金属加工液中的夹带空气和泡沫的测量和控制的制作方法

测量装置的制造及其应用技术金属加工液中的夹带空气和泡沫的测量和控制1.对相关申请的交叉引用本技术要求2020年2月11日提交的美国临时专利申请62/975,097的优先权，其全文经此引用并入本文。2.发明背景本发明大体上涉及用于测量流体内的空气的方法和系统。3.金属加工液（mwf）用于金属的各种加工。例如，金属加工液用于金属切削、处理、保护和成型以及金属清洁。在这些方法中，将流体喷到金属部件上，或将金属部件浸到流体中。将用过的流体再循环回储器，并使用如过滤或依靠重力从流体中分离出颗粒材料之类的方法回收。在回收后，将流体再循环到加工步骤。4.许多这样的金属加工方法现在在高压和/或高速下进行。高压和/或高速可导致流体中的空气和/或泡沫积聚。需要一种测量流体中的空气和/或泡沫量的高效方法。5.发明概述在一些实施方案中，存在一种用于测量流体内的空气的系统。该系统可包括具有第一末端和第二末端的流体路径；具有开启位置和关闭位置的第一阀，其中流体在开启位置下可经过第一阀并在关闭位置下阻止流体经过第一阀；位于第一阀和第二末端之间的第一传感器；和位于第一传感器和第二末端之间的第二传感器，其中第二末端高于第一末端。6.该系统还可包括位于第二传感器和第二末端之间的流体出口。该系统还可包括第二阀和流体排放管（fluid drain），其中第二阀具有开启位置和关闭位置，其中流体在开启位置下可经过第二阀并在关闭位置下被阻止经过第二阀，并且其中第二阀位于第一传感器下方。7.在一些实施方案中，第一传感器是压力传感器。8.该系统还可包括编程为基于第一传感器的测量结果计算流体内夹带的空气量的计算机化装置。该系统还可包括编程为基于第二传感器的测量结果计算流体内的泡沫量的计算机化装置。9.在一些实施方案中，一种用于测量流体内的空气的系统包括流体路径；具有开启位置和关闭位置的第一阀，其中流体在开启位置下可经过第一阀并在关闭位置下阻止流体经过第一阀；具有开启位置和关闭位置的第二阀，其中流体在开启位置下可经过第二阀并在关闭位置下阻止流体经过第二阀；和位于第一阀和第二阀之间的第一传感器，其中第二阀的位置高于第一阀。10.该系统还可包括位于第一传感器和第二阀之间的第二传感器，其中第二传感器距第一传感器的距离固定。该系统还可包括位于第二传感器和第二阀之间的流体出口。该系统还可包括第三阀和流体排放管，其中第三阀具有开启位置和关闭位置，其中流体在开启位置下可经过第三阀并在关闭位置下被阻止经过第三阀，并且其中第三阀位于第一传感器和流体排放管之间。11.在一些实施方案中，第一传感器是压力传感器。在一些实施方案中，第二传感器是压力传感器。12.在一些实施方案中，一种用于测量流体内的空气的系统包括具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口的流体路径；第一、第二、第三和第四阀，其各自独立地具有开启位置和关闭位置，其中流体在开启位置下可经过阀并在关闭位置下阻止流体经过阀；和第一传感器，其中第一出口高于第一入口，其中第二出口高于第二入口，其中第一阀位于第一入口和第一出口之间，其中第二阀位于第二入口和第二出口之间，其中第三阀位于第一出口和第一传感器之间，并且其中第四阀位于第二出口和第一传感器之间。第一传感器可以是压力传感器。13.该系统还可包括编程为基于第一和第二传感器的测量结果和第一和第二传感器之间的固定距离计算流体内夹带的空气量的计算机化装置。该系统还可包括编程为基于第一和第二传感器的测量结果和第一和第二传感器之间的固定距离计算流体内的泡沫量的计算机化装置。14.在一些实施方案中，一种测量流体内的空气的方法包括经过流体导管基本垂直地传送流体，在第一时间点停止经过流体导管的流体流动；在沿流体导管的第一位置在第一时间点测量流体压力以获取第一压力测量结果和在后续时间点测量流体压力以获取后续压力测量结果，计算第一时间点和后续时间点之间的流体压力测量结果的%变化；和将流体压力测量结果的%变化与流体内的空气质量%变化相关联。15.在一些实施方案中，一种测量流体内的空气的方法包括经过流体导管基本垂直地传送流体，在第一时间点停止经过流体导管的流体流动；在沿流体导管的第一位置在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点测量流体压力以获取第一压力测量结果、倒数第二个压力测量结果和最终压力测量结果，分别由在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点的流体压力计算在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点的流体密度；计算随时间的流体密度变化；基于随时间的流体密度变化计算在第一时间点的流体内的空气量。16.测量流体内的空气的方法还可包括在沿流体导管的第一位置在第一时间点之后和倒数第二个时间点之前的一个或多个后续时间点测量流体压力以获取一个或多个后续压力测量结果和基于所述后续压力测量结果计算在后续时间点的流体密度。在一些实施方案中，最终压力测量结果与倒数第二个压力测量结果基本相同。在一些实施方案中，流体的最终密度与基本不含夹带空气的流体的密度基本相同。