切削液资料.docx

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切削液资料

在切削加工中，合理使用切削液，可以改善切屑、工件与刀具间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面粗糙度。

所以，对切削液的研究和应用应当予以重视。

l切削液的分类

金属切削加工中常用的切削液可分为三大类：

水溶液、乳化液、切削油。

1.水溶液

水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。

但是单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。

因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

2.乳化液

乳化液是将乳化油用水稀释而成。

乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。

它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。

为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。

3.切削油

切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。

纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。

在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。

动植物油有良好的“油性”，适于低速精加工，但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用其他代用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。

、切削液的冷却作用

切削液能够降低切削温度，从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。

在刀具材料的耐热性较差、工件材料的热膨胀系数较大以及两者的导热性较差的情况下，切削液的冷却作用显得更为重要。

切削液冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。

一般地说，水溶液的冷却性能最好，油类最差（表8—1），乳化液介于两者之间而接近于水。

二、切削液的润滑作用

金属切削时切屑、工件与刀具间的摩擦可分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。

真正的干摩擦只发生在绝对清洁的摩擦表面间，这时摩擦系数很大。

如在真空中两金属表面间的摩擦系数可达10—100，而摩擦力的大小取决于金属的抗剪强度。

在大气中进行金属切削（即干切削）时，虽然刚刚产生的刀—屑摩擦表面是十分清洁的，但是和空气接触后迅速氧化（时间约为百分之一秒到几千分之一秒）[4]，形成氧化膜而降低了磨擦系数（一般在l以下）。

采用切削液以后，其润滑作用又有所提高，可进一步降低摩擦系数，使切削过程进行得更顺利。

切削液的润滑作用，只是在切屑、工件与刀具界面间存在油膜形成流体润滑摩擦时，才能得到比较好的效果。

但在很多情况下；当切屑、工件与刀具界面间承受的载荷增加，温度升高，油膜的厚度便要减薄。

如载荷与温度继续增加，则油膜厚度进一步减薄，一直到相当于金属表面的凹凸不平度时，流体油膜便部分地被破坏，而由凸起的金属峰尖直接接触（图8—1），起不到良好的流体润滑作用。

但是由于润滑液的渗透和吸附作用，部分接触面仍存在着润滑液的吸附膜，起到减小摩擦系数的作用，这种状态就称之为边界润滑摩擦。

边界润滑时的摩擦系数值大于流体润滑，但小于干切削。

在金属切削加工中，大多属于边界润滑。

边界润滑一般分为低温低压边界润滑、高温边界润滑、高压边界润滑和高温高压边界润滑四种。

一般的切削油在200℃左右即失去其润滑能力，因此只适用于低温低压边界润滑摩擦。

而在某些切削条件下，切屑、刀具界面间可达到600—1000℃左右的高温和1.5—2.0GPa（150—200kgf／mm2）的高压[11]，这就形成了高温高压边界润滑，或称极压润滑。

边界润滑的摩擦力Ff可用下式表示：

Ff＝Ar[mτ1十（1—m）τ2]（8—1）

式中Ar——真正的接触面积；

m——发生金属接触的面积在真正接触面积中所占的比例；

τl—较软一方金属的抗剪强度；

τ2—润滑膜的抗剪强度。

如果切削液的极压性能良好，润滑膜布满金属表面，金属接触的面积很小或接近于零（即m≈0）；则润滑情况接近于流体润滑，其摩擦力为

Ff=Arτ2（8—2）

如果不用切削液，也不考虑产生氧化膜等因素，则形成干摩擦，此时m≈1，摩擦力为

Ff＝Arτl（8—3）

在流体润滑中，润滑液的承载能力，随润滑液的粘度增加而增加。

而在边界润滑中，由于不存在完全的油膜，其承载能力已与油的粘度无关，而取决于润滑液中的“油性”。

所谓“油性”，是指在动植物油脂中，包含着对金属有强烈吸附性的原子团，能在切屑、工件与刀具界面间形成物理吸附膜，即润滑膜。

在一般金属的低速精加工切削时，主要是添加动植物油脂的油性添加剂（或直接采用动植物油）。

但是，大多数难切削金属的加工，属于极压润滑状态，此时油性添加剂在金属摩擦表面所形成的润滑膜，也将被高温高压所破坏，这就必须依靠极压添加剂（详见下节）形成另一种性质的润滑膜。

