關(guān)于切削液的研究

曹 偉

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作454000）

引言

切削過(guò)程中的切削溫度較高，刀具和工件之間的摩擦也較大，如果合理使用切削液，可以減小摩擦，降低切削力與切削溫度，改善切削條件，從而減輕刀具磨損，提高刀具耐用度，減小工件熱變形，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)率。

1.切削液的種類

1.1 種類

常用的切削液分為水溶性切削液和油溶性切削液兩大類。

（1）水溶性切削液。 水溶性切削液主要有水溶液、乳化液和化學(xué)合成液三種，具有良好的冷卻、清洗作用。

水溶液主要用于粗加工和普通磨削加工，在水中根據(jù)需要可加入防銹劑、清洗劑、油性添加劑等以增強(qiáng)其性能。

乳化液是由礦物油、乳化劑及其他添加劑與水混合而成的不同濃度的切削液。 低濃度乳化液以冷卻為主，用于粗加工和普通磨削加工；高濃度乳化液有良好的潤(rùn)滑作用，可用于精加工和復(fù)雜刀具加工。

化學(xué)合成液是由水、 各種表面活性劑和化學(xué)添加劑組成，具有良好的冷卻、潤(rùn)滑、清洗和防銹性能。

（2）油溶性切削液。 油溶性切削液有切削油和極壓切削油兩種，主要起潤(rùn)滑作用。 切削油有礦物油、動(dòng)植物油和混合油等，其熱穩(wěn)定性好，資源豐富，價(jià)格便宜。 極壓切削油是在切削油中加入了硫、氯、磷等極壓添加劑的切削液，可顯著提高潤(rùn)滑效果和冷卻作用[1]。

1.2 添加劑

為改善切削液的性能所加的化學(xué)物質(zhì)稱為添加劑。 常用的添加劑有油性添加劑、極壓添加劑、表面活性添加劑等。

（1）油性添加劑。 油性添加劑含有極性分子，能在金屬表面形成牢固的吸附膜，在較低溫度下起潤(rùn)滑作用。 常用的油性添加劑有動(dòng)植物油、脂肪酸、胺類、醇類及脂類。

（2）極壓添加劑。極壓添加劑是含硫、磷、氯、碘等元素的有機(jī)化合物。 它們?cè)诟邷叵屡c金屬表面起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)潤(rùn)滑膜，比物理吸附膜耐高溫。

（3）表面活性劑（乳化液）。 表面活性劑是使礦物油和水乳化，形成穩(wěn)定的乳化液添加劑。 它是一種有機(jī)化合物，由極性和非極性基團(tuán)兩部分組成，前者親水，后者親油，可以使本互不相溶的水和油聯(lián)系起來(lái)，形成穩(wěn)定的乳化液。 它除起乳化作用外，還能吸附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜起潤(rùn)滑作用[2]。

常用的表面活性劑有石油磺酸鈉、 油酸鈉皂、聚氯乙烯、脂肪、醇、醚等。

2.切削液的作用

2.1 冷卻作用

切削液的冷卻作用是通過(guò)熱的傳導(dǎo)帶走大量切削熱，從而降低切削溫度，減小工件變形，提高刀具耐用度和加工質(zhì)量。 在高速切削情況下，刀具、工件材料耐熱性低，熱膨脹系數(shù)大，切削液的冷卻作用就更加重要了。

切削液的冷卻效果取決于它的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱、汽化速度、流量、流速等。水的比熱比油大，因此，水溶液的冷卻性最好，乳化液次之，油類最差。

2.2 潤(rùn)滑作用

金屬切削時(shí)切屑、工件與刀具界面的摩擦可分為干摩擦、 流體潤(rùn)滑摩擦和邊界潤(rùn)滑摩擦三種。 干切削時(shí)，形成金屬接觸間的干摩擦，摩擦系數(shù)很大。 如加入切削液，切屑、工件與刀具間形成完全的潤(rùn)滑油膜，金屬直接接觸面積變小，接近于零，則成為流體潤(rùn)滑，使摩擦系數(shù)變得很小。 實(shí)際切削中，由于切屑、工件與刀具界面上承受較大負(fù)荷以及較高溫度， 流體油膜大部分被破壞，造成部分金屬直接接觸， 成為邊界潤(rùn)滑摩擦，摩擦系數(shù)大于流體潤(rùn)滑而小于干切削。