17.在一些实施方案中，一种测量流体内的泡沫量的方法包括经过流体导管基本垂直地传送流体，在第一时间点停止经过流体导管的流体流动；在沿流体导管的第一位置在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点测量流体压力以获取第一压力测量结果、倒数第二个压力测量结果和最终压力测量结果，分别由在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点的流体压力计算在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点的流体密度；计算随时间的流体密度变化；基于随时间的流体密度变化计算在第一时间点的流体内的空气量。该方法还可包括在沿流体导管的第一位置在第一时间点之后和倒数第二个时间点之前的一个或多个后续时间点测量流体压力以获取一个或多个后续压力测量结果和基于所述后续压力测量结果计算在后续时间点的流体密度。在一些实施方案中，最终压力测量结果与倒数第二个压力测量结果基本相同。18.在一些实施方案中，一种预防或最小化对金属加工工具的损伤的方法，所述方法包括监测金属加工液内夹带的空气量，当检测到的空气量为流体的大约5质量%或更高时缓解金属加工液内夹带的空气量。19.在一些实施方案中，一种预防或最小化对金属加工工具的损伤的方法，所述方法包括检测金属加工液的基线压力；随时间经过监测金属加工液的压力变化；当金属加工液的压力已降低大约5%或更多时缓解金属加工液内夹带的空气量。在一些实施方案中，缓解包括将金属加工液内夹带的空气量减少到小于流体的大约5质量%。在一些实施方案中，缓解包括将金属加工液内夹带的空气量减少到大约金属加工液内夹带的空气的基线量或更少。在一些实施方案中，缓解包括用具有金属加工液的基线压力的大约103%或更低的压力的第二金属加工液替代所述金属加工液。在一些实施方案中，缓解包括将添加剂添加到金属加工液中。合适的添加剂包括消泡剂，如包含聚丙烯酸酯、硅氧烷、硅酮和油的一种或多种的消泡剂。在一些实施方案中，损伤是金属附着于金属加工工具。20.附图的若干视图的简述联系示例性实施方案的附图阅读时更好地理解用于测量流体中的空气的系统的实施方案的以下详述。但是，应该理解的是，本发明不限于所示的精确布置和手段。21.在附图中：图1图示说明根据本发明的一个示例性实施方案的用于测量流体中的空气的系统的方面；图2图示说明根据本发明的一个示例性实施方案的用于测量流体中的空气的系统的方面；图3图示说明根据本发明的一个示例性实施方案的用于测量流体中的空气的系统的方面；图4图示说明根据本发明的一个示例性实施方案的用于测量流体中的空气的系统的方面；图5图示说明随时间经过的流体密度变化；图6图示说明随时间经过的泡沫压力变化。22.图7图示说明极少夹带空气的机械加工流体和夹带空气的相同机械加工流体的流体力的变化 vs 钻孔数。23.图8图示说明极少夹带空气的机械加工流体和夹带空气的相同机械加工流体的流体扭矩的变化 vs 钻孔数。24.图9图示说明与极少夹带空气的流体（图9a）和夹带空气的流体（图9b）一起使用的钻孔工具。25.图10a、10b、10c和10d提供与极少夹带空气的流体一起使用或与夹带空气的流体一起使用的钻孔工具刃上的金属附着的图像。图10a提供与极少夹带空气的流体一起使用的钻孔工具的第一刃上的金属附着的图像。图10b提供与极少夹带空气的流体一起使用的钻孔工具的第二刃上的金属附着的图像。图10c提供与夹带空气的流体一起使用的钻孔工具的第一刃上的金属附着的图像。图10d提供与夹带空气的流体一起使用的钻孔工具的第二刃上的金属附着的图像。26.图11图示说明在三种铰孔条件的每一种下使用极少夹带空气的流体和使用夹带空气的流体获得的铰孔粗糙度。27.图12a和图12b图示说明与极少夹带空气的流体或夹带空气的流体一起使用后的铰刀表面。图12a图示说明与极少夹带空气的流体一起使用后的铰刀表面。图12b图示说明与夹带空气的流体一起使用后的铰刀表面。28.图13a、图13b和图13c图示说明与极少夹带空气的流体或夹带空气的流体一起使用的珩磨石料。图13a图示说明弹簧加载的三石料珩磨工具、钻探和预珩磨的孔和金属加工液的施加。图13b图示说明图13a的弹簧加载的三石料珩磨工具、钻探和预珩磨的孔和金属加工液的施加的另一视图。图13c图示说明与图13a和13b中所示的珩磨工具一起使用的石料的特写照片。29.图14a、图14b、图14c、图14d、图14e、图14f和14g图示说明与图13a-13c中所示的石料珩磨工具一起使用的石料的石料表面的扫描电子显微镜（sem）图像。30.图15提供图14a-14g中成像的石料的能量色散x射线（edx）光谱分析。31.图16提供蚀刻金属试样的光学显微照片（500x）。32.图17提供使用极少夹带空气的quakercool 8013流体和夹带空气的quakercool 8013流体的金属切削体积(in3) vs 周期数的曲线图。33.图18a和图18b提供珩磨石料的表面上的金属和有机金属沉积物的照片。图18a提供与极少夹带空气的quakercool 8013流体一起使用的珩磨石料的照片。