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济南库伦特科技有限公司
         

环保呼声高涨,囧途中的金属加工液路在何方?

 

金属加工液指用于金属及其合金在切削和成型加工过程中起润滑、冷却、清洗及防锈等作用的介质,如机械加工过程中使用的各类切削液、磨削液、轧制液等。在机械制造领域,金属加工液在提高加工效率、改善加工质量、减少刀具损耗、便于排除切屑、防止金属锈蚀等方面效果显著是一类量大面广的消耗性辅助材料。当今它正面临着多重压力。

1. 金属加工液面临的压力

首先是环境压力。金属加工液属油脂化工产品,其生产、运输和使用都受到严格的管制。使用金属加工液产生的耗散物及废弃物会对劳动卫生和生态环境均构成一定的危害。近来不断曝光的溢入河道、注入地下的工业废水污染事件,都有金属加工液的身影。这方面的例子颇多,不容忽视。

其次是性能压力。近些年来,高速、高效、强力、重负荷、高精度等词汇常用来描述现代加工技术的进步,这些新工艺都对金属加工液的内在品质、供液方法、供液压力和流量寄予更高的期望;与此同时,新的机械工程材料(如新型铝合金、镁合金、钛合金等)和切削工具材料(如新型硬质合金、金属陶瓷、复合涂层、金刚石、立方氮化硼)的应用,都对金属加工液的性能提出更多特殊的要求。

还有经济压力。近十年来,一方面,国际油价大起大落带动化工原料价格忽高忽低,原料跌的时候,用户要求产品降价;原料涨的时候,产品价格又降不下来,生产厂家不得不自己承受这种落差损失;另一方面,各国的劳动保障和环境保护法规日趋严厉;企业需要增加劳保开支和废液处理费用,导致使用金属加工液的间接成本增加,金属加工液面临日益增长的经济压力。

在这样的多重压力下,囧途中的金属加工液路在何方?以下针对金属加工液中使用量最大、影响面最广的切削液(含磨削液及应用于各种去除加工的冷却润滑液)进行叙述。

 

2. 解决金属加工液生态环境问题的三条路线

其一是彻底摒弃金属加工液,采用干式切削技术,其中包括冷风切削、吹氧切削、液氮切削等;其二是采用半干式切削技术,主要指微量切削液加工技术。其三是改造传统金属加工液,将其负面影响降低到最小程度,使之成为环境友好的,并能被保护生态环境的法规所接受。这三条路线互为补充,各有其优缺点和应用范围。

1)干式切削

干式切削在加工过程中不使用金属加工液,可彻底避免金属加工液的负面影响,同时也放弃了金属加工液所能带来的好处。干式切削面临的主要问题是切屑形成过程中润滑性差导致刀-屑、刀-工界面上摩擦剧烈,能耗大,发热多,加上冷却不力,因而刀具损耗快、工件热变形等等;另一个不容回避的问题是机床与工艺装置的锈蚀以及工件的短期工序间防锈问题。用干式(包括冷风、液氮)切削后,通常需要增加机床和工件的防锈处理以及之后的清洗处理特别是在高温、潮湿的地区和季节。其结果是减少了切削液却增加了防锈液、清洗液;从总体上看,有时并不能有效地达到减轻环境负荷的目的。此外,加工过程中的冲洗、排屑等方面的问题也需要特殊处理。干式切削的发展依赖于刀具材料、工件材料、机床技术和切削技术的进步。从目前的技术进展情况来看,干式切削还只能在一小部分加工领域中应用,有较大的局限性。

2)半干式切削

半干式切削主要指微量切削液加工技术,是一种技术上的折衷,既能部分保留湿式切削的利点,又可减轻其负面影响,已经在一些加工领域取得了较好的应用效果,是目前绿色加工技术的研究热点之一,有广阔的应用前景;但也存在着油雾污染问题以及在某些加工场合润滑冷却不足之类的烦恼。

3)环境友好金属加工液

传统金属加工液受到的环境压力将会愈来愈严酷,进行改良和创新势在必行。不仅要继续提高金属加工液的加工性能更应该积极着眼于研究开发和推广应用低毒、低污染的环境友好型金属加工液其远景目标是开发、应用无毒、无污染的绿色金属加工液Green Metalworking Fluid。这是解决问题的根本途径,是实现绿色制造的重要步骤,目前的研究十分活跃,任重而道远。

显然,金属加工液使用一段时间后必然存在着消耗、退化、变质等问题,需要进行废液再生处理与循环利用。关于这方面的话题,限于篇幅,不再赘述。

3.环境友好金属加工液

1)含义

环境友好金属加工液 (Environmentally Friendly Metalworking Fluid) 指满足使用性能和生态环境效应双重要求的金属加工液。这里所指的生态环境效应包括:金属加工液及其耗散与废弃产物的毒性(Toxicity)和生态毒性(Eco-toxicity)以及生物累积性(Bioaccumulation)、生物可降解性(Biodegradability)、资源可再生性 Resource Renew-ability)等。简言之,环境友好金属加工液既能满足金属加工的使用要求,金属加工液本身及其耗散与废弃产物对生物和生态环境又不构成危害, 或在一定程度上为生态环境所容许,资源可循环利用或容易再生。

