機械加工中切削液的選用

馮冰

【摘 要】金屬切削加工液是一種用在金屬切削、磨加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具和加工件的液體，它具有良好的冷卻、清洗、防銹等特點，并且具備無毒、無味、對人體無害、對設(shè)備無腐蝕、對環(huán)境無污染等特點。切削液的選用，在生產(chǎn)中十分重要。

【關(guān)鍵詞】切削液；刀具；黏度；潤滑性

1 根據(jù)機床的要求選擇

選擇切削液時，必須考慮到機床結(jié)構(gòu)是否適應(yīng)。一般要選擇機床說明書規(guī)定的切削液品種，如沒有特殊理由不要輕易更改，以免導致機床損壞。有些機床設(shè)計時就已考慮使用油基切削液，所以沒有采用特殊裝置來保護機床內(nèi)部機構(gòu)免受外界水、汽的侵襲，并且，這類機床大都靠油基切削液來潤滑接近切削區(qū)域的運動部件，因而必須使用油基切削液。如果使用水基切削液，水溶液會滲透到軸承和機床內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使這些零部件脫油產(chǎn)生腐蝕加速磨損。水基切削液滲入液壓系統(tǒng)會使液壓油乳化變成油包水或水包油的乳化液，使黏度增大或大幅度下降，改變了液壓油的性質(zhì)，影響液壓系統(tǒng)的正常運行。因此，對于那些原用油基切削液的機床，要轉(zhuǎn)用水基切削液時必須慎重，必要時要作適當?shù)母难b，否則會導致機床損壞。[1]

2 根據(jù)刀具材料選擇

2.1 工具鋼刀具

其耐熱溫度約在200-300℃之間，只能適用于一般材料的切削，在高溫下會失去硬度。由于這種刀具耐熱性差，要求冷卻液的冷卻效果要好，一般采用乳化液為宜。[2]

2.2 高速鋼

這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩（有的還含鋁）為基礎(chǔ)的高級合金鋼，它們的耐熱性明顯比工具鋼高，允許的最高溫皮可達600℃。與其他耐高溫的金屬和陶瓷材料相比，高速鋼有一系列優(yōu)點，特別是它具有較高的堅韌性，適合于幾何形狀復雜的工件和連續(xù)切削加工，而且，高速鋼具有良好的可加工性和價格上容易被接受。使用高速鋼刀具進行低速和中速切削時，建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時，由于發(fā)熱量大，若使用油基切削液會產(chǎn)生較多的煙霧，污染環(huán)境，而且容易造成工件燒傷，加工質(zhì)量下降，刀具磨損增大，以采用水基切削液為宜。

2.3 硬質(zhì)合金刀具

用于切削刀具的硬質(zhì)合金是由碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和5%-10%的鈷組成，它的硬度大大超過高速鋼，最高允許工作溫度可達1000℃，具有優(yōu)良的耐熱性能，在加工鋼鐵材料時，可減少切屑間的黏結(jié)現(xiàn)象。在選用切削液時，要考慮硬質(zhì)合金對驟熱的敏感性，盡可能使刀具均勻受熱，否則會導致崩刃。在加工一般材料時，經(jīng)常采用干切削。但在干切削時，工件溫度較高，使工件產(chǎn)生熱變形，影響工件加工精度，而且在沒有潤滑劑的條件下進行切削，由于切削阻力大，使功率消耗增大，刀具的磨損也加快。干切削也是不太合算的。在選用切削液時一般油基切削液的熱傳導性能較差，使刀具產(chǎn)生驟冷的危險性比水基切削液小，所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。在使用冷卻液進行切削時，要注意均勻冷卻刀具，在開始切削之前，最好預(yù)先用切削液冷卻刀具。對于高速切削，要用大流量切削液噴淋切削區(qū)，以免刀具受熱不均勻產(chǎn)生崩刃，也可減少由于切削液溫度過高產(chǎn)生蒸發(fā)，形成污染。

2.4 陶瓷刀具

采用氧化鋁（Al2O3）、金屬和炭在高溫下燒結(jié)而成，這種材料的高溫耐磨性比硬質(zhì)合金要好，一般用于干切削，但考慮到均勻的冷卻和避免溫度過高，也常用水基切削液。

2.5 金剛石刀具

具有極高的硬度，一般用于干切削。為避免溫度過高，也像陶瓷材料一樣，許多情況下采用水基切削液。

3 根據(jù)加工類型選擇切削液

對于不同切削加工類型，金屬的切除特性是不一樣的，較難的切削加工對切削液要求也較高。切削過程的難易程度，按從難到易的次序排列為：內(nèi)拉削—外拉削—攻螺紋—螺紋加工—滾齒—深孔鉆—鏜孔—用成形刀具切削螺紋—高速低進給切削螺紋—銑削—鉆孔—刨削—車削（單刃刀具）—鋸削—磨削。