图18b提供与夹带空气的quakercool 8013流体一起使用的珩磨石料的照片。34.图19提供在steel 1018的攻丝过程中用这两种流体获得的扭矩测量图。35.发明详述本发明的某些实施方案包括用于测量流体内的空气量的系统。本发明的系统可用于测量流体中的泡沫量或夹带在流体内的空气量。对本说明书而言，流体是指任何液体，例如金属加工液（mwf），空气是指任何气体，例如地球周围的气体混合物。36.机械加工流体，如金属加工液中的空气是成问题的。用作润滑剂的流体可发生其润滑剂质量的下降，因为空气不是润滑剂。流体泵通常并非设计成泵送空气，并且流体中的空气存在可对泵的内部机构造成损伤。传热流体中的空气存在会导致热无法适当传递。在这些实例的每一个中，流体中的空气存在，无论是以流体内的夹带空气的形式还是作为泡沫，可导致部件和工具的损伤。本发明的系统和方法的实施方案能在引起设备和工具的损伤之前识别和缓解流体中的空气积聚，从而节省时间和金钱。37.根据本发明的系统和方法可用于防止与多种多样的机械加工操作相关的工具和设备的损伤，所述机械加工操作包括但不限于钻孔、镗孔、铰孔、攻丝、滚丝、梳螺纹、滚齿、铣削、车削、锯切、刨削（planning）、刮削（scraping）、剪切、刮面（shaving）、拉削（broaching）、切割、抛光、磨光。根据本发明的系统和方法可用于防止与多种多样的冲击变形方法相关的对工具和设备的损伤，所述冲击变形方法包括但不限于冲压、冷锻和热锻。根据本发明的系统和方法可用于防止与多种多样的压力变形方法相关的对工具和设备的损伤，所述压力变形方法包括但不限于液压成形和烧结。38.根据本发明的一些实施方案的系统和方法测定流体中夹带的空气量和所有夹带空气离开流体所需的时间量。在一些实施方案中，可以通过将泡沫/夹带空气控制剂分配到使用流体的系统中来控制夹带空气和泡沫。本发明的一些实施方案如下工作：测量使用中的流体的密度、在随着空气的释放连续测量流体密度的同时让流体保持不受扰动和通过收集的密度数据测定流体中夹带的空气量。在一些实施方案中，然后将消泡剂或除气流体（air-release fluid）分配到该流体中。这可以在流动的流体环境或停滞的流体环境中完成，使用一个或两个压力传感器进行密度测量。39.详细参考附图——其中类似的附图标记始终指示类似的元件，在图1-4中显示根据本发明的一个示例性实施方案的用于测量流体中的空气的系统。但是，应该理解的是，本主题可具体体现为不同的形式，并且不应被解释为限于本文阐述的图示实施方案。还应该显而易见的是，本文指定为属于特定实施方案的各个元件可包括在本发明的其它实施方案中。40.图1描绘根据本发明的一个实施方案的用于测量流体中的空气的系统(100)。流体路径(101)包括第一末端(102)和第二末端(103)。流体路径(101)可取向为第二末端(103)高于第一末端(102)以使液体流体系统内的任何气体或空气在流体流动暂停时朝第二末端上升。在一些实施方案中，第二末端(103)可通向大气，而在另一些实施方案中，第二末端(103)可连向附加流体回路。系统100可包括具有开启位置和关闭位置的第一阀(104)，其中流体在开启位置下可经过第一阀(104)并在关闭位置下阻止流体经过第一阀(104)。系统(100)可包括位于第一阀(104)和第二末端(103)之间的第一传感器(105)。在一些实施方案中，系统(100)可包括位于第一传感器(105)和第二末端(103)之间的第二传感器(106)。传感器(105、106)可用于测量该系统中的流体压力并在一些实施方案中可以是压力传感器。传感器(105、106)在某些实施方案中可以是用于测量流体的压力或密度的其它装置。系统(100)可进一步包括位于第二传感器(106)和第二末端(103)之间的流体出口(107)。流体出口(107)可用于从该系统的流体中释放气体，或用作溢流流体的出口，或两者。41.如所示，图1的系统(100)可进一步包括具有开启位置和关闭位置的第二阀(108)，以使流体在开启位置下可经过第二阀(108)并在关闭位置下被阻止经过第二阀(108)。系统(100)可进一步包括用于从流体路径(101)中排放流体的流体排放管(109)。第二阀(108)可位于流体排放管(109)中或邻近流体排放管(109)以控制经过流体排放管(109)的流体释放。第二阀(108)可位于第一传感器(105)下方。42.在一些实施方案中，系统(100)可进一步包括编程为基于第一传感器(105)和/或第二传感器(106)的测量结果计算流体内夹带的空气量的计算机化装置。在一些实施方案中，系统(100)可包括编程为基于第一传感器(105)和/或第二传感器(106)的测量结果计算流体内的泡沫量的计算机化装置。43.图2显示根据本发明的一个实施方案的用于测量流体中的空气的系统(200)。系统(200)包括流体路径(201)。流体路径(201)可以是更大流体回路的一部分。流体路径(201)可包括第一末端(202)和第二末端(203)。流体路径(201)可取向为第二末端(203)高于第一末端(202)以使液体流体系统内的任何气体或空气在流体流动暂停时朝第二末端(203)上升。