金屬切削液的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

戴永紅

（成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 成都）

一、切削液種類及作用

1.切削液的種類

金屬切削與磨削過程中常見的冷卻介質(zhì)有冷卻氣、冷卻霧、冷卻（油）液，其中最常用的是冷卻液。由于水的比熱大、黏度小、散熱快、成本低、對環(huán)境影響小等，很早就被用作切削磨削的基礎(chǔ)冷卻介質(zhì)，通過加入添加劑而組成各類潤滑冷卻液，這類冷卻液稱為水基切削液。水基切削液分為乳化液、半合成切削液和全合成切削液。水基切削液組成及使用特性見表1。

表1 水基切削液類別

油基切削液又稱切削油，其基本成分是基礎(chǔ)油(礦物油或合成油)，使用時(shí)無需稀釋。油基切削液按照基礎(chǔ)油和添加劑的不同，大致可分為純礦物油、純合成油、活性極壓切削油、非活性極壓切削油和減摩切削油等。其中用礦物油作基礎(chǔ)油的切削油具有潤滑性能優(yōu)良防銹性能好等特點(diǎn)，故使用最多。

2.切削液的作用

（1）潤滑作用?？蓽p小前刀面與切屑、后刀面與已加工表面間的摩擦，形成部分潤滑膜，減小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具與工件坯料摩擦部位的表面溫度和刀具磨損，改善工件材料的切削加工性能。

（2）冷卻作用。切削液通過和因切削而發(fā)熱的刀具、切屑和工件間的對流和汽化作用把切削熱從刀具和工件處帶走，從而有效降低切削溫度，減少工件和刀具熱變形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。

（3）清洗作用。在切削過程中，可除去生成的金屬屑、粉、油污等，防止機(jī)床和工件、刀具沾污，使刀具保持鋒利。油基切削油粘度越低，清洗能力越強(qiáng)，滲透性和清洗性能就越好。含有表面活性劑的水基切削液能在材料表面形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件及刀具表面，清潔效果較好。

（4）防銹作用。在金屬切削過程中，工件要與環(huán)境介質(zhì)及切削液成分分解或氧化變質(zhì)而產(chǎn)生的油泥等腐蝕性介質(zhì)接觸，工件和機(jī)床部件都會(huì)因此而腐蝕，故要求切削液有一定的防腐蝕能力。

二、切削液應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

1.切削液的選用

針對不同的加工對象、材質(zhì)、環(huán)境、加工參數(shù)等，選用適當(dāng)?shù)慕饘偾邢饕海芙档颓邢鳒囟?0～150℃，降低表面粗糙度1～2級，減少切削阻力15～30%，成倍提高刀具和砂輪的使用壽命。但實(shí)際應(yīng)用中，切削液的潤滑、冷卻、清洗、防銹等幾個(gè)作用往往是相互制約的。油基切削液的潤滑性能較好，冷卻效果較差。水基切削液與油基切削液相比潤滑性能相對較差，冷卻效果較好。

高速切削時(shí)，由于發(fā)熱量大，油基切削液的傳熱效果差，會(huì)使切削區(qū)的溫度過高，導(dǎo)致切削油產(chǎn)生煙霧、起火等現(xiàn)象，還由于工件溫度過高產(chǎn)生熱變形，影響工件加工精度，故多選用水基切削液。

乳化液把油的潤滑性、防銹性與水的冷卻性結(jié)合起來，同時(shí)具備較好的潤滑冷卻性，因而多用于有大量熱生成的高速低壓力金屬切削加工。與油基切削液相比，乳化液的優(yōu)點(diǎn)在于它的散熱性，清洗性，經(jīng)濟(jì)性以及有對于操作者而言的安全性。除特別難加工的材料外，乳化液幾乎可以適用于所有的輕、中等負(fù)荷的切削加工及大部分重負(fù)荷加工。

化學(xué)合成切削液的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、散熱快、清洗性強(qiáng)和極好的加工中工件可見性，易于控制加工尺寸，其穩(wěn)定性和抗腐蝕能力比乳化液強(qiáng)。但它潤滑性欠佳，易引起機(jī)床活動(dòng)部件的粘著和磨損，且化學(xué)合成留下的粘稠狀殘留物會(huì)影響機(jī)器零件的運(yùn)動(dòng)，還會(huì)使零件的重疊面產(chǎn)生銹蝕。

油基切削液一般應(yīng)用于以下加工：當(dāng)?shù)毒叩哪陀枚葘η邢鞯慕?jīng)濟(jì)性占有較大比重時(shí)(如刀具價(jià)格昂貴，刃磨刀具困難，裝卸輔助時(shí)間長等)；機(jī)床精密度高，加工過程不允許有水混入(以免造成腐蝕)；機(jī)床的潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)容易串通以及不具備廢液處理設(shè)備和條件的場合。

2.不同材質(zhì)刀具的切削液選用

（1）工具鋼。耐熱溫度200～300℃，在高溫下硬度降低，因此只適用于一般材料的切削。由于這種刀具耐熱性能差，要求冷卻液的冷卻效果要好，一般采用乳化液冷卻。

（2）高速鋼。以鉻、鎳、鎢、鉬、釩為基礎(chǔ)的高級合金鋼，耐熱性比工具鋼高，最高加工溫度600℃。有較高的堅(jiān)韌，適用于幾何形狀復(fù)雜的工件和連續(xù)的切削加工，具有良好的可加工性。進(jìn)行低速和中速切削時(shí)，可采用油基切削液或乳化液冷卻。在高速切削時(shí)，由于發(fā)熱量大，采用水基切削液冷卻。