2)界定

如何界定金属加工液是不是环境友好的,目前还没有统一说法。一些发达国家已经相继建立了环境标志组织,对环境友好的产品进行标识。如欧洲的“生态标志”、北欧四国(挪威、芬兰、瑞典、冰岛)的“白天鹅”、德国的“蓝色天使”、法国的“NF环境标志”、美国的“绿色标记”等。产品要获得这些标志都必须满足相应的生态效应指标。

金属加工液成份复杂、毒性和环境影响研究很不充分,试验数据十分匮乏。在此之前我国还没有金属加工液有害物质的管控标准,金属加工液生产、使用及管理都缺乏相应的依据。

4.GB/T 32812-2016《金属加工液 有害物质的限量要求和测定方法》简介

1)制定过程

可喜的是,我国已经着手进行金属加工液相关环境标准的研究工作。2010年国家质量监督检验检疫总局启动了公益性行业科研专项《清洁高效基础制造工艺技术标准研究》。在这个项目支持下,由中机生产力促进中心、济南库伦特科技有限公司提出立项建议,开展《金属切削液 有毒有害性评价导则》的研究,并于2012年提交了《金属切削液 有毒有害性评价》国家标准立项申请,同年12月获得批准(国家标准计划编号:20121362-T-469)。工作组由金属加工企业(用户)、金属加工液研究机构及生产企业共同组成;技术归口单位为全国绿色制造技术标准化技术委员会。正式的国家标准命名为《金属加工液 有害物质的限量要求和测定方法》,标准号为GB/T 32812-2016,标准发布日期为2016829,正式实施日期为201731

2)主要内容

GB/T 32812-2016规定了禁用物质(Prohibited substances)和受控物质(Controlled substances)。所谓禁用物质指对人体健康、动植物生命安全及环境具有危害或潜在危险,由法规规定在某些产品中禁止使用的物质(GB/T 28612-2012,定义5.29)。所谓受控物质是指对人体健康、动植物生命安全及环境的危害或潜在危险性尚不明确、用户要求在公开其在产品中使用状况的物质。

GB/T 32812-2016规定了6种禁用物质。它们是亚硝酸根NO2- 、壬基酚聚氧乙烯醚、C10~C13短链氯化石蜡、多环芳烃、二乙醇胺和铅。对上述禁用物质都规定了限量要求和测定方法。

GB/T 32812-2016规定的受控物质包括:硼酸、四硼酸钠和氯化石蜡(C14~C17、>C18)。受控物质应在金属加工液产品安全技术说明书(SDS)中标明其名称、浓度或浓度范围值。

3)现实意义

国家标准GB/T 32812-2016的现实意义是十分明显的。通过制定金属加工液有害物质管控标准,为金属加工液生产企业和使用者提供依据,对规范金属加工液市场、保护工人健康和减少环境影响具有重要意义,同时也可以为环境管理部门提供科学管理依据。从一定程度上讲,该标准为环境友好金属加工液产品设立了一道门槛:所列有害物质的含量高于这道门槛的门槛值者,不是环境友好金属加工液。那么人们可能会问:如果金属加工液产品中有害物质的含量低于这些门槛值,是不是就一定是环境友好的金属加工液呢?从目前的生产发展水平而论,暂且可以这么认为;但这道门槛的内容和高度不是一成不变的,它会随着社会对生态环境问题的认知水平与承受能力以及科学技术的进步而发展变化的。

4)一点感想

济南库伦特科技有限公司作为国内唯一的一家金属加工液生产企业,参与了制定该标准导则及正式标准全过程的相关研究工作。一家小微企业为什么能够在这方面有所作为呢?这要从这家企业创办的源头和宗旨上谈起。

济南库伦特科技有限公司成立于2009年初。公司创办人刘镇昌博士(原山东大学教授、博士生导师)从事切磨削液技术、切磨削加工理论与新技术、绿色制造与清洁生产技术的研究三十余年,曾多次应邀在日本和美国从事上述领域的合作研究,现任全国绿色制造技术标准化技术委员会委员,已出版著译作《切削液技术》(编著)、《金属切削液——选择、配制。使用与管理》(编著)、《制造工艺实训教程》(主编)、《现代刀具设计与应用》(参编)、《切削液与磨削液》(独译)、《金属加工液》(参译)等,发表研究论文百余篇,为公司的发展奠定了坚实的科学技术基础。

济南库伦特科技有限公司是一家集科、工、贸于一体的现代化小微企业。公司设有切削液生产车间和专门的研究室,几乎每年都自筹资金聘请国外的切削液专家来研究室进行学术交流与合作研究,使切削液产品的质量和性能跟上国际先进水平。公司的主要研究人员将大部分时间和精力用于新产品开发和老产品的环境友好化改进。现已获得两项切削液产品的国家发明专利、

济南库伦特科技有限公司长期致力于宣传绿色制造理念,研发和推广清洁生产技术、环保节能技术、环境友好机械制造工艺油(液)及其相关设备和技术,经常到工矿企业举办技术讲座。公司的宗旨是:兴绿色制造,倡环保节能;创民族品牌,长国人之气。

 

         
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