系统200可包括具有开启位置和关闭位置的第一阀(204)，其中流体在开启位置下可经过第一阀(204)并在关闭位置下阻止流体经过第一阀(204)。系统200可包括具有开启位置和关闭位置的第二阀(208)，其中流体在开启位置下可经过第一阀(208)并在关闭位置下阻止流体经过第一阀(208)。系统(200)的阀(208、209)可布置为使得该流体路径是更大流体回路的一部分并且可通过控制阀(204、208)来测量流体中的空气量而不改变流体流动路线。如图2中所示，第一阀204可用于让流体进入流体路径和用于关闭流体路径的第一末端以便测量该系统中的流体密度和/或压力。类似地，如图2中所示，第二阀(208)可用于将流体包含在流体路径内或用于提供流体路径的出口。44.系统(200)可包括位于第一阀(204)和第二阀(208)之间的第一传感器(205)。在一些实施方案中，系统(200)可包括位于第一传感器(205)和第二阀(208)之间的第二传感器(206)。传感器(205、206)可用于测量该系统中的流体压力并在一些实施方案中可以是压力传感器。传感器(205、206)在某些实施方案中可以是用于测量流体的压力或密度的其它装置。系统(200)可进一步包括流体出口（未描绘），例如位于第二传感器(206)和第二阀(208)之间。该流体出口可用于从该系统的流体中释放气体，或用作溢流流体的出口，或两者。45.在一些实施方案中，系统(200)可进一步包括编程为基于第一传感器(205)和/或第二传感器(206)的测量结果计算流体内夹带的空气量的计算机化装置。在一些实施方案中，系统(200)可包括编程为基于第一传感器(205)和/或第二传感器(206)的测量结果计算流体内的泡沫量的计算机化装置。46.图3显示根据本发明的一个实施方案的用于测量流体中的空气的系统(300)。系统(300)包括流体路径(301)。流体路径(301)可包括第一末端(302)和第二末端(303)。流体路径(301)可以是更大流体回路的一部分。流体路径(301)可取向为第二末端(303)高于第一末端(302)以使液体流体系统内的任何气体或空气在流体流动暂停时朝第二末端(303)上升。系统300可包括具有开启位置和关闭位置的第一阀(304)，其中流体在开启位置下可经过第一阀(304)并在关闭位置下阻止流体经过第一阀(304)。系统300可包括具有开启位置和关闭位置的第二阀(308)，其中流体在开启位置下可经过第一阀(308)并在关闭位置下阻止流体经过第一阀(308)。系统(300)的阀(304、308)可布置为使得该流体路径是更大流体回路的一部分并且可通过控制阀(308、304)来测量流体中的空气量。如图3中所示，第一阀304可用于让流体进入流体路径和用于关闭流体路径的第一末端以便测量该系统中的流体密度和/或压力。类似地，如图3中所示，第二阀(308)可用于将流体包含在流体路径内或用于提供流体路径的出口。47.系统(300)可包括位于第一阀(304)和第二阀(308)之间的第一传感器(305)。传感器(305)可用于测量该系统中的流体压力或密度并在一些实施方案中可以是压力传感器。48.在一些实施方案中，系统(300)可进一步包括编程为基于第一传感器(305)的测量结果计算流体内夹带的空气量的计算机化装置（未描绘）。在一些实施方案中，系统(300)可包括编程为基于第一传感器(305)的测量结果计算流体内的泡沫量的计算机化装置。49.图4显示根据本发明的一个实施方案的用于测量流体中的空气的系统(400)。系统(400)包括流体路径(401)，其包括参考路径(401a)和测量路径(401b)。流体密度有可能随时间而变，不依赖于流体中的空气量，这使得基于密度变化计算流体内夹带的空气量变得复杂。在一些实施方案中，提供参考路径(401a)和测量路径(401b)使得能够独立于同一流体中夹带的空气量的测量来监测流体的密度。参考路径(401a)可具有第一末端(402a)和第二末端(403a)。测量路径(401b)可具有第一末端(402b)和第二末端(403b)。参考路径(401a)和测量路径(401b)可各自独立地取向为第二末端(403a、403b)高于第一末端(402a、402b)以使液体流体系统内的任何气体或空气在流体流动暂停时朝第二末端(403a、403b)上升。第二末端(403a、403b)可通向大气或可流体连接到流体储器(409)。在的第二末端(403a、403b)排放到大气中一些实施方案中，可包括一个或多个流体出口(407a、407b)以将参考路径(401a)和/或测量路径(401b)流体连接到流体储器(409)。50.如图4中所示，可通过多个阀(404a、404b、404c、404d、404e、404f、404g、404h)控制经过流体路径(401)的流体流动。系统400可包括各自具有开启位置和关闭位置的多个阀(404)，其中流体在开启位置下可经过阀(404)并在关闭位置下阻止流体经过阀(404)。系统(400)可包括第一传感器(405)。传感器(405)可用于测量该系统中的流体压力或密度并在一些实施方案中可以是压力传感器。51.阀(404a)允许或阻止流体进入参考路径(401a)。类似地，阀(404b)允许或阻止流体进入测量路径(401b)。