技术文章

    在传统动力总成企业里，水基切削液多使用自来水进行混配。由于水基切削液配方多来自国外，而且生产的产品具有一定的统一性，尽管化学品生产商会尽可能考虑到世界各地水质的差异，针对实际应用研发或选择有针对性的产品，但由于水基切削液各性能相互制约的特性，不同现场实际运行条件的不同，不同运行阶段的实际要求的不同，如果满足所有的实际需求是很困难的技术问题。如何提高切削液的使用寿命，减少切削液给加工乃至整个企业生产带来的影响，减少污水的排放对环境的影响是我们讨论去离子水这个课题的基础。
去离子水的概念
1.去离子水的定义
   去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水 。标准化组织 ISO/TC 147规定的“去离子”定义为：“去离子水*或不*地去除离子物质，主要指采用离子交换树脂处理方法。”现在的工艺主要采用RO反渗透 的方法制取，应用离子交换树脂去除水中的阴离子 和阳离子 ，但水中仍然存在可溶性的有机物，可以污染离子交换柱从而降低其功效，去离子水存放后也容易引起细菌 的繁殖。
2．如何获取去离子水
    去离子水实现的工艺有几种，目前在动力总成企业里应用较广的工艺是反渗透水处理设备与离子交换设备进行组合制取去离子水的方式，如图1所示。其基本工艺流程为：原水→石英砂过滤器→活性炭过滤器→树脂交换（处理钙镁离子）→精密过滤器→高压泵→反渗透设备→纯水箱→纯水泵→用水点。
    石英砂过滤器用来滤除自来水中存在的铁、铝和硅胶体，截留水中细小颗粒杂质，降低原水浑浊度，控制原水污染指数。活性炭过滤器用于去除自来水中余氯、氯仿和挥发酚类等有机物及异味、异臭，吸附部分有毒有害金属元素，如六价铬、铅等，并zui终全面降低原水浊度、色度，改善原水口感，使原水水质经预处理后符合反渗透装置入口水质要求。树脂交换用于去除水中钙镁离子，降低原水硬度，保护饭反渗透膜元件。精过滤器用于滤除前级设备泄漏的细小颗粒物。
该工艺的核心环节是反渗透，反渗透实为渗透的逆过程。自然界有一种膜叫半透膜，它只能透过水而    不能透过其他溶质。如果将淡水和盐水这种半透膜隔开，淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧，这种现象称为渗透。当渗透进行到盐水一侧的液面到某一高度而产生压力，从而抑制淡水进一步向盐水渗透而达到平衡，平衡压力称之为渗透压。在这种情况下，如果在盐水一侧加上一个大于渗透压的压力，盐水中的分子就会从盐水一侧透过半透膜至淡水一侧，这一现象称为反渗透。
从上面的流程可以看出，去离子水设备处理流程比较简单，基本是直线流程，没有反馈。
去离子水的应用
    结合目前发动机工厂及变速器工厂的应用经验，根据德国清洗机厂家杜尔的经验，去离子水电导率控制在≤50us/cm即可。实际上我们考虑去离子水设备规划时有几个基本的要求及注意事项：
（1）原水指标，原水各项指标直接决定后续设备的设计。
（2）去离子水指标，新设备验收要求≤10us/cm，使用期间控制在50us/cm以内，需定期做好保养和维护。
（3）设备处理能力，需要根据具体需求量来设计，特别注意水温对整个系统产量的影响非常大。
（4）工厂设备位置选择时需考虑好浓水的排放。
    鉴于这些问题的存在，去离子水的应用就有了实际的价值。通过应用去离子水来弥补各地水质及实际运行情况不同给切削液带来的不良影响。下面我们将根据对去离子水在动力总成生产中的应用进行详细分析和研究。
1．在水基切削液控制中的应用
以发动机工厂为例，发动机工厂主要以机加工为主，热处理工艺较少，因此我们更关注对机加工影响较大的水基切削液。
    对水基切削液稳定性的影响的主要因素是原水的硬度及切削液长期运行的累计硬度。在此，我们以某切削液集中过滤发动机工厂铸铁缸体加工为例。2006～2009年期间，本企业使用一款产品其问题是使用不足一年，实际加工不到6万件时，切削液就会出现不稳定分层，补加量急剧增大，消泡性、防锈性能下降，经常生菌，机床表面大量析出物等一系列问题。