（3）硬質(zhì)合金。硬度大大超過高速鋼，最高允許工作溫度1000℃，具有優(yōu)良的耐磨性能，加工鋼鐵材料時(shí)可減少切屑間的粘結(jié)現(xiàn)象。選用切削液時(shí)，考慮到硬質(zhì)合金對驟熱的敏感性，盡可能使刀具均勻受熱，否則會(huì)導(dǎo)致崩刃。故一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液冷卻，高速切削時(shí)也能減少由于溫度過高產(chǎn)生蒸發(fā)而形成的油煙污染。

（4）金剛石。具有極高的硬度，一般應(yīng)用于切削。為避免溫度過高，多采用水基切削液冷卻。

3.問題和防范措施

切削液在當(dāng)前應(yīng)用中常見的問題是液體變質(zhì)。另外還有產(chǎn)生氣泡、腐蝕材料等問題。

變質(zhì)的切削液會(huì)有發(fā)臭、發(fā)黑、皂化等現(xiàn)象，導(dǎo)致變質(zhì)的因素較多，主要有：①空氣和水中細(xì)菌侵入。此類問題屬于正常使用中自然產(chǎn)生的，很難避免。可通過定期徹底更換和清洗循環(huán)管路的方法解決。如不考慮生產(chǎn)成本，可采用純水作為稀釋劑。②工件工序流轉(zhuǎn)過程的污染。污染切削液的物質(zhì)主要是金屬粉末和砂礫細(xì)粉，加工運(yùn)轉(zhuǎn)過程中經(jīng)過冷卻液沖刷循環(huán)流入。流入切削液中的金屬粉末具有很高的化學(xué)活性，可使切削液中的某些成分失效。這類問題解決需要在完成每道工序后，都對零件進(jìn)行認(rèn)真清潔，用吸水性強(qiáng)的棉布或棉紙認(rèn)真擦拭零件。零件移動(dòng)搬運(yùn)時(shí)，不同的材質(zhì)要進(jìn)行物理隔離。③機(jī)床潤滑油滲入。開放型的設(shè)備導(dǎo)軌潤滑、主軸油氣潤滑或機(jī)床液壓管路出現(xiàn)滲漏等，潤滑油都有可能進(jìn)入到冷卻液循環(huán)中，在切屑液表面形成一層飄浮油。飄浮油的危害是使切削液系統(tǒng)的某些材料膨脹變形，干擾乳化液的乳化平衡，使乳化液失去穩(wěn)定性。而且飄浮油常浮于乳化液表層，阻擋了乳化液和空氣的接觸，導(dǎo)致乳化液缺氧，使厭氧菌快速繁殖，加速乳化液的腐敗變質(zhì)。這種問題的解決一是使用廢油接受器皿，引流廢油排放。另一種方式是增加除油器，及時(shí)將液體表面浮油清除。④強(qiáng)去污清潔用品的混入。清潔時(shí)不慎混入的強(qiáng)堿性化學(xué)物品與切削液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。潔具和容器混用造成的交叉污染，現(xiàn)場不同設(shè)備如使用不同切削液，使用同一容器或同一潔具時(shí)造成不同成分的液體混和。⑤產(chǎn)生泡沫。生產(chǎn)加工中切削液液面太低、切削液流速太快、水箱直角太多或切削液噴嘴角度太直等都能造成起泡現(xiàn)象。⑥產(chǎn)品腐蝕問題。不同金屬之間接觸發(fā)生電解作用、材料本身防腐性能差、環(huán)境濕度大、長期浸泡在液體中、異類金屬堆放時(shí)無隔離等都是產(chǎn)品腐蝕的因素。切削液質(zhì)量問題也是導(dǎo)致零件腐蝕的原因之一。切削液濃度過低，pH值不當(dāng)，都有可能會(huì)對金屬材料，尤其是對鋁制材料造成腐蝕。因此，水基切削液需要定期檢測pH值、折光濃度及含菌量，同時(shí)加強(qiáng)工序間的防腐蝕措施。

三、金屬切削液的發(fā)展趨勢

（1）將納米材料加入油中，或?qū)η邢骷庸さ慕饘偌{米化處理、微金屬滲透技術(shù)處理等手段，來提高金屬切削液的性能。

（2）金屬切削液逐步向水基方向發(fā)展。隨著潤滑劑、防銹劑、抗銹劑和抗菌劑等研究的深入和排放后處理工藝技術(shù)的完善，水基切削液在越來越多的場合取代了油基切削液，尤其是化學(xué)全合成型的水基切削液。

（3）化學(xué)合成型水基切削液中不含礦物油類物質(zhì)，具有使用壽命長，冷卻性、清洗性、穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，且環(huán)保指標(biāo)比較容易達(dá)到要求，不存在油水分離問題，化學(xué)耗氧量較小，可以降低生物耗氧量，減少污染，從發(fā)展前景看有取代乳化液的趨勢。

（4）綠色切削技術(shù)的研發(fā)。環(huán)保意識的普及提高，使得市場對于切削液綠色環(huán)保性能的要求越來越高。用生物可降解的植物油類物質(zhì)替代礦物油作為切削液的基礎(chǔ)油，用鎢酸鹽、鉬酸鹽等替代水基切削液中有毒有害添加劑已成為行業(yè)發(fā)展趨勢。另外，干切削、準(zhǔn)干式切削工藝在某些領(lǐng)域的應(yīng)用都取得了成功。其中油氣潤滑技術(shù)以其高效、節(jié)能、環(huán)保、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)已成為最為先進(jìn)的潤滑方法，并逐步應(yīng)用于眾多的工業(yè)領(lǐng)域。