阀(404f)在关闭时将流体保留在参考路径(401a)中并在开启时允许流体排放或回到流体储器(409)。类似地，阀(404g)在关闭时将流体保留在测量路径(401b)中并在开启时允许流体排放或回到流体储器(409)。阀(404c)允许参考路径(401a)中的流体到达传感器(405)。类似地，阀(404d)允许测量路径(401b)中的流体到达传感器(405)。传感器405可用于测量该系统中的流体压力或密度并在一些实施方案中可以是压力传感器。阀(404h)在关闭时保留流体，因此可用传感器(405)获得测量结果，在开启时允许流体排放或回到流体储器(409)。在一些实施方案中，可包括另外的阀，例如阀(404e)。在一些实施方案中，可包括专用阀，例如如图4中所示，减压阀(413)。52.系统(400)可包括一个或多个机械工具(412a、412b、412c)。系统(400)可包括将流体储器(409)与一个或多个机械工具(412a、412b、412c)和/或参考路径(401a)和/或测量路径(401b)流体相连的清洁流体路径(410)。可通过一个或多个阀控制从流体储器(409)到机械工具(412)或参考路径的流体方向。系统(400)可包括用于将流体从参考路径(401a)、测量路径(401b)或从流体路径(401)送回流体储器(409)的排放管线(411)。在一些实施方案中，排放管线(411)可将机械工具(412)流体连接到流体储器(409)以将用过的流体从这些工具送回储器。53.在一些实施方案中，系统(400)可进一步包括编程为基于传感器(405)的测量结果计算流体内夹带的空气量的计算机化装置（未描绘）。在一些实施方案中，系统(400)可包括编程为基于传感器(405)的测量结果计算流体内的泡沫量的计算机化装置。54.在一个实施方案中，该系统包括一个或多个计算机，所述计算机具有一个或多个处理器和存储器（例如一个或多个非易失性存储设备)。在一些实施方案中，存储器或存储器的计算机可读存储介质存储程序、模块和数据结构或其子集以供处理器控制和运行本文公开的各种系统和方法。在一个实施方案中，非暂时性计算机可读存储介质在其上存储了计算机可执行指令，其在由处理器执行时实施本文公开的一种或多种方法。55.公开了测量流体内的空气或泡沫的方法。在一些实施方案中，一种测量流体内的空气或泡沫的方法包括经过流体路径传送流体，在第一时间点停止经过流体路径的流体流动；和在沿流体路径的第一位置在第一时间点测量流体压力。在一些实施方案中，该方法进一步包括在第一时间点测量流体压力后，经过流体路径传送流体，在第二时间点停止经过流体路径的流体流动，和在第一位置在第二时间点测量流体压力。在一些实施方案中，可将压力测量结果与流体中夹带的空气质量相关联。例如，在一些实施方案中，在剪切或流体的其它扰动之前获取的初始或基线压力测量结果可与流体内的0质量%夹带空气相关联。在后续时间点测得的流体压力的降低可归因于流体内的空气增加，以使压力降低%与流体内的空气质量%的增加相关联。56.在一些实施方案中，一种测量流体内的空气或泡沫的方法包括经过流体路径传送流体，在第一时间点停止经过流体路径的流体流动；在沿流体路径的第一位置在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点测量流体压力以分别获取第一压力测量结果、倒数第二个压力测量结果和最终压力测量结果。压力传感器可用于测量流体压力。流体路径可基本垂直取向以允许夹带的空气随时间经过从流体逸出。57.该方法可进一步包括分别由在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点的流体压力计算在第一时间点、倒数第二个时间点和最终时间点的流体密度。该方法可进一步包括计算随时间的流体密度变化。在一些实施方案中，可直接测量密度而非测量压力和随后计算密度。58.在一些实施方案中，在第一时间点之后和倒数第二个时间点之前的一个或多个后续时间点测量在沿流体导管的第一位置的流体压力以获取一个或多个后续压力测量结果。可基于后续压力测量结果计算在后续时间点的流体密度。可以确定，当连续的压力测量结果基本相同时，已获取足够的测量结果。例如，最终压力测量结果可能与倒数第二个压力测量结果基本相同。59.在一些实施方案中，一种方法包括基于随时间的流体密度变化计算在第一时间点的流体内的空气量。在一些实施方案中，一种方法包括基于随时间的流体压力变化计算在第一时间点的流体内的空气量。在一些实施方案中，流体的最终密度与基本不含夹带空气的流体的密度基本相同。60.在一些实施方案中，一种方法包括基于随时间的流体密度变化计算在第一时间点的流体内的泡沫量。在一些实施方案中，一种方法包括基于随时间的流体压力变化计算在第一时间点的流体内的泡沫量。61.在一些实施方案中，首先测定存在的泡沫量，然后在泡沫已完全破裂后，可测定夹带空气量。可通过随时间经过获取一系列压力测量结果和计算流体密度变化的同一方法测定泡沫量和夹带空气量。例如，通过等到倒数第二个时间，可首先存在泡沫，然后在该设定时间后，夹带的空气是后续测量。该时间差首先是泡沫测量，其次是夹带空气测量，基于流体和现场条件设定该时间。62.