Rick Steinard 的冷卻液里裝滿了洋蔥,然而,在他位于密歇根州麥迪遜高地的小型 CNC 加工副業中,沒有任何氣味可言——沒有洋蔥味,也沒有臭雞蛋味,這可能會讓很多人感到驚訝,因為 Steinard 先生從不添加殺菌劑。事實上,他的金屬加工液是為殺死細菌而配制的(當冷卻液在油槽中放置時間過長時,會產生臭雞蛋味)?!熬S護工作幾乎為零,”他說?!拔覚z查了濃度,但僅此而已?!?/strong>


該配方中的關鍵成分是上述“洋蔥”——特別是被稱為“納米洋蔥”的亞微米級碳顆粒,可替代吸引細菌的化學組合,用于冷卻和潤滑部件。除了減少維護之外,Steinard 先生說,從冷卻液切換到納米流體后,刀具壽命立即增加了約 30%。在某些應用中,增益已超過 100%。零件明顯更光滑、更光亮,包括使用相同的工具和編程在同一臺機器上重復工作。


Steinard 先生的大部分工作都是用鋁制成的,但納米流體配方最初是為更難加工的材料開發的。Michigan Tool & Gauge是密歇根州豪厄爾的一家原型制造和加工車間,報告了 Inconel 鍛模應用的類似結果:表面光潔度明顯改善,每個切削刃的零件數量顯著增加。密歇根工具公司的 Jason Kile 說,每個訂單 200 件,“我們要檢查一整盒刀片?!?“現在它只是一個插入物,或者兩個?!?


“以前我每條邊可以加工 30、40 或 50 件,但現在我可以在不更換刀具的情況下加工 200 或 250 件?!?– Rick Steinard,SPI Racing Wheels 的機械師和所有者。


這些相對較小的商店并不是唯一一家對Tool-X(他們選擇的金屬加工液)有著令人驚嘆的故事的制造商。事實上,各種注塑模具制造商和其他較大的企業都拒絕為本文作證。


然而,最大的制造商之一通用汽車 (GM)去年發表了一篇研究論文,稱納米流體“非常適用于難以加工的材料,例如熱處理齒輪”,理由是芯片控制的改進;后刀面磨損和邊緣堆積(被認為是評估冷卻液性能的良好指標);和表面光潔度。據報道,在一項硬化鋼齒輪制造應用中,刀具壽命提高了 150% 以上。


納米技術能否重新定義金屬加工液?


Tool-X 由懸浮在水基配方中的納米顆粒組成,用于一般加工或油基配方,用于需要它的機器和應用,例如瑞士型車床和齒輪制造操作。圖片:Tool-X LLC。


納米流體技術并不新鮮。其供應商 Tool-X LLC 成立于 2012 年。 從那時起,基本要素沒有改變: 由碳圓柱爆炸形成的亞微米顆粒,并攜帶在油基或水基溶液中,從切削區沖刷熱量;工具與金屬相交處的平滑摩擦;和拋光表面。然而,似乎正在發生變化的是,這項技術在多大程度上適用于越來越多的機加工車間。


得到教訓


雖然 Jim English 是 Tool-X 的總裁,但他并不稱自己為商人?!拔沂且幻茖W家,”這位前轉基因化學工程師說。因此,他是首先將最初用于傷口治療藥膏的納米技術應用于金屬加工應用的團隊的一員。國防部 (DoD) 對鈦和硬化鋼等材料的潛力感興趣,推動了開發。


在與 DoD 供應商合作取得初步成功之后,事實證明,與為其他部門服務的制造商合作利用該技術比預期更具挑戰性。宣傳這一消息的努力得到了回報,但“我們還沒有準備好應對需求,”English 先生說,并補充說許多潛在的分銷商擔心攜帶這條生產線會削減刀具銷售。


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Rick Steinard 說他對這款用于摩托車的三重夾具的粗加工感到“震驚”。大多數 7075 鋁材的加工速度為 9,000 rpm 和 220 ipm,他說這“遠不及精加工速度和進給”。