切削液的潤(rùn)滑作用，取決于切削液滲透到刀具與工件、切屑之間形成潤(rùn)滑膜的吸附能力和摩擦系數(shù)的大小。 切削液產(chǎn)生的潤(rùn)滑膜有兩類：一是物理吸附膜，切削液中的動(dòng)、植物油添加劑中的極性分子在工件、切屑與刀具界面之間形成的潤(rùn)滑膜，適用于低速精加工切削，在高速、高壓下，潤(rùn)滑油膜將被破壞；二是在切削液中加入極性很高的硫、氯等極壓添加劑后，在高溫、高壓下切削液進(jìn)入切削區(qū)，與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所生成的氯化鐵、硫化鐵、磷酸鐵等化學(xué)吸附膜，它吸附牢固、剪切強(qiáng)度低、摩擦系數(shù)小、耐高溫高壓，潤(rùn)滑效果良好[3]。

2.3 清洗和排屑作用

切削液能將切削中產(chǎn)生的細(xì)碎切屑和磨粒細(xì)粒沖出切削區(qū)，可減少刀具磨損，并防止劃傷已加工表面和機(jī)床導(dǎo)軌面。 切削液的清洗效果與其滲透性、流動(dòng)性和使用壓力有關(guān)。 深孔加工時(shí)，使用高壓切削液，有助于排屑。

2.4 防銹作用

為保護(hù)工件、機(jī)床、夾具、刀具不受周圍介質(zhì)（空氣、水分、酸等）的腐蝕，要求切削液具有一定的防銹作用。 在切削液中加入防銹添加劑，如亞硝酸鈉、磷酸三鈉和石油磺酸鋇等，使金屬表面生成保護(hù)膜，可起到防銹、防蝕作用。

3.切削液的選用

（1）粗加工。粗加工時(shí)，切削用量大，產(chǎn)熱多，應(yīng)選用冷卻性能好的切削液， 如離子型切削液（添加有石油硫磺鈉、 油酸鈉皂等表面活性劑的乳化液）或3~5%乳化液。

硬質(zhì)合金刀具耐熱性較好， 一般不用切削液。 若使用切削液，應(yīng)注意連續(xù)、充分澆注，以免因冷熱不均勻產(chǎn)生熱應(yīng)力而導(dǎo)致刀具損壞。

（2）精加工。 精加工時(shí)，切削液的主要作用是減小工件表面粗糙度值和提高加工精度，應(yīng)選用具有良好潤(rùn)滑性功能的切削液。 如低速（ν≤30m/min） 精加工鋼料時(shí)， 可選用極壓切削油或10~12%極壓乳化液或離子型切削液。

（3）難加工材料的切削。 切削難加工材料時(shí)，切削力大，切削溫度高，摩擦嚴(yán)重，應(yīng)選用極壓切削油或極壓乳化液。

（4）磨削加工。 磨削過(guò)程中溫度高，工件易燒傷。 同時(shí)，產(chǎn)生大量細(xì)屑、砂末會(huì)劃傷已加工表面。 所以，應(yīng)選用具有良好的冷卻及清洗作用的切削液，一般常用乳化液和離子型切削液。 磨削難加工材料時(shí)，選用潤(rùn)滑性能好的極壓乳化液或極壓切削油[4]。

4.切削液的使用方法

（1）澆注法。 即直接將充足大流量的低壓切削液澆注在切削區(qū)。 這種方法在生產(chǎn)中較常用，但切削液很難直接滲入最高溫度區(qū)，影響切削液的使用效果。

（2）噴霧法。 用壓縮空氣以0.3~0.6MPa 的壓力通過(guò)噴霧裝置使切削液霧化， 高速噴至切削區(qū)。 高速氣流帶著霧化成微小液滴的切削液滲透到切削區(qū)，在高溫下迅速汽化，吸收走大量切削熱，因此可取得良好的冷卻效果[5－6]。

（3）內(nèi)冷卻法。 即將切削液通過(guò)刀體內(nèi)部以較高的壓力和較大流量噴向切削區(qū)，將切屑沖刷出來(lái)，同時(shí)帶走大量的熱。 這種方法可大大提高刀具耐用度、生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。 深孔鉆、套料鉆等刀具加工時(shí)，采用這種冷卻方法。