切削液:金屬切削加工液體-中文百科頻道

介紹

切削液是金屬切削加工的重要配套材料。

人類使用切削液的曆史可以追溯到遠古時代。人們在磨制石器、銅器和鐵器時，就知道澆水可以提高效率和質量。在古羅馬時代，車削活塞泵的鑄件時就使用橄榄油，16世紀使用牛脂和水溶劑來抛光金屬盔甲。從1775年英國的約翰•威爾金森（J．wilkinson）為了加工瓦特蒸汽機的汽缸而研制成功镗床開始，伴随出現了水和油在金屬切削加工中的應用。到1860年經曆了漫長發展後，車、銑、刨、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機床相繼出現，也标志着切削液開始較大規模的應用。

19世紀80年代，美國科學家就已首先進行了切削液的評價工作。F•W•Taylor發現并闡明了使用泵供給碳酸鈉水溶液可使切削速度提高對30%～40%的現象和機理。針對當時使用的刀具材料是碳素工具鋼，切削液的主要作用是冷卻，故提出“冷卻劑”一詞。從那時起，人們把切削液稱為冷卻潤滑液。

随着人們對切削液認識水平的不斷提高以及實踐經驗的不斷豐富，發現在切削區域中注入油劑能獲得良好的加工表面。最早，人們采用動植物油來作為切削液，但動植物油易變質，使用周期短。20世紀初，人們開始從原油中提煉潤滑油，并發明了各種性能優異的潤滑添加劑。在第一次世界大戰之後，開始研究和使用礦物油和動植物油合成的複合油。1924年，含硫、氯的切削油獲得專利并應用于重切削、拉削、螺紋和齒輪加工。

刀具材料的發展推動了切削液的發展，1898年發明了高速鋼，切削速度較前提高2～4倍。1927年德國首先研制出硬質合金，切削速度比高速鋼又提高2～5倍。随着切削溫度的不斷提高，油基切削液的冷卻性能已不能完全滿足切削要求，這時人們又開始重新重視水基切削液的優點。1915年生産出水包油型乳化液，并于1920年成為優先選用的切削液用于重切削。1948年在美國研制出第一種無油合成切削液，并在20世紀70年代由于油價沖擊而使應用提高。

近十幾年來,由于切削技術的不斷提高，先進切削機床的不斷湧現，刀具和工件材料的發展，推動了切削液技術的發展。随着先進制造技術的深入發展和人們環境保護意識的加強，對切削液技術提出了新的要求，它必将推動切削液技術向更高領域發展。

分類

1、切削液按油品化學組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。

2、油基切削液和水基切削液的區别

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。慢速切削要求切削液的潤滑性要強，一般來說，切削速度低于30m/min時使用切削油。

含有極壓添加劑的切削油，不論對任何材料的切削加工，當切削速度不超過60m/min時都是有效的。在高速切削時，由于發熱量大，油基切削液的傳熱效果差，會使切削區的溫度過高，導緻切削油産生煙霧、起火等現象，并且由于工件溫度過高産生熱變形，影響工件加工精度，故多用水基切削液。

乳化液把油的潤滑性和防鏽性與水的極好冷卻性結合起來，同時具備較好的潤滑冷卻性，因而對于大量熱生成的高速低壓力的金屬切削加工很有效。與油基切削液相比，乳化液的優點在于較大的散熱性，清洗性，用水稀釋使用而帶來的經濟性以及有利于操作者的衛生和安全而使他們樂于使用。

實際上除特别難加工的材料外，乳化液幾乎可以用于所有的輕、中等負荷的切削加工及大部分重負荷加工，乳化液還可用于除螺紋磨削、槽溝麻削等複雜磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺點是空易使細菌、黴菌繁殖，使乳化液中的有效成分産生化學分解而發臭、變質，所以一般都應加入毒性小的有機殺菌劑。

化學合成切削液的優點在于經濟、散熱快、清洗性強和極好的工件可見性，易于控制加工尺寸，其穩定性和抗腐敗能力比乳化液強。潤滑性欠佳，這将引起機床活動部件的粘着和磨損，而且，化學合成留下的粘稠狀殘留物會影響機器零件的運動，還會使這些零件的重疊面産生鏽蝕。

3、一般在下列的情況下應選用水基切削液：

對油基切削液潛在發生火災危險的場所；

高速和大進給量的切削，使切削區超于高溫，冒煙激烈，有火災危險的場合。

從前後工序的流程上考慮，要求使用水基切削液的場合。希望減輕由于油的飛濺護油霧和擴散而引起機床周圍污染和肮髒，從而保持操作環境清潔的場合。

從價格上考慮，對一些易加工材料護工件表面質量要求不高的切削加工，采用一般水基切削液已能滿足使用要求，又可大幅度降低切削液成本的場合。當刀具的耐用度對切削的經濟性占有較大比重時(如刀具價格昂貴，刃磨刀具困難，裝卸輔助時間長等)；機床精密度高，絕對不允許有水混入(以免造成腐蝕)的場合；機床的潤滑系統和冷卻系統容易串通的場合以及不具備廢液處理設備和條件的場合。均應考慮選用油基切削液。