这层润滑膜是极压添加剂在高温高压下，进入切屑、工件与刀具界面间，和金属发生化学反应所生成的氯化铁、硫化铁等化学吸附膜，使边界润滑层具有较好的润滑性。

由上述分析可知：

大多数的金属切削过程是在边界润滑摩擦条件下进行的，采用恰当的能适应这样摩擦状态的切削液，就有可能改善切削过程的摩擦条件，达到提高切削效果的目的。

三、切削液的清洗作用

当金属切削中产生碎屑（如切铸铁）或粉屑（如磨削）时，要求切削液具有良好的清洗作用。

清洗性能的好坏，与切削浓的渗透性、流动性和使用的压力有关。

为了增强切削液的渗透性、流动性，往往加入剂量较大的表面活性剂和少量矿物油，用大的稀释比（水占95％—98％左右）制成乳化液或水溶液；可以大大提高其清洗效果。

为了提高其冲刷能力，及时冲走碎屑及粉屑，在使用中往往给予一定的压力，并保持足够的流量。

四、切削液的防锈作用

为了减小工件、机床、刀具受周围介质（空气、水分等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。

防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的作用。

在气候潮湿地区，对防锈作用的要求显得更为突出。

除以上四个方面以外，对切削液还有价廉、配制方便、性能稳定、不污染环境和对人体无害等要求。

任何一种切削液，都难以全面满足各项要求，只能根据具体条件适当选定品种，发挥其某些主要方面的作用。

为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂。

常见的有油性和极压添加剂、防锈添加剂、防霉添加剂、抗泡沫添加剂以及乳化剂等（详见表8—2）。

一、油性添加剂和极压添加剂

油性添加剂主要应用于低压低温边界润滑状态，它在金属切削过程中主要起渗透和润滑作用，降低油与金属的界面张力，使切削油很快渗透到切削区，在一定的切削温度作用下进一步形成物理吸附膜，减小前刀面与切屑、后刀面与工件之间的摩擦。

在极压润滑状态下，切削液中必须添加极压添加剂来维持润滑膜强度。

常用的极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物，这些化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成化学吸附膜，它比物理吸附膜的熔点高得多，可防止极压润滑状态下金属摩擦界面直接接触，减小摩擦，保持润滑作用。

常用极压添加剂如下：

（1）含硫的极压添加剂：

在切削液中引入硫元素有两种方式，一是用元素硫直接硫化的矿物油，叫硫化切削油；二是在矿物油中加入含硫的添加剂，如硫化动植物油、硫化烯烃和硫、氯化动植物油等，制成极压切削油。

硫化切削油对铜及铜合金有腐蚀作用，加工时气味大，已逐渐被极压切削油所代替。

含硫的极压切削油在金属切削过程中和金属起化学反应，生成硫化铁。

硫化铁没有像氯化铁那样的层状结构，比氯化铁摩擦系数大，但熔点高（硫化铁熔点1193℃，二硫化铁熔点117l℃），硫化膜在高温下不易破坏，故切削钢件时，能在1000℃左右的高温下，仍保持其润滑性能。

（2）含氯的极压添加剂：

常用的含氯极压添加剂有氯化石蜡（氯含量为40％—50％）、氯化脂肪酸或酯类等。

氯的化学性能活泼，在200—300℃时即能与金属表面起化学反应。

氯化物的摩擦系数低于硫化物，故含氯极压添加剂具有优良的润滑性能，含氯极压添加剂的切削液约可耐600℃的高温，特别适合于切削合金钢、高强度钢、钼以及其他难切削材料。

氯化石蜡等有腐蚀性，必须与油溶性防锈添加剂一起使用。

有的资料[30]认为含氯添加剂的重点应放在四氯化碳这一类高挥发性的添加剂，因为它能渗入切屑、工件与刀具界面间的微裂缝中，同时又能防止冷焊磨损的发生。

但因四氯化碳会挥发出有害气体，所以国内很少采用。

（3）含磷的极压添加剂：

在切削液中，常用的含磷添加剂是有机磷酸酯或硫代磷酸锌。

这类添加剂有中等的极压性能，与钢铁接触即被吸附，并起化学反应，生成磷酸铁化学润滑膜，降低摩擦、减小磨损的效果比含硫、含氯的极压添加剂更为良好。

为了得到效果较好的切削液，往往在一种切削液中加入上述的两种或三种添加剂，复合使用，以便切削液迅速进入高温切削区，形成牢固的化学润滑膜。

二、防锈添加剂

为了使机床、刀具、工件不受腐蚀，要在切削液中加入防锈添加剂。

它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，在金属表面上优先吸附形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，保护金属表面不与腐蚀介质接触，因而起到防锈作用。

常用的防锈添加剂，可分为水溶性和油溶性两大类：

（1）水溶性防锈添加剂：

水溶性防锈添加剂的品种很多，其中以亚硝酸钠在乳化液和水溶液中的应用较为广泛。

亚硝酸钠基本上没有润滑性能，在碱性介质中对钢铁有防锈作用，用量一般控制在0.25％左右，浓度再高则对操作者皮肤有害。

亚硝酸钠的防锈作用，对有色金属（如铜、铝及其合金等）无效，甚至起腐蚀作用。

加工铜的乳化液或水溶液，宜用苯骈三氮唑为防锈添加剂，加入0.01％—0.1％即见效果。

应当注意，水溶性防锈添加剂用于乳化液时，用量不宜过大，因为它们大多是电解质，用量过大会破坏乳化液，致使油水分