上述排列順序并不是絕對的，因為刀具的幾何形狀和工件材料的變化也會改變加工的難易程度。

下面對一些常用的加工方法如何選擇切削液作簡單的敘述。

3.1 車削、鏜削

3.1.1 粗車

粗車時加工余量較大，因而切削深度和進給量都較大，切削阻力大，產(chǎn)生大量切削熱，刀具磨損也較嚴重，主要應(yīng)選擇以冷卻作用為主并具有一定清洗、潤滑和防銹作用的水基切削液，將切削熱及時帶走，降低切削溫度，從而提高刀具耐用度，一般選用極壓乳化液效果更好。極壓乳化液除冷卻性能好之外，還具備良好的極壓潤滑性，可明顯延長刀具使用壽命，提高切削效率。使用水基切削液要注意機床導軌面的保養(yǎng)，下班前要將工作臺上的切削液擦干，涂上潤滑油。

3.1.2 精車

精車時，切削余量較小，切削深度只有0.05-0.8mm，進給量小，要求保證工件的精度和粗糙度。精車時由于切削力小，溫度不高，所以宜采用高濃度（10%以上）的乳化液和含油性添加劑的切削液為宜。對于精度要求很高的車削，如精車螺紋，要采用菜籽油、豆油或其他產(chǎn)品作潤滑液才能達到精度要求。正如上面所提到的，由于植物油穩(wěn)定性差，易氧化，有的工廠采用了15%JQ-1精密切削潤滑劑加85%L-AN32全損耗系統(tǒng)用油作為精密切削油，效果很好。

3.1.3 鏜削

鏜削機理與車削一樣，不過它是內(nèi)孔加工，切削量和切削速度均不大，但散熱條件差，可采用乳化液作切削液，使用時應(yīng)適當增加切削液的流量和壓力。

3.2 螺紋加工

切削螺紋時，刀具與切削材料成楔形接觸，刀刃三面被切削材料所包圍，切削力矩大、排屑較困難，熱量不能及時由切屑帶走，刀具容易磨損，切屑碎片擠塞并且容易產(chǎn)生振動。尤其車螺紋和攻螺紋時切削條件更苛刻，有時會出現(xiàn)崩刃和斷絲錐，要求切削液同時具備較低的摩擦因數(shù)和較高的極壓性，以減少刀具的摩擦阻力和延長刀具使用壽命，一般應(yīng)選用同時含有油性劑和極壓劑的復合切削液。此外，攻螺紋時切削液的滲透性能很重要，切削液能否及時滲透到刀刃上，對絲錐的耐用度影響很大，切削液的滲透性與黏度有關(guān)，黏度小的油滲透性較好，必要時可加少量的柴油或煤油來提高滲透效果。有的場合，如盲孔攻螺紋時切削液很難進入孔中，這時采用黏度大、附著力強的切削液效果反而更好。

3.3 鉸削

鉸削加工是對孔的精度加工，要求精度高。鉸削屬于低速小進給量切削，主要是刀具與孔壁成擠壓切削，切屑碎片易留在刀槽或粘接在刀刃邊上，影響刃帶的擠壓作用，破壞加工精度和表面粗糙度，增加切削扭矩，還會產(chǎn)生積屑瘤，增加刀具磨損。鉸孔基本上屬于邊界潤滑狀態(tài)，一般采用潤滑性能良好的高濃度極壓乳化液或極壓切削油，就可以得到良好效果。對深孔鉸削，采用潤滑性能好的深孔鉆切削油便能滿足工藝要求。

3.4 深孔鉆

深孔鉆（槍鉆）是近年發(fā)展起來的深孔加工工藝。傳統(tǒng)的深孔加工（孔深與孔徑之比大于5），需要鉆、鏜、粗鉸、研磨等多道工序才能加工出有較高精度和較低表面粗糙度的孔。新工藝是采用結(jié)構(gòu)特殊的刀具和高壓冷卻潤滑系統(tǒng)，可將上述多道工序簡化為一次連續(xù)走刀完成相當深度的高精度和低表面粗糙度的孔加工。這種工藝效率高，經(jīng)濟效益顯著。

性能優(yōu)良的深孔鉆切削液是深孔鉆加工技術(shù)關(guān)鍵之一，深孔鉆切削液必須具備下列性能。

①良好的冷卻作用，消除由于變形及摩擦所產(chǎn)生的熱量，抑制積屑瘤的生成。

②良好的高溫潤滑性，減少刀刃及支承的摩擦磨損，保證刀具在切削區(qū)的高溫下保持良好的潤滑狀態(tài)。

③良好的滲透性、排屑性，使切削液及時滲透到刀刃上，并保證切屑能順利排出，因此，深孔鉆切削液要求具有高的極壓性和低的黏度。

4 結(jié)束語

在生產(chǎn)中，選錯了切削液不但不能達到預(yù)期效果，反而會損壞刀具和加工材料；有時，雖然滿足了刀具的需求，但損壞了加工材料，也得不償失。相反，即使是選用價格較貴的高檔切削液，但由于改善了加工性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長了刀具壽命等，仍可帶來顯著的經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

[1]李東光.工業(yè)清洗劑配方與制備[M].中國紡織出版社，2009，08，01.

[2]周雍鑫.金屬切削液基本知識[M].科學普及出版社，1989，07.

[責任編輯：丁艷]