眾所周知,切削液是金屬切削加工的重要配套材料。人類使用切削液的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時代呢蔫。人們在磨制石器加匈、銅器和鐵器時,就知道澆水可以提高效率和質(zhì)量。在古羅馬時代,車削活塞泵的鑄件時就使用橄欖油,16世紀(jì)使用牛脂和水溶劑來拋光金屬盔甲淋叶。從1775年英國的約翰·威爾金森(J．wilkinson)為了加工瓦特蒸汽機(jī)的汽缸而研制成功鏜床開始,伴隨出現(xiàn)了水和油在金屬切削加工中的應(yīng)用阎曹。到1860年經(jīng)歷了漫長發(fā)展后,車、銑煞檩、刨处嫌、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機(jī)床相繼出現(xiàn),也標(biāo)志著切削液開始較大規(guī)模的應(yīng)用。

19世紀(jì)80年代,美國科學(xué)家就已首先進(jìn)行了切削液的評價工作熏迹。F·W·Taylor發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象和機(jī)理檐薯。針對當(dāng)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挫勿。

隨著人們對切削液認(rèn)識水平的不斷提高以及實(shí)踐經(jīng)驗的不斷豐富,發(fā)現(xiàn)在切削區(qū)域中注入油劑能獲得良好的加工表面上辖。最早,人們采用動植物油來作為切削液,但動植物油易變質(zhì),使用周期短。20世紀(jì)初,人們開始從原油中提煉潤滑油,并發(fā)明了各種性能優(yōu)異的潤滑添加劑琴哗。在第一次世界大戰(zhàn)之后,開始研究和使用礦物油和動植物油合成的復(fù)合油绎探。1924年,含硫、氯的切削油獲得專利并應(yīng)用于重切削吟叙、拉削闲堆、螺紋和齒輪加工。

刀具材料的發(fā)展推動了切削液的發(fā)展,1898年發(fā)明了高速鋼,切削速度較前提高2～4倍揍丘。1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金,切削速度比高速鋼又提高2～5倍捍辫。隨著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(yōu)點(diǎn)。1915年生產(chǎn)出水包油型乳化液,并于1920年成為優(yōu)先選用的切削液用于重切削楞庸。1948年在美國研制出第一種無油合成切削液,并在20世紀(jì)70年代由于油價沖擊而使應(yīng)用提高沉年。

近十幾年來,由于切削技術(shù)的不斷提高,先進(jìn)切削機(jī)床的不斷涌現(xiàn),刀具和工件材料的發(fā)展,推動了切削液技術(shù)的發(fā)展。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的深入發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識的加強(qiáng),對切削液技術(shù)提出了新的要求,它必將推動切削液技術(shù)向更高領(lǐng)域發(fā)展晾胡。

切削液的重要作用

在金屬切削加工中,合理使用切削液,能夠減小刀具與工件之間的摩擦,降低切削溫度,減少刀具磨損,從而提高切削效率和加工質(zhì)量,延長刀具使用壽命,降低加工成本脾婚。在切削加工中,切削液主要是起冷卻和潤滑作用。

(1)冷卻作用切削液澆注在切削區(qū)后通過切削熱的傳導(dǎo)蔓姚、對流和氣化,把刀具捕虽、工件和切屑上的切削熱帶走,從而降低了切削區(qū)的溫度,達(dá)到冷卻作用,提高了刀具的耐用度和工件的加工精度。

(2)潤滑作用切削液滲透到切削區(qū),在刀具與切屑和工件的接觸表面上產(chǎn)生吸附并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成潤滑油膜而起到潤滑作用,抑制了積屑瘤的產(chǎn)生,有效地減小切削力,降低工件表面粗糙度坡脐。此外,切削液還有清洗泄私、排屑和防銹作用。

切削液的現(xiàn)狀

目前,切削液的品種繁多,作用各異,但歸納起來分為兩大類,即油基切削液和水基切削液备闲。

(1)油基切削液油基切削液即切削油,它主要用于低速重切削加工和難加工材料的切削加工晌端。目前使用的切削油有以下幾種:

