金属切削液的选用

　　大部分金属切削需要使用切削液，甚至在可以正常进行干切削的作业，如果选用适当的冷却润滑剂也可增加工效。早在1883年，F.W.泰勒(Taylor)曾证明用冲洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。

　　金属切削液的品种繁多。ASTM D2881把金属加工用的液体划为三类：(1)油和油基液体;(2)水基乳液及分散体;(3)化学溶液(真溶液及胶体溶液)。2类与3类之间的基本区别在于分散体的粒度和粒度分布。溶解油乳化液的平均粒度大于1μm，真溶液及胶体溶液的粒度范围为20~40nm。胶体乳液(Ⅱ-C)代表了一种介于化学溶液 与溶解油的乳液之间的中间状态，其粒度分布介于上述两等级之间。这种划分原则 基本上是一个理论性的区分，因为从典型的矿物油到不含油的化学溶液之间，可能存在着无限度的等级。

　　近年来，金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域(2、3类)。由于这类液体以水为基质，其传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定热量后，比油的温升要慢得多，从而提高了冷却效果，且可减少油雾，因此水基切削液的用量增大。以英国为例，水基切削液在整个切削液市场中约占60%。但是水基切削液与油相比存在着润滑性差，其次是锈蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳定性、可滤性、泡沫性等问题。这些问题对切削液在机床应用时的“油池寿命(Sump Life)”至关重要。合理选择、应用、监控和维护，对使用水基切削液特别重要。

　　一、金属切削液的成分与选择

　　(1)、根据我国目前市场情况，切削液的主要成分如下。

　　油或油基液体：属于ASTM D 2881分类中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C，习惯称为切削油(也称净切削油)，主体为矿物油，含或不含添加剂。

　　乳液：属于ASTM D 2881分类中的Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C，有时称为溶解油。根 据矿物油含量和油滴粒度可分为3种： 粗乳液：含油65%~80%,油滴粒度 2~10 μm; 微乳液：含油40%~50%，油滴粒度<1 μm; 半合成乳液：含油5%~40%，油滴粒度约0.1 μm;

　　合成液体：含油或不含油，以溶于水的高分子有机物为主要润滑剂。

　　化学溶液：不含油，属ASTM D 2881分类中的Ⅲ。从以上成分来看，以切削油的润滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液，如配制得当也有相当好的润滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范围最广泛 。用于重负荷切削的乳化液要含极压添加剂。合成液是乳化液的补充产品。这种液体常用在特定的用途上。某些合成液体在 使用中由于浓度增大，清洗性增强而导致损伤操作人员的皮肤和机床涂层。化学溶液是不含矿物油的水溶液。使用前用水稀释，有良好的冲洗、冷却效果 ，并应能防止接触区域的锈蚀。这类液体主要用于研磨，功能在于清洗和冷却，没有润滑性。切削液的选择，首先要避免使用那些对机床、刃具和加工材料有害的液体。通 常，不含游离硫的硫化油适用于加工钢材和铜材。而有些铜合金和高镍合金，在硫 剂(特别是含游离硫)作用下会产生暗色斑痕。水基切削液的成分比较复杂，这是因为要顾及乳化系统的稳定，既要考虑诸成 分的HLB值，又要达到各项性能的平衡。由于切削液以水为基质，还应考虑诸成分的 水溶性或在水中分散的性质。

　　选择切削液前应充分了解下列情况。

　　(2)、加工材料的性质

　　被加工的材料物理化学性质各异，反映在切削操作上就会有切削的难易和与切削液相容性等新问题。对较难加工的材料及其与切削液的相容性分别简略介绍如下 。

　　铝：质软，切割易粘切具。乳化液如碱性强，与铝产生化学反应，造成乳液分层。应选用专用乳化液或石蜡基矿物油作冷却润滑剂。

　　黄铜：切削时产生大量细屑，易使乳化油变绿。含活性硫的油剂可使加工材料变色，如选油剂要有过滤设备。

　　青铜：剪切前产生显著的塑性变形，可使乳化液变成绿色。如选油剂要有过滤设备。

　　铜：粘韧，切削时产生微细卷曲的屑，可使乳化液变成绿色，影响乳化液的稳定，在活性硫作用下生污斑。如选用油剂要配备过滤设备。

　　可锻铸铁：切削时产生大量微细的具有化学活性的磨蚀性屑。这些活性细屑好似过滤介质，削弱了乳化液的活性，而且可生成铁皂，使乳化液变为红褐色，乳化 液的稳定性变劣。如使用油剂，必须用离心机或过滤器把铁屑除去

