態(tài)泡沫分析儀通過精確測量泡沫的高度來測量液體的起泡性和泡沫的穩(wěn)定性。配以相應(yīng)的模塊，可實現(xiàn)泡沫中液體含量和泡型（泡的小大和分布）的測定。

為此我們研究了兩種低粘度礦物油的冷卻液（新鮮冷卻液A，使用過的冷卻液B）。DFA100提供兩種發(fā)泡方法：攪拌和鼓氣。由于冷卻液的發(fā)泡性比較低，用鼓氣作為發(fā)泡方法，可以獲得更多的泡沫。首先進行預測試，找到合適的鼓氣量和流速。

圖2. 測試流程

測量按照KRüSS ADVANCE軟件中的編程進行，采用以下實驗條件對樣品進行比對：

• 溫度：20-27 °C

• 密封：氟橡膠(FL4506)

• 氣體:：空氣

• 流速:：1 L/min

• 光源：強度為15%的紅外光源

• 篩板：一次性過濾器(FL4520)，避免清洗

• 樣品體積:100ml

圖3.預測試得到的泡沫曲線

圖3是對使用過的冷卻液B連續(xù)三次循環(huán)發(fā)泡收集得到泡沫高度原始數(shù)據(jù)，綠線代表泡沫-空氣邊界，紅線代表液體-泡沫邊界，曲線上每個峰對應(yīng)于鼓入150mL空氣而產(chǎn)生的ZD泡沫高度，之后泡沫迅速衰退，在一定等待時間后液體再次發(fā)泡。對于這種低泡沫液體，除了對玻璃量柱的初始預潤濕之外，循環(huán)測量可以更好的顯示泡沫高度的重復性。因為泡沫的產(chǎn)生和衰變也可能受到液體與玻璃壁的相互作用的影響，特別是其化學和物理表面的不均勻性。DY圈的ZD泡沫高度高于第二，第三圈，第二和第三圈的泡沫高度重復性很好。

對于新鮮的冷卻液A和使用過的冷卻液B，下圖4和5取第二圈和第三圈的測試數(shù)據(jù)進行比較。DY圈測試為玻璃柱的預處理/預潤濕步驟，其保證了后續(xù)循環(huán)測試的重復性。

圖4. 泡沫高度曲線

圖5. 泡沫高度曲線

從圖4和5可以看出，新鮮冷卻液產(chǎn)生的泡沫很少，在鼓氣停止后泡沫立即衰退。而使用過的冷卻液明顯產(chǎn)生大量的泡沫，衰減速度也略微比較慢。

結(jié)論

DFA100可以提供可靠且重復性良好的方法區(qū)分新舊冷卻液，使用ZD泡沫高度和泡沫衰減到ZD值的10％所需時間作為表征不同冷卻液的性能或使用狀態(tài)的結(jié)果參數(shù)。也可將此研究擴展到更多冷卻液中，并優(yōu)化其過程，監(jiān)控生產(chǎn)效率。