淺談切削液對(duì)金屬加工的影響

林一

淺談切削液對(duì)金屬加工的影響

林一

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

機(jī)械制造行業(yè)，金屬切削液被廣泛應(yīng)用于各類金屬加工過(guò)程中，是機(jī)械零部件加工不可或缺的元素。闡述了切削液的基本分類、基本作用等，并以某車企B系列發(fā)動(dòng)機(jī)鋁合金氣缸蓋氣門導(dǎo)管底孔加工為例，淺談乳化型切削液濃度高低對(duì)鋁合金工件加工表面的影響。

切削液；濃度；加工表面；粗糙度

隨著數(shù)控機(jī)加工業(yè)的發(fā)展，切削液也得到了極為廣泛的應(yīng)用。在切削過(guò)程中，刀具和被加工金屬工件接觸表面會(huì)產(chǎn)生大量熱能，可使兩者接觸表面的溫度達(dá)到800℃以上，對(duì)被加工金屬工件的表面粗糙度、加工表面尺寸精度、刀具的壽命消耗及生產(chǎn)效率都有很大的影響，使用切削液，能及時(shí)帶走工件加工產(chǎn)生的熱量，使工件達(dá)到加工質(zhì)量要求。而若沒(méi)有切削液的沖洗，切削過(guò)程中產(chǎn)生的切屑會(huì)造成如刮花已加工表面（刀痕、震紋等）、堵塞加工孔、燒結(jié)、影響工件的裝夾等對(duì)加工的不良影響[1]。合理選擇并正確使用切削液，能夠有效地降低加工工件表面粗糙度，提升工件表面質(zhì)量，降低切削溫度，減少切削阻力，提高刀具的使用壽命，從而達(dá)到提升工件質(zhì)量和生產(chǎn)效率的目標(biāo)。本文通過(guò)簡(jiǎn)要闡述金屬加工中切削液的基本分類及主要作用，并以實(shí)例進(jìn)行分析切削液對(duì)加工的影響，論證了合理選擇并正確使用切削液的重要性。

1 切削液的主要分類

在金屬加工行業(yè)內(nèi)，習(xí)慣以油品化學(xué)組成部分將切削液的分為兩大類：水溶性（水基）切削液和非水溶性（油基）切削液。水溶性切削液冷卻性能較好而潤(rùn)滑性能較差，非水溶性切削液則相反，冷卻性能較差而潤(rùn)滑性能較好。市場(chǎng)上常見(jiàn)的水溶性切削液主要有乳化型切削液、半合成型切削液、合成型切削液，而非水溶性切削液主要為切削油。表1主要對(duì)幾大類切削液的組成成分、礦物油性含量、乳化顆粒大小、適用刀具材料等方面進(jìn)行對(duì)比。

表1 不同種類金屬切削液的對(duì)比情況[2]

2 切削液機(jī)理作用的簡(jiǎn)單介紹

使用切削液加工，可以起到的作用主要有：冷卻、清洗、潤(rùn)滑、防銹等，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，金屬機(jī)加工過(guò)程中，合理、正確的使用切削液，可使切削溫度降低60～150℃，切削阻力減少15%～30%，加工工件的表面粗糙度降低1～2級(jí)，并且能極大限度的提升刀具的使用壽命[3]。下面對(duì)切削液的幾大主要作用進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述：

1）冷卻作用

作為切削液在金屬機(jī)加工過(guò)程的基本作用之一，冷卻作用對(duì)工件質(zhì)量提升和刀具耐用度提升是有很大效果的。在金屬機(jī)加工過(guò)程中，切削區(qū)會(huì)局部產(chǎn)生大量的熱，若熱量無(wú)法及時(shí)導(dǎo)出或者冷卻，會(huì)極大可能的產(chǎn)生退火、燒傷等現(xiàn)象，不僅僅使刀具產(chǎn)生燒結(jié)、磨損過(guò)大的問(wèn)題，對(duì)工件表面質(zhì)量也會(huì)造成較大影響。

通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流等傳播方式，把熱量從切削區(qū)快速而及時(shí)地帶走，是切削液冷卻作用的主要方式。由于切削液的主要成分（水或油）比熱容較大，可以有效地吸收、傳導(dǎo)切削工件和刀具表面的熱量；而且，加工過(guò)程中切削液循環(huán)系統(tǒng)會(huì)以較高的壓強(qiáng)噴出大量的切削液，以較大的流量迅速流過(guò)切削區(qū)，靠著切削液的對(duì)流帶出大量的熱；另外，切削液包裹著切削工件表面和刀刃部分時(shí)，也會(huì)減小摩擦帶來(lái)的熱量，達(dá)到冷卻效果。