　　铅及其合金：易切削，可生成铅皂，破坏乳化液的稳定。如使用油剂，对油剂有稠化倾向，要防止使用含大量脂肪的油剂。

　　镁：切削时产生细屑，可燃。一般不使用水基切削液，可采用低粘度油作为切削液。

　　镍及高镍合金：切削时局部产生高热，切屑可能烧结。可选用重负荷乳化液或非活性硫化油。

　　钛：产生磨蚀性、可燃的切削，易发生加工硬化现象，应用重负荷乳化油或极压油剂。

　　锌：切削面不规整，难以取得良好的光洁度，与乳化液生成锌皂，使乳化液分离，应选专用乳化液

　　(3)、加工工况

　　刀具的作用是在主剪切区域把加工材料用强剪切力切除剥落。刀具的推进面和暴露的新鲜金属面之间，由于强烈的附着作用使推进面受到高的应力。因切割剥落 的屑要移过刀具推进面，从而形成了第二剪切区域。在第二剪切区域产生的剪切作 用使刀具受到最大摩擦力。润滑和冷却作用在此时同样重要。但属于金属去除的机械加工种类很多，又各有其独特的工况。一般认为，在低速加工(螺纹切削、扩孔和 齿面切削)时，切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结，作为边界润滑剂。在高速切削加工时，切削液的主要作用是降低摩擦热，带走热量。

　　那些切削液难以到达剪切区域的加工作业，给润滑、冷却造成很大的困难。通常对扩孔、齿轮切削(特别是滚齿)、深孔钻和镗孔、攻丝(特别是盲孔)、深套孔、 车螺纹加工要精心选择适用的切削液。

　　(4)、油基和水基的特点

　　油基切削液指含添加剂的矿物油。水基切削液指乳液、合成液及化学溶液。笼统地说，低速重负荷切削需要充分的润滑，通常选用极压切削油剂。高速浅层切削 ，冷却是首要的，一般选用水基切削液。有些极压乳化液具有很好的润滑和冷却性 ，可以用于重负荷切削。一般的研磨加工，有时润滑反而有害，故可使用合成液或化学溶液。加工材料、刀具材质、机床构造也是确定选用油基液或水基液的重要依据。

　　二、使用和维护

　　(1)、 配制(稀释) 只有水基切削液需要配制，即按一定比例加水稀释。水基切削液特别是乳化型 的，在用水稀释时要注意以下几个方面。

　　1、 水质 一般情况下不宜使用硬度超过400的水，因高硬度的水中所含的钙、镁离子会使 阴离子表面活性剂失效，乳液分解，出现不溶于水的金属皂。即使乳化液是用非离子表面活性剂制成，大量的金属离子也可使胶束聚集，从而影响乳液的稳定性。太 软的水也不宜使用。用太软的水配制的乳化液在使用过程中易产生大量泡沫。

　　配制乳化液的水的适宜硬度应为50~200。可用去离子水和未经处理的工业水混 配使用。我国幅员辽阔，切削液品种极多，因此在选购水基切削液之前，最好用当 地的水作调配试验。一般禁止使用处理后的污水、含化学物质的水和二次水来配制乳化液。锅炉用的软化水也要慎用。

　　硬水地区的用户可采用碳酸钠法把水软化后使用。软化剂用量最好经试验确定。要防止软水后水的pH值过高。软水剂使用过度会破坏乳化液的稳定。

　　2、 稀释

　　切削液的稀释关系到乳化液的稳定。切削液在使用前，要先确定稀释的比例和所需乳化液的体积。然后算出所用切削液(原液)量和水量。