    鉴于对切削液自身质量的怀疑，本企业选择了质量较高的产品奎克QUAKERCOOL 3755 BIO。实际运行效果，在使用一年加工20万件时，硬度迅速上升到1000ppm左右，切削液出现分层问题，不得以进行半槽调整，将使用寿命又延长的9个月。尽管切削液质量已经有了质的提升，但在Grob机床刀盘及其他位置上明显出现钙镁离子析出的问题（如图2），影响设备的正常运行，困扰着企业生产。
    基于上述现象，工厂与奎克化学品公司共同研究分析其原因。由于自来水入口硬度在120～150ppm之间，硬度并不高，切削液自身不含钙镁元素，造成乳化液不稳定的主要原因是蒸发过快（冬季每天补加水量在17～20m3/天，夏季13～15m3/天），造成切削液硬度积累过快。为此，需要增加一台去离子水设备，以保证切削液运行的稳定性，降低硬度积累对切削液的影响，延长切削液使用寿命，减少对机床及生产的影响。
    实际使用效果十分明显，在zui近一个使用周期中，奎克QUAKERCOOL 3755 BIO未进行任何大调整，连续使用19个月加工65万件。更换前，切削液硬度仍控制在300ppm左右，产品未出现分层问题，机床上未出现异常析出。切削液单件成本降低20%～30%。同时，大大降低了污水处理成本，对机床、刀具的影响等隐性成本尚无法评估。
     上述情况仅针对本工厂的实际情况，我们的控制指标是尽量将切削液硬度控制在120～250ppm。如果当地自来水水质基本正常在120～150ppm，考虑到去离子水产水量的限制及硬度对切削液消泡性的影响，初配时建议使用自来水，当切削液硬度上升到一定程度时开始补加去离子水。对于水硬度较高的北方地区，同时气候干燥水蒸发较快，切削液初配时建议部分添加去离子水，从硬度控制的角度对提高切削液稳定性和使用寿命都大有好处。较之集中过滤，周转率更高的单机过滤设备上去离子水的应用效果将更加明显，如果硬度控制得好，能大大延长使用周期，减少定期更换的费用。
2．去离子水在清洗中的应用
    在以轴、齿轮加工为主的变速器工厂里，去离子水的应用更多的是针对清洗领域。
    由于在轴、齿加工过程中有大量的热处理工艺，为保证批量生产的质量，降低热处理工艺的废品率，在工件进入热处理设备前，需要对工件进行清洗。清洗的目的除了去除金属表面的颗粒杂质外，还要尽可能减少盐成分的残留以提高热处理的质量。因而，在变速器工厂里清洗机多采用去离子水进行配液，这样可以大大降低水中带来的各类离子残留在热处理表面对热处理产生不好的影响。
    前面我们提及切削液硬度对机床的影响，实际去离子水对清洗设备也是十分有益的，清洗机由于清洗温度较高一般在50°～60°，水蒸发较快。在长期使用过程中发现，使用自来水的清洗机内壁上会出现明显的结垢问题。使用电加热的清洗机，加热棒也会由于水垢长时间累积造成加热棒烧毁。
3．去离子水对防锈的影响
    由于防锈涉及的因素很多，如湿度、电解质、工件表面清洁度和包装等，单纯从水的角度而言，去离子水由于其电导率低以及水中氯离子、硫酸根离子的含量都大大低于自来水，因此其对防锈工作是有好处的。但由于防锈影响因素较多，因此去离子水对防锈性的影响体现的并不十分明显。但针对广大南方地区及沿海地区，特别是长三角地区黄梅雨季期间，除潮湿外自来水氯离子含量也会明显上升，造成在制件（特别是铸铁件和钢件）、成品件生锈等问题，使用去离子水还是有一定的作用。
结语
    去离子水对动力总成企业中切削液的应用与控制发挥着重要的作用，也将更广泛应用于各大机加工厂。在我公司使用去离子水取得一定效果后，上海大众和一汽大众的发动机工厂也相继将去离子水设备放入过滤设备整体规划中，以保证水基切削液在实际运行中的质量，提高运行效率，减少消耗和污水排放。但需要注意的是，在应用过程中，需要专业人员对数据进行监控和分析，避免出现使用误区。