图5显示在根据本发明的一个实施方案的系统中随时间经过测得的流体密度变化。在初始时间点t0，流体循环经过该系统。在时间点t1，使流体停止循环，例如通过停止从流体储器循环流体的泵或通过关闭阀，以阻止流体继续流动。传感器可用于测量流体压力，由其可计算流体密度。在另一些实施方案中，传感器可用于直接测量流体密度。在流体流动停止后的各个时间点测定流体密度。随着空气从流体中逸出，例如通过通风口进入大气，流体密度逐渐恢复到不含空气的流体的密度且密度测量结果稳定。可基于随时间的密度测量曲线的斜率计算流体内夹带的空气量。63.图6显示在根据本发明的一个实施方案的系统中随时间经过测得的泡沫压力变化。在初始时间点t0，流体循环经过该系统。在时间点t1，使流体停止循环，例如通过停止从流体储器循环流体的泵或通过关闭阀，以阻止流体继续流动。传感器可用于测量泡沫压力。最初泡沫会增加直至泡沫开始破裂，此时流体压力将继续降低直至泡沫消散。泡沫破裂或泡沫压力接近0所需的时间量可用于计算流体内的泡沫量。64.在一些实施方案中，一种预防或最小化对金属加工工具的损伤的方法包括监测金属加工液内夹带的空气量和当检测到的空气量高于预定量时缓解金属加工液内夹带的空气量。例如，在一些实施方案中，该方法包括当检测到的空气质量为流体或流体-夹带空气组合物的大于大约4质量%、大约4.5质量%、大约5质量%、大约5.2质量%、大约5.5质量%、大约6质量%、大约6.3质量%、大约7质量%、大约8质量%、大约8.7质量%、大约9质量%、大约10质量%、大约10.7质量%、大约11质量%、大约15质量%、大约20质量%、大约25质量%或大约30质量%时缓解夹带的空气量。65.在一些实施方案中，一种预防或最小化对金属加工工具的损伤的方法包括检测金属加工液的基线压力；随时间经过监测金属加工液的压力变化；和当流体的压力已降低至少大约4%或更多、大约4.5%或更多、大约5%或更多、大约5.2%或更多、大约5.5%或更多、大约6%或更多、大约6.3%或更多、大约7%或更多、大约8%或更多、大约8.7%或更多、大约9%或更多、大约10%或更多、大约10.7%或更多、大约11%或更多、大约15%或更多、大约20%或更多、大约25%或更多、或大约30%或更多时缓解金属加工液内夹带的空气量。66.在一些实施方案中，本发明的方法包括缓解流体中夹带的空气量的步骤。缓解可包括将金属加工液内夹带的空气量减少到流体或流体-夹带空气组合物的小于大约10质量%、大约7.5质量%、大约5.2质量%、大约5质量%、大约4质量%、大约3质量%、大约2质量%、大约1质量%、大约0.5质量%、大约0.1质量%或大约0.05质量%。在一些实施方案中，缓解可包括将金属加工液内夹带的空气量减少到大约金属加工液内夹带的空气的基线量或更少。67.在一些实施方案中，缓解流体中夹带的空气量可包括将添加剂添加到金属加工液中，优选消泡剂。合适的消泡剂可包括聚丙烯酸酯、硅氧烷、硅酮和油的一种或多种。示例性消泡剂包括聚丙烯酸酯、硅氧烷、硅酮和油的一种或多种。68.在一些实施方案中，一种方法预防或最小化对金属加工工具的损伤。这样的损伤可包括但不限于，金属附着于金属加工工具、表面光洁度的变化、金属中的诱发应力、金属部件表面的烧灼、尺寸变化、由于润滑性的损失而增加的电能、产生的金属切屑类型的变化以及由于应力而增加的流体击穿（breakdown）。实施例69.实施例1. 在铝356-t6的机械加工中夹带空气对流体性能的影响实验在铝合金356-t6的钻孔和铰孔中表明夹带空气对流体机械加工性能的有害影响。使用在先前的测试中看起来容易快速夹带空气的金属加工液quakercool 7450-xd，使用在高剪切混合之前（在流体中存在极少或低夹带空气）和在明显高剪切混合之后（高夹带空气含量）的这种流体进行铝机械加工试验。70.在bridgeport v2xt铣床上使用机械加工试验进行测试，该机械加工试验包括最初接连钻孔110个孔，然后使用三种单独的铰孔速度和进给条件对钻孔进行铰孔。流体（曝气之前和之后的qc 7450-xd）以在去离子水中7%的浓度进行测试。在测试之前和在整个机械加工操作的过程中，将流体从供应管线转移到用于测量夹带空气含量（通过流体压力测量）的机柜中。通过在钻孔操作中的切削力和bue形成以及通过铰孔光洁度的测量和在铰孔操作中的bue形成评估机械加工中的流体性能。所用的机械加工条件列在表1中。71.表1。72.结果铝钻孔在铝钻孔实验的过程中测得的夹带空气含量显示在表2中。73.表2. 对铝钻孔实验的夹带空气测量结果。74.在钻孔过程中，轴向力和扭矩提供了流体在操作过程中提供润滑和减少摩擦以及使工具磨损最小化和保持最佳工具状态的能力的有用指示。在al 356-t6钻孔过程中用这两种流体获得的轴向机械加工力和扭矩显示在图7和8中。如所见，含有高量夹带空气的流体在前44个孔中以较高的轴向切削力和扭矩进行机械加工，此后，力降低到与对对照物（无剪切/无夹带空气乳液）测得的水平相当的水平。在该操作的初始阶段中较高的力可归因于流体中的高夹带空气含量，其降低流体的润滑性质。不受制于理论，在孔44之后力的减小可能是由于切削刃上的金属附着（bue）改变了前刀面几何形状，和/或高热形成以致工具更热和切削力因此降低。