2）清洗作用

金屬在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的切屑、磨屑，若不能將其及時(shí)地排出沖洗掉，使其停留在切削區(qū)或者粘附在刀具上，會(huì)對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生極大的影響；以加工鋁合金材料為例，此種材料具有一個(gè)明顯的特點(diǎn)：比較低的屈服強(qiáng)度，柔韌性強(qiáng)。而加工此種材料時(shí)，由于較高的柔韌性和粘附性，容易使加工出來(lái)的鋁屑粘結(jié)到刀具切削刃或者刀體導(dǎo)條的表面，形成積屑瘤，繼續(xù)加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生刀痕、震紋等現(xiàn)象，大大降低了加工件表面的粗糙度。

切削液的清洗作用，便是對(duì)加工過(guò)程中所產(chǎn)生的切屑、磨屑、油脂、粉塵、灰砂等雜質(zhì)進(jìn)行沖刷，消除這些雜質(zhì)在加工過(guò)程中造成的負(fù)面影響，而合理的選擇切削液類型、濃度及沖洗壓力，可使清洗功能達(dá)到最佳，達(dá)到提升加工質(zhì)量、刀具耐用度的效果。

3）潤(rùn)滑作用

金屬機(jī)加工過(guò)程中，刀具與金屬表面切削時(shí)產(chǎn)生的摩擦力是影響加工質(zhì)量的一大因素，它是由刀具前后端面與切削表面加工材料的回彈接觸所產(chǎn)生。切削液的潤(rùn)滑作用，是指切削液滲透到刀具前前后端面與加工金屬工件表面之間，并且在兩者接觸部位形成潤(rùn)滑油膜，減少了刀具與加工工件表面的直接接觸面積，從而減少了兩者的摩擦與粘結(jié)，降低摩擦系數(shù)；同時(shí)切削液帶走熱量，能使工件表面迅速被冷卻，使其體積收縮，減少接觸面積以達(dá)到減少摩擦，起到潤(rùn)滑效果。

切削液能起到潤(rùn)滑作用，主要是由于其兩個(gè)特性：浸潤(rùn)性和吸附性。良好的侵潤(rùn)性，可以使切削液能最大限度地滲透到刀具前后端面與工件切削加工表面之間，充分的潤(rùn)滑以減少切削阻力；而良好的吸附性，是指切削液的表面活性物質(zhì)最大程度增加切削液在加工表面的吸附能力，使切削液在加工表面很好的粘附和充分的展開(kāi)，形成一層牢固且有極高強(qiáng)度的吸附膜，達(dá)到減少加工過(guò)程中摩擦及粘結(jié)的作用[4]。

4）防銹作用

當(dāng)在加工過(guò)程中，金屬工件極易受到周圍環(huán)境中的水分、酸性或堿性物質(zhì)、顆粒雜質(zhì)、氧氣等介質(zhì)的影響，由于化學(xué)腐蝕或者電化學(xué)腐蝕作用，使工件產(chǎn)生銹跡，影響工件最終的質(zhì)量和性能。在切削液中加入適量的防銹蝕溶劑，使切削液在加工過(guò)程中沖洗工件表面時(shí)，在工件表面形成一層均勻牢固的油膜或者氧化膜，隔絕空氣中的腐蝕性介質(zhì)與加工工件表面的直接接觸，抑制了化學(xué)腐蝕或者電化學(xué)腐蝕作用，防止了腐蝕性介質(zhì)對(duì)工件的侵蝕，起到了對(duì)加工工件表面的防銹作用，并且對(duì)刀具的防銹和機(jī)床的保養(yǎng)也都起到了積極的作用。