①礦物油:常用作為切削液的礦物油有全損耗系統(tǒng)用油、輕柴油和煤油等恬砂。它們具有良好的潤滑性和一定的防銹性,但生物降解性差咧纠。

②動植物油:常用作為切削液的動植物油有鯨魚油、蓖麻油泻骤、棉子油漆羔、菜于油和豆油。它們具有優(yōu)良的潤滑性和生物降解性,但易氧化變質(zhì)狱掂。

③普通復(fù)合切削液:它是在礦物油中加人油性劑調(diào)配而成演痒。它比單用礦物油性能好亲轨。

④極壓切削油:它是在礦物油中加入含硫、磷深牲、氯熬席、硼等極壓添加劑、油溶性防銹劑和油性劑等調(diào)配而成的復(fù)合油辽松。

(2)水基切削液水基切削液分為三大類,即乳化液贝狈、合成切削液和半合成切削液。

①乳化液:它由乳化油與水配置而成裸努。乳化油主要是由礦物油(含量為50%～80%)芦终、乳化劑、防銹劑绎弯、油性劑选芦。極壓劑和防腐劑等組成这毁。稀釋液不透明,呈乳白色版逼。但由于其工作穩(wěn)定性差,使用周期短,溶液不透明,很難觀察工作時的切削狀況,故使用量逐年減少。

②合成切削液:它的濃縮液不含礦物油,由水溶性防銹劑混闪、油性劑钮隙、極壓劑。表面活性劑和消泡劑等組成属瓣。稀釋液呈透明狀或半透明狀载迄。主要優(yōu)點(diǎn)是:使用壽命長；優(yōu)良的冷卻和清洗性能,適合高速切削抡蛙；溶液透明,具有良好的可見性,特別適合數(shù)控機(jī)床护昧、加工中心等現(xiàn)代加工設(shè)備上使用。但合成切削液容易洗刷掉機(jī)床滑動部件上的潤滑油,造成滑動不靈活,潤滑性能相對差些粗截。

③半合成切削液:也稱微乳化切削液惋耙。它的濃縮液由少量礦物油(含量為5%～30%),油性劑、極壓劑熊昌、防銹劑绽榛、表面活性劑和防腐劑等組成。稀釋液油滴直徑小于1μm,稀釋液呈透明狀或半透明狀婿屹。它具備乳化液和合成切削液的優(yōu)點(diǎn),又彌補(bǔ)了兩者的不足,是切削液發(fā)展的趨勢灭美。

切削液添加劑的現(xiàn)狀

切削液是一種復(fù)雜的化合物,它含有幾種乃至幾十種不同成分的添加劑。添加劑的成分不但直接影響切削液的切削性能(潤滑昂利、冷卻和清洗性能),而且還影響切削液的非切削性能(毒性届腐、腐蝕性、污染性榕哩、使用周期性和廢液可處理性)仪荞。切削液常用的添加劑主要有極壓潤滑劑卫糙、防銹劑和防腐劑等。所以切削液的這些添加劑不僅要性能優(yōu)良,而且要無毒無害样呜。

(1)極壓潤滑劑目前仍在使用的權(quán)壓潤滑劑主要是含有硫欺靠、磷、氯類的化合物,如硫化烯烴覆珍、硫化動植物油肾寡、硫脲、磷酸酯纱轨。氯化石蠟等,它們在高溫下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成化學(xué)反應(yīng)膜,在切削中起極壓潤滑作用耿愈。它們的潤滑性能很好,但對環(huán)境有污染,對操作者有害。隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng),現(xiàn)在已限制使用此類添加劑倔剩。國內(nèi)外正在著手研究它的替代物朦暖。近年來,無毒無害的硼酸鹽(酯)類添加劑系列受到了廣泛的重視。

(2)防銹添加劑防銹添加劑的作用在于防止工件生銹,它有水溶性和油溶性兩類,分別用于水基切削液和切削油盖呼。常用的油溶性防銹添加劑有石油磺酸鋇儒鹿、石油磺酸鈉等。對于水溶性防銹添加劑,亞硝酸鈉是長期被認(rèn)為有效的防銹添加劑,但人們已逐漸認(rèn)識到它對人體有致癌的可能性几晤。鉻酸鹽约炎、重鉻酸鹽對鋼鐵也有良好的防銹作用,但有毒、污染環(huán)境,它們的使用都受到限制蟹瘾。磷酸鹽類防銹劑會污染環(huán)境,它們的使用也應(yīng)受到限制圾浅。因而開發(fā)新型無毒無害防銹劑是發(fā)展趨勢。目前利用多種無毒添加劑的協(xié)同效應(yīng),如由機(jī)胺憾朴、硼酸鹽狸捕、苯丙三氮唑等復(fù)配成的高效防銹添加劑已取得好的效果。鉬酸鹽也是防銹性能優(yōu)良且無毒的防銹劑众雷。