这两种变化尽管导致力降低，但都预计在更长的机械加工时间内对工具性能非常不利。75.铝钻孔操作中的流体的最重要性能要求之一是预防或最小化切削工具上的金属附着或积屑瘤形成。工具上的积屑瘤形成会导致工具加速磨损，以及孔尺寸精度和圆柱度的损失。在进行的试验中看出，将夹带空气引入流体中对工具切削刃上形成的金属转移或 bue水平具有显著不利影响。图9显示与未剪切（对照物）和剪切流体（含有夹带空气）一起使用的工具的图像。清楚看出在使用夹带空气的流体钻孔的过程中发生明显更高水平的金属转移。76.通过使用nikon光学显微镜和数字成像软件测量工具上附着金属的总面积来获得在钻头上形成的金属附着量的定量测量。图10a-10d和表3显示这种分析的结果。如所见，流体中的空气夹带导致附着在工具切削刃上的金属量增加58%。77.表3. 钻头切削刃上的金属附着（bue） 流体压力刃1刃2平均未曝气流体0.87psig0.59mm20.62mm20.605mm2曝气流体0.79psig1.10mm20.81mm20.955mm278.铝铰孔在钻孔后，在三种不同的速度和进给速率下进行铰孔以评估在一系列机械加工条件下的流体性能。在三种铰孔条件下用这两种流体获得的铰孔光洁度显示在图11中。如所见，流体中的空气夹带在低速度和进给条件下没有表现出对孔粗糙度的显著影响。但是，在中和高速度/进给条件下（其中始终如一的冷却剂输送和通过流体排热变得越来越重要），曝气流体的使用导致铰孔粗糙度和光洁度的一致性显著恶化。79.在铝铰孔实验的过程中测得的夹带空气含量显示在表4中。80.表4. 对铝铰孔实验的夹带空气测量结果。81.在铰孔完成后，在放大下检查工具的状况。尽管在任一铰刀上都观察到极小磨损和bue，但可以看出，与含夹带空气的流体一起使用的铰刀具有涂布在后角边缘表面（relief margin surface）上的厚油脂的显著沉积（如图12a和12b中所示）。这可能是由于增加的夹带空气提高了摩擦水平，以导致切削过程中的更高产热和/或更差排热，以致形成有机金属油脂且氧化产物可能沉积并附着于铰刀表面。82.结论和观察冷却剂外观ꢀ–ꢀ夹带空气的引入对机械加工过程中的流体外观具有显著影响。流体变成不透明的白色和视觉上的泡沫状。83.冷却剂流动和输送ꢀ–ꢀ夹带空气的引入导致经过该系统和喷嘴的冷却剂输送的严重减少和不一致。这清楚地对在所进行的操作中得到的机械加工性能造成显著不利影响。84.铝机械加工性能ꢀ–ꢀ一般而言，夹带空气的引入对所进行的铝机械加工操作中的流体性能具有不利影响。表5概括了测得的机械加工性能/流体性能参数和关于夹带空气的影响的结论。85.表5. 在铝机械加工操作中的流体性能。86.实施例2. 在class 40灰铸铁的磨削加工（珩磨/研磨）中夹带空气对流体性能的影响在使用与珩磨和研磨操作中所用的那些条件一致的条件进行的磨削加工操作中表明夹带空气对流体机械加工性能的有害影响。在高剪切混合之前（在流体中存在低或极少夹带空气）和在高剪切混合之后（流体中的高夹带空气含量）评估金属加工液quakercool 8013（“qc 8013”）的性能，所述金属加工液在先前的测试中看起来在切削效率和石料清洁度方面提供有效珩磨性能。87.使用立式机床（bridgeport v2xt），使用具有0.057 mpa的恒定膨胀压力的三石料珩磨工具进行试验。在预钻孔和铰孔到2.2-3.0ꢀµm ra的初始表面粗糙度的25.4 mm直径class 40灰铸铁孔的内表面上进行珩磨。工件和珩磨工具的图像显示在图13a-13c中。恒定膨胀力由珩磨工具的加载系统中的压缩弹簧提供，该压缩弹簧可调节到所需的力。各珩磨工具包括三个28 mm x 5 mm x 3 mm珩磨石料，其由在锡/银/铜/钴基质中的600粒度金刚石磨粒组成。扫描电子显微图像显示在图14a-g中，且石料表面的能量色散x射线光谱分析的结果显示在图15中。88.所用工件是含有type a石墨的class 40珠光体灰铸铁，与astm a48 class 40内的规格一致。该工件的微观结构显示在图16中。除石墨和珠光体区外，硫化锰的存在也可见。为了使这种材料准备用于珩磨试验，钻出直径25.4 mm的通孔，随后在101.6 mm x 101.6 mm x 38.1 mm试块中进行铰孔，以得到2.2ꢀ–ꢀ3.0ꢀµm ra的起始孔表面粗糙度。89.在400 rpm（36 m/min）下在3.175 mm/rev的进给速率下进行珩磨试验。每个试验包括运行1500个周期，每个周期包括工具向下进给到孔的底部，然后回退到孔的顶部。在试验开始时和随后在试验过程中以特定的周期间隔进行珩磨性能参数的测量。测量的性能参数包括切削效率（切削金属量）和金属附着，即石料表面的负载。使用游标卡尺，通过测量随着珩磨的继续而发生的工件直径的增加来获得金属去除率。通过光学显微术进行石料表面上的金属附着度和负载的评估。各流体（无夹带空气的qc 8013和夹带空气的qc 8013）以在去离子水中7%的浓度进行测试，并通过外部浸没施加（external flood application）实现冷却剂输送。珩磨条件的细节显示在表6中。90.表6. 