切削液:金属切削加工液体-中文百科频道

介绍

切削液是金属切削加工的重要配套材料。

人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代，车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油，16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从1775年英国的约翰•威尔金森（J．wilkinson）为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。到1860年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。

19世纪80年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。F•W•Taylor发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%～40%的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂”一词。从那时起，人们把切削液称为冷却润滑液。

随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。20世纪初，人们开始从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。在第一次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。1924年，含硫、氯的切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。

刀具材料的发展推动了切削液的发展，1898年发明了高速钢，切削速度较前提高2～4倍。1927年德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高2～5倍。随着切削温度的不断提高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基切削液的优点。1915年生产出水包油型乳化液，并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。1948年在美国研制出第一种无油合成切削液，并在20世纪70年代由于油价冲击而使应用提高。

近十几年来,由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的发展，推动了切削液技术的发展。随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强，对切削液技术提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。

分类

1、切削液按油品化学组成分为非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液两大类。

2、油基切削液和水基切削液的区别

油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差，冷却效果较好。慢速切削要求切削液的润滑性要强，一般来说，切削速度低于30m/min时使用切削油。

含有极压添加剂的切削油，不论对任何材料的切削加工，当切削速度不超过60m/min时都是有效的。在高速切削时，由于发热量大，油基切削液的传热效果差，会使切削区的温度过高，导致切削油产生烟雾、起火等现象，并且由于工件温度过高产生热变形，影响工件加工精度，故多用水基切削液。

乳化液把油的润滑性和防锈性与水的极好冷却性结合起来，同时具备较好的润滑冷却性，因而对于大量热生成的高速低压力的金属切削加工很有效。与油基切削液相比，乳化液的优点在于较大的散热性，清洗性，用水稀释使用而带来的经济性以及有利于操作者的卫生和安全而使他们乐于使用。

实际上除特别难加工的材料外，乳化液几乎可以用于所有的轻、中等负荷的切削加工及大部分重负荷加工，乳化液还可用于除螺纹磨削、槽沟麻削等复杂磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺点是空易使细菌、霉菌繁殖，使乳化液中的有效成分产生化学分解而发臭、变质，所以一般都应加入毒性小的有机杀菌剂。

化学合成切削液的优点在于经济、散热快、清洗性强和极好的工件可见性，易于控制加工尺寸，其稳定性和抗腐败能力比乳化液强。润滑性欠佳，这将引起机床活动部件的粘着和磨损，而且，化学合成留下的粘稠状残留物会影响机器零件的运动，还会使这些零件的重叠面产生锈蚀。

3、一般在下列的情况下应选用水基切削液：

对油基切削液潜在发生火灾危险的场所；

高速和大进给量的切削，使切削区超于高温，冒烟激烈，有火灾危险的场合。

从前后工序的流程上考虑，要求使用水基切削液的场合。希望减轻由于油的飞溅护油雾和扩散而引起机床周围污染和肮脏，从而保持操作环境清洁的场合。

从价格上考虑，对一些易加工材料护工件表面质量要求不高的切削加工，采用一般水基切削液已能满足使用要求，又可大幅度降低切削液成本的场合。当刀具的耐用度对切削的经济性占有较大比重时(如刀具价格昂贵，刃磨刀具困难，装卸辅助时间长等)；机床精密度高，绝对不允许有水混入(以免造成腐蚀)的场合；机床的润滑系统和冷却系统容易串通的场合以及不具备废液处理设备和条件的场合。均应考虑选用油基切削液。

作用

1、润滑作用

金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用，可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮耐用度以及工件表面质量。

2、冷却作用

切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具（或砂轮）、切屑和工件间的对流和汽化作用把切削热从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度（或流动性）有关。水的导热系数和比热均高于油，因此水的冷却性能要优于油。

3、清洗作用

在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。

含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂轮上，同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上，把它从界面上分离，随切削液带走，保持切削液清洁。

4、防锈作用

在金属切削过程中，工件要与环境介质及切削液组分分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀，与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐蚀。此外，在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时，也要求切削液有一定的防锈能力，防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐蚀性物质对金属产生侵蚀。特别是在我国南方地区潮湿多雨季节，更应注意工序间防锈措施。

5、其它作用

除了以上4种作用外，所使用的切削液应具备良好的稳定性，在贮存和使用中不产生沉淀或分层、析油、析皂和老化等现象。对细菌和霉菌有一定抵抗能力，不易长霉及生物降解而导致发臭、变质。不损坏涂漆零件，对人体无危害，无刺激性气味。在使用过程中无烟、雾或少烟雾。便于回收，低污染，排放的废液处理简便，经处理后能达到国家规定的工业污水排放标准等。

质量检测

切削油的主要质量控制指标有粘度、闪点、倾点、脂肪含量、硫含量、氯含量、铜片腐蚀、水分、机械杂质、四球试验等。关于测定方法可参考有关的试验方法标准，在此仅对部分项目给予简单说明。

1、脂肪含量

脂肪是切削油中的油性添加剂，是划分切削油类别的一个重要指标。脂肪在切削油中可起到降低摩擦系数、减少刀具磨损的作用(对防止后刀面的磨损尤为有效)。加有较多脂肪的切削油特别适合于有色金属加工以及切削量不大但产品精度及光洁度要求高的场合(如精车丝杠)。一般可用皂化值来大致判定其脂肪含量。切削油中脂肪含量过高或其质量控制不当，容易在机器上形成粘性物质造成机件运动不灵活，严重时会变成漆膜即所谓“穿黄袍”。

2、氯含量

切削油中氯主要来自含氯的极压剂。氯需要在较高含量(大于1%)时，方可显现出有效的极压作用。如果氯含量不足1%，可以认为它不是为了提高润滑性。一般含氯极压切削油其氯含量都在4%以上，最高时可达30%～40%。但出于职业卫生及环保方面的考虑，有些国家已对切削油中氯的最高含量做了规定，如日本的JIS规定氯含量不得超过15%。氯对不锈钢的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。其缺点是不够稳定，遇水或温度过高时会分解产生HCl引起腐蚀、生锈。

3、硫含量

切削油中硫来自两个方面。一个是加入的含硫极压剂，另一个是来自其他没有极压作用的含硫化合物，如基础油中原有的天然硫化物以及防锈剂、抗氧剂等。有效的硫只需很低含量(0.1%)即可产生明显的极压效果。含硫极压剂对抑制积屑瘤特别有效，但可惜现在还没有简单的方法能分别测出有极压性的硫和没有极压性的硫。所以很难仅仅依据其硫含量(特别是硫含量不高时)判断其极压性如何。不过现在多数切削液制造厂家在其产品说明书中都标明加入的极压剂硫含量。

4、铜片腐蚀

测定的方法是铜片法。腐蚀活性的大小用级数表示，1～2级为低活性或非活性，3～4级为高活性。级数越大，腐蚀活性越强。铜对硫很敏感，用此法可以判断切削油中有没有含硫极压剂和极压剂的活性大小(注意：此法不能判断含硫剂的多少)。此项目也是划分切削油类别的一个重要指标。