3 切削液濃度對(duì)加工表面的影響

金屬工件的加工過(guò)程中，切削液的濃度大小也會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生影響，只有把切削液濃度維持在合理的范圍內(nèi)，才能使其發(fā)揮較高的功效。當(dāng)切削液的濃度過(guò)低時(shí)，浸潤(rùn)性和吸附性，以及防腐蝕性均會(huì)降低，無(wú)法完好地形成附膜，則切削液的潤(rùn)滑作用、防銹作用等功能都會(huì)降低，易造成由于摩擦力過(guò)大導(dǎo)致的工件表面出現(xiàn)刀痕、震紋和刀具磨損增大，以及由于防銹功能下降導(dǎo)致的工件、刀具生銹等問(wèn)題；而若是切削液濃度過(guò)高，可能導(dǎo)致切削液的清洗能力和冷卻能力下降，會(huì)造成刀具燒結(jié)、磨損過(guò)大，以及加工工件表面形成積屑瘤等問(wèn)題，而且高濃度的切削液也意味著加工成本的增加。

以某企業(yè)B系列發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋加工為例，該企業(yè)生產(chǎn)的氣缸蓋材質(zhì)為鋁合金，適用的切削液類型為乳化型切削液，在其加工氣門座圈及導(dǎo)管底孔的機(jī)床，原有的切削液設(shè)定的濃度范圍為7%～9%.

某年8月，該企業(yè)質(zhì)檢在抽檢氣缸蓋氣門導(dǎo)管底孔粗糙度時(shí)發(fā)現(xiàn)，工件粗糙度達(dá)到Ra2.02（公差要求≤Ra1.6），查詢歷史數(shù)據(jù)（如圖1所示），粗糙度是突然發(fā)生了變異。

圖1 導(dǎo)管底孔粗糙度抽檢數(shù)據(jù)示意圖

查找原因并分析，其中機(jī)床狀態(tài)、工件來(lái)料、刀具狀態(tài)及加工參數(shù)均未發(fā)生變化，而切削液濃度，在8月份以前一直是在8%～9%之間波動(dòng)，在8月份時(shí)下降到了7.3%左右。為驗(yàn)證工件表面粗糙度變化是由于切削液濃度變化造成的，做了如下驗(yàn)證：分別對(duì)幾種濃度下加工出來(lái)的底孔刀痕情況以及其底孔粗糙度進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同濃度切削液對(duì)工件表面質(zhì)量影響對(duì)比

從以上數(shù)據(jù)可得，該企業(yè)B系列發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋氣門導(dǎo)管底孔在加工時(shí)，當(dāng)切削液濃度低于8%，工件表面會(huì)產(chǎn)生刀痕，并且粗糙度超差；當(dāng)切削液濃度大于8%時(shí)，工件表面質(zhì)量得到了顯著的提升，而當(dāng)切削液濃度大于10%之后，工件表面質(zhì)量的提升程度變得不明顯；故綜合考慮，該加工切削液濃度的合理選擇范圍應(yīng)為8%～10%.

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的論述，可以知道，切削液在金屬加工工藝中，有著很大的影響。合理地選擇切削液類型，精確地控制切削液濃度，最大功效地發(fā)揮出切削液在加工過(guò)程中的作用，可以更好地控制加工產(chǎn)品的品質(zhì)，對(duì)提升加工工件表面質(zhì)量及提高刀具使用壽命都有著良好的成效，可以有效地降低加工成本，提高生產(chǎn)效率。

[1]楊紅兵.乳化切削液在鋁合金加工中的應(yīng)用[J].摩托車技術(shù)，2013（9）：104-104.

[2]鄭文清，楊風(fēng).淺談金屬加工中切削液的重要作用[J].裝備制造技術(shù)，2016（7）：109-111.

[3]張治國(guó).切削液在機(jī)加工中的作用和影響[J].華東科技，2013（2）：297-297.

[4]陳蓉，劉瑩.切削液的作用機(jī)理介紹[J].哈爾濱軸承，2007，28（3）：47-48.

Simple Analysis of the Influence of Cutting Fluid in Metal Processing

LIN Yi
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545027，China）

In the machine-building industry，metal cutting fluid is widely used in metal processing，it is the essential elements of mechanical parts processing.This paper briefly deals the basic sort and effect of cutting fluid. And take a certain car enterprise B series engine aluminum alloy cylinder cover valve tube bottom hole processing as an example.Simple analysis about the influence of emulsified cutting fluid concentration on the machining surface of aluminum alloy workpiece.

cutting fluid；concentration；finished surface；roughness

TG501.4

B

1672-545X（2017）07-0092-03

2017-04-13

作者信息：林一（1988-），男，廣西柳州人，學(xué)士，刀具工程師，助理工程師，主要研究方向：刀具切削優(yōu)化、新型刀具的應(yīng)用、刀具成本分析。