珩磨条件石料600粒度的金属结合金刚石孔径(id)25.4mm心轴速度(rpm)400旋转速度(m/min)36m/min旋转速度(m/s)0.6m/s进给速率1270mm/min(3.175mm/rev)膨胀压力0.14mpa工件灰铸铁91.在class 40灰铸铁珩磨实验的过程中测得的夹带空气含量显示在表7中。92.表7. 对class 40灰铸铁珩磨实验的夹带空气测量结果。93.流体性能和夹带空气的影响ꢀ–ꢀ金属切削效率流体在最佳切削速率下实现自由切削的能力对于在珩磨操作中保持所需周期时间以及实现所需表面粗糙度和纹理至关重要。低切削效率可能源于各种因素，如石料的磨料磨损、石料表面上的金属附着和负载以及流体提供的非最佳润滑水平。在进行的珩磨试验中，通过测量经过1500个珩磨周期形成的珩磨孔径的增加来测定切削效率。绘制在100、500、1000和1500个周期后进行的测量并用于检查流体的切削效率。如图17中所见，quakercool 8013中的空气夹带对切削效率具有显著不利影响。这从该工艺的早期阶段（100-500个周期）就可看出，并持续整整1500个周期，相对于使用无夹带空气的quakercool 8013测得的切削效率得出总共31%切削效率损失。这种切削效率损失归因于大量金属和残留物附着在石料上，达到抑制工件的自由切削的水平。94.性能和夹带空气的影响ꢀ–ꢀ金属附着/石料负载金属和有机金属沉积物在珩磨石料表面上的附着和负载可能是在珩磨过程中影响切削效率和表面粗糙度的最关键因素。通过在放大下目视检查石料表面以及通过测量出现负载的石料表面的总面积，进行在石料表面上发生的金属附着和负载程度的测量。所得结果显示在图18a和18b和表8中。如通过石料表面的目视检查（图18a和18b）和通过使用数字软件测量系统测得的沉积面积（表8）都可以看出，流体中的空气夹带导致金属和有机金属在石料表面上的沉积显著增加。如前所述，这样的沉积和负载将对石料寿命和性能具有显著不利影响。95.表8. 在石料表面上测得的沉积和负载。96.实施例3. 在1018钢的攻丝中夹带空气对流体性能的影响在steel alloy 1018的form攻丝中表明夹带空气对流体机械加工性能的有害影响。使用在先前的测试中看起来容易快速夹带空气的金属加工液hocut 795-mpc，使用在高剪切混合之前（在流体中存在极少或低夹带空气）和在明显高剪切混合之后（高夹带空气含量）的这种流体进行钢机械加工试验。97.在microtaptm labtaptm攻丝仪器上使用机械加工试验进行测试，该试验包括对钢试验棒中的预钻孔进行form攻丝。曝气之前和之后的流体（hocut 795-mpc）以在去离子水中5%的浓度进行测试。在测试之前和在整个机械加工操作的过程中，将流体从供应管线转移到用于测量夹带空气含量（通过流体压力测量）的机柜中。通过攻丝扭矩值评估流体性能。所用的机械加工条件列在表9中。98.表9.。99.结果钢攻丝在攻丝过程中，扭矩测量结果提供了流体在操作过程中提供润滑和减少摩擦以及使工具磨损最小化和保持最佳工具状态的能力的有用指示。在steel 1018的攻丝过程中用这两种流体获得的扭矩测量结果显示在图19中。试验如下：(1) 在无夹带空气下的试验，(2) 在夹带空气下的试验，然后另一试验(3)，其中允许从流体中释放空气。如所见，含有高量夹带空气的流体与不含夹带空气的流体相比以较高扭矩水平进行机械加工。在各试验中测得的夹带空气含量提供在表10中。100.表10. 对攻丝实验的夹带空气测量结果。101.结论和观察夹带空气的引入对机械加工过程中的流体外观具有显著影响；流体变成更不透明的白色和视觉上的泡沫状。夹带空气的引入导致经过该系统和喷嘴的冷却剂输送的严重减少和不一致。这清楚地对在所进行的操作中得到的机械加工性能造成显著不利影响。另外，一般而言，由于孔的攻丝所需的扭矩的增加，夹带空气的引入对钢的form攻丝中的流体性能具有不利影响。102.对实施例1-3的结论和观察概括在表11中。103.表11.。104.本领域技术人员会认识到，可对上文显示和描述的示例性实施方案作出改变而不背离其广泛的发明构思。因此，应该理解的是，本发明不限于所显示和描述的示例性实施方案，而是旨在覆盖如权利要求书界定的本发明的精神和范围内的修改。例如，示例性实施方案的具体特征可能是或可能不是所要求保护的发明的一部分，并且可能组合所公开的实施方案的各种特征。除非在本文中特别说明，术语“一个”、“一种”和“该”不限于一个要素，而是应理解为是指“至少一个”。105.要理解的是，本发明的至少一些附图和描述已经简化以将焦点放在与清楚理解本发明有关的要素，同时为了清楚起见，消除本领域普通技术人员会认识到也可能构成本发明的一部分的其它要素。但是，因为这样的要素是本领域众所周知的并且因为它们不一定有助于更好地理解本发明，本文不提供对这样的要素的描述。106.此外，考虑到本发明的方法不依赖于本文提出的特定步骤顺序，该特定步骤顺序不应被解释为对权利要求的限制。涉及本发明的方法的任何权利要求不应仅限于按所写顺序执行其步骤，本领域技术人员可以容易地认识到，这些步骤可能变化并且仍然在本发明的精神和范围内。









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