作用

1、潤滑作用

金屬切削加工液（簡稱切削液）在切削過程中的潤滑作用，可以減小前刀面與切屑，後刀面與已加工表面間的摩擦，形成部分潤滑膜，從而減小切削力、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。在磨削過程中，加入磨削液後，磨削液滲入砂輪磨粒－工件及磨粒－磨屑之間形成潤滑膜，使界面間的摩擦減小，防止磨粒切削刃磨損和粘附切屑，從而減小磨削力和摩擦熱，提高砂輪耐用度以及工件表面質量。

2、冷卻作用

切削液的冷卻作用是通過它和因切削而發熱的刀具（或砂輪）、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，從而有效地降低切削溫度，減少工件和刀具的熱變形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷卻性能和其導熱系數、比熱、汽化熱以及粘度（或流動性）有關。水的導熱系數和比熱均高于油，因此水的冷卻性能要優于油。

3、清洗作用

在金屬切削過程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以及鐵粉、油污和砂粒，防止機床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂輪的切削刃口保持鋒利，不緻影響切削效果。對于油基切削油，粘度越低，清洗能力越強，尤其是含有煤油、柴油等輕組份的切削油，滲透性和清洗性能就越好。

含有表面活性劑的水基切削液，清洗效果較好，因為它能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂輪上，同時它能滲入到粒子和油泥粘附的界面上，把它從界面上分離，随切削液帶走，保持切削液清潔。

4、防鏽作用

在金屬切削過程中，工件要與環境介質及切削液組分分解或氧化變質而産生的油泥等腐蝕性介質接觸而腐蝕，與切削液接觸的機床部件表面也會因此而腐蝕。此外，在工件加工後或工序之間流轉過程中暫時存放時，也要求切削液有一定的防鏽能力，防止環境介質及殘存切削液中的油泥等腐蝕性物質對金屬産生侵蝕。特别是在我國南方地區潮濕多雨季節，更應注意工序間防鏽措施。

5、其它作用

除了以上4種作用外，所使用的切削液應具備良好的穩定性，在貯存和使用中不産生沉澱或分層、析油、析皂和老化等現象。對細菌和黴菌有一定抵抗能力，不易長黴及生物降解而導緻發臭、變質。不損壞塗漆零件，對人體無危害，無刺激性氣味。在使用過程中無煙、霧或少煙霧。便于回收，低污染，排放的廢液處理簡便，經處理後能達到國家規定的工業污水排放标準等。

質量檢測

切削油的主要質量控制指标有粘度、閃點、傾點、脂肪含量、硫含量、氯含量、銅片腐蝕、水分、機械雜質、四球試驗等。關于測定方法可參考有關的試驗方法标準，在此僅對部分項目給予簡單說明。

1、脂肪含量

脂肪是切削油中的油性添加劑，是劃分切削油類别的一個重要指标。脂肪在切削油中可起到降低摩擦系數、減少刀具磨損的作用(對防止後刀面的磨損尤為有效)。加有較多脂肪的切削油特别适合于有色金屬加工以及切削量不大但産品精度及光潔度要求高的場合(如精車絲杠)。一般可用皂化值來大緻判定其脂肪含量。切削油中脂肪含量過高或其質量控制不當，容易在機器上形成粘性物質造成機件運動不靈活，嚴重時會變成漆膜即所謂“穿黃袍”。

2、氯含量

切削油中氯主要來自含氯的極壓劑。氯需要在較高含量(大于1%)時，方可顯現出有效的極壓作用。如果氯含量不足1%，可以認為它不是為了提高潤滑性。一般含氯極壓切削油其氯含量都在4%以上，最高時可達30%～40%。但出于職業衛生及環保方面的考慮，有些國家已對切削油中氯的最高含量做了規定，如日本的JIS規定氯含量不得超過15%。氯對不鏽鋼的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。其缺點是不夠穩定，遇水或溫度過高時會分解産生HCl引起腐蝕、生鏽。

3、硫含量

切削油中硫來自兩個方面。一個是加入的含硫極壓劑，另一個是來自其他沒有極壓作用的含硫化合物，如基礎油中原有的天然硫化物以及防鏽劑、抗氧劑等。有效的硫隻需很低含量(0.1%)即可産生明顯的極壓效果。含硫極壓劑對抑制積屑瘤特别有效，但可惜現在還沒有簡單的方法能分别測出有極壓性的硫和沒有極壓性的硫。所以很難僅僅依據其硫含量(特别是硫含量不高時)判斷其極壓性如何。不過現在多數切削液制造廠家在其産品說明書中都标明加入的極壓劑硫含量。

4、銅片腐蝕

測定的方法是銅片法。腐蝕活性的大小用級數表示，1～2級為低活性或非活性，3～4級為高活性。級數越大，腐蝕活性越強。銅對硫很敏感，用此法可以判斷切削油中有沒有含硫極壓劑和極壓劑的活性大小(注意：此法不能判斷含硫劑的多少)。此項目也是劃分切削油類别的一個重要指标。