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圖片:SPI 賽車輪


他說,今天的情況有所不同。一方面,該公司正在擴大其分銷網絡。第一個在密歇根州以外代表 Tool-X 的是位于明尼阿波利斯的Hexis,它將公司的業務范圍擴展到整個中西部上游。另一方面,該公司現在提供納米顆粒注入的冷卻劑作為獨立的油基或水基產品,而不是用于現有流體的納米顆粒添加劑。這確保了性能的測試和評估不會過多地依賴于外部變量?!拔覀円矝]有聽到更多關于保修失效的故事,”他補充道。


剝洋蔥


Tool-X 的化學反應相對簡單,因為納米粒子完成了所有工作。因此,據報道,它比其他液體更安全、更環保且更具成本效益,而且同樣重要的是,處理它?!按蠖鄶道鋮s劑都含有 30 或 40 種不同的化學物質,”English 先生說?!拔覀冇?2個?!?


提供性能提升的納米洋蔥由碳制成,這種材料既具有高導熱性又具有高潤滑性(石墨,一種碳,是干式潤滑劑中的常見成分)。洋蔥的核心很硬,但它們的外皮很像海綿,基本上可以容納流體并在工具和工件之間壓縮時釋放流體。


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隨著納米材料在剪切力下分解,工具和工件材料之間的緩沖漿變得更加有效。


洋蔥并不是唯一起作用的納米粒子。English 先生說,微型滾珠軸承有助于用更平滑的滾動摩擦代替典型的機加工滑動摩擦。其他顆粒提供必要的殺生物特性。所有納米顆粒還會增加刀具施加的切削力,提供類似于噴丸硬化的效果,可以硬化、平滑并去除堆積在表面上的材料。同時,它們的組合表面積在切削刃和工件材料之間形成潤滑、散熱、防止堆積的漿液,如上圖所示。


盡管在大多數情況下結果是立竿見影的,但在剪切力開始分解納米顆?!皠冸x”之前,無法評估納米流體的全部影響。果皮將石墨烯顆?!厍蛏献顚岬牟牧现弧撀涞街車牧黧w中,以增加納米材料的總體積。隨著納米材料體積的增加,其總表面積以及緩沖漿的冷卻和潤滑效果也隨之增加。


不是冷卻液 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?


Steinard 先生在 Tool-X 方面的經驗超出了他自己的小型機械車間,這一直是副業。他職業生涯的大部分時間都在為一家大型硬質合金制造商設計和銷售切削刀具。在對客戶設施中的流體測試印象深刻之后,他聯系了 English 先生。不久之后,他不僅在自己的店里使用了納米流體,還向潛在客戶推薦了它,甚至在某些情況下提供了English先生捐贈的樣品進行試切。


“這是我包里的另一個工具,”他談到液體時說?!八麄儠f,'哇,Rick 的工具是最棒的,'但其中很多都是切削液。


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現在,他唯一的切削工具工作就是在自己的店里使用,這仍然是副業。至于性能影響,“我用一個小的整體硬質合金環鉆工具用工具鋼制作這些小火花塞,”他說?!耙郧拔颐織l邊可以加工 30、40 或 50 件,但現在我可以在不更換刀具的情況下加工 200 或 250 件?!比欢?,他最大的賺錢者是他自己的產品:遙控汽車的車輪,他一次加工幾百個,并以 SPI Racing 品牌銷售。他說,多虧了 Tool-X,“它們看起來像鍍鉻物”,無需手動拋光。


但是,車輪不需要 Tool-X 幫助提供的表面光潔度水平。他說,其他項目的情況也是如此,并補充說他在工作方面并不挑剔。保持大門敞開對他來說就足夠了,因為正如他所說,“切割金屬是我的血液?!?


?盡管如此,納米流體在每臺機器中運行并不是因為與冷卻劑相比節省了成本,他說,因為它不是冷卻劑。相反,他運行它是因為它降低了制造的總體成本,并且因為它有助于滿足每項工作對質量的天生渴望,而不管所需的規格如何?!拔乙呀涍@樣做了 40 多年了,這是一種范式轉換技術,”他說。

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