(3)防腐劑切削液本身具備著微生物和菌類生長繁殖的條件,容易腐敗變質(zhì)發(fā)臭灸拍。防腐劑(或殺菌劑)的作用在于殺滅或抑制細(xì)菌和霉菌的生長,以達(dá)到延長切削液的使用期限。常用的防腐劑是酚類化合物报腔、甲醛類株搔、含氯和含苯化合物。雖有較強(qiáng)的殺菌作用,但會傷害操作者,并污染環(huán)境,刺激人的眼纯蛾、鼻,使操作者患有皮膚病和呼吸道疾病肌辑。近年來由于受到環(huán)保法規(guī)的限制,許多國家對含酚類、苯類及甲醛類的殺菌劑的使用加以限制,并積極尋求新型無毒殺菌劑留旱。如日本選用油酸刹造、硬脂酸、月桂酸等羧酸配成的銅鹽具有一年以上的抗腐蝕能力格你。美國開發(fā)的檸檬酸單銅也有較好的抗菌效果劫欣。我們近年來利用硼酸酯候隘、表面活性劑和整合劑復(fù)配成的防腐劑也具有較強(qiáng)的抗菌能力。

目前國內(nèi)在切削液中有防腐劑的產(chǎn)品很少見,在切削液使用中加入防腐劑也不多見盹清。這主要是由于加入防腐劑使切削液的成本增加較大和使用不大方便所致,今后的任務(wù)是開發(fā)和推廣價格適宜使用方便且無毒的防腐劑裆乘。

切削液的選用

目前切削液的品種繁多,性能有好優(yōu)劣,若選擇不當(dāng),會造成不良后果。切削液的選用應(yīng)遵循以下原則:

(1)切削液應(yīng)無刺激性氣味,不含對人體有害添加劑,確保使用者的安全曾辙。

(2)切削液應(yīng)滿足設(shè)備潤滑衅逝、防護(hù)管理的要求,即切削液應(yīng)不腐蝕機(jī)床的金屬部件,不損傷機(jī)床密封件和油漆,不會在機(jī)床導(dǎo)軌上殘留硬的膠狀沉淀物,確保使用設(shè)備的安全和正常工作。

(3)切削液應(yīng)保證工件工序間的防銹作用,不銹蝕工件糕米。加工銅合金時,不應(yīng)選用含硫的切削液忠伊。加工鋁合金時應(yīng)選用pH值為中性的切削液。

(4)切削液應(yīng)具有優(yōu)良的潤滑性能和清洗性能巷波。選擇最大無卡咬負(fù)荷PB值高萎津、表面張力小的切削液,并經(jīng)切削試驗評定。

(5)切削液應(yīng)具有較長的使用壽命抹镊。這對加工中心尤為重要锉屈。

(6)切削液應(yīng)盡量適應(yīng)多種加工方式和多種工件材料。

(7)切削液應(yīng)低污染,并有廢液處理方法髓考。

(8)切削液應(yīng)價格適宜,配制方便部念。

綜上所述,用戶在選用切削液時,可根據(jù)本廠特定的加工情況,先初選認(rèn)為綜合性能較好的2～3種切削液,經(jīng)工廠試用后,確定出性能滿足本廠加工工藝要求,價格適宜的切削液弃酌。

切削液的發(fā)展趨勢

(1)開發(fā)綠色切削液

①礦物油逐漸被生物降解性好的植物油和合成酯所代替氨菇。

②油基切削液逐漸被水基切削液所代替。

③開發(fā)性能優(yōu)良且對人體無害和對環(huán)境無污染的添加劑妓湘。

(2)切削液的綠色使用

①推廣集中冷卻潤滑系統(tǒng),即把機(jī)械加工設(shè)備各自獨(dú)立的冷卻潤滑裝置合并為一個冷卻潤滑系統(tǒng),使切削液維護(hù)管理上水平查蓉。

②研究干切削和最小量潤滑切削,以減少切削液的使用量。

③研究和推廣切削液廢液處理新工藝榜贴、新技術(shù),以確保排放的廢液對環(huán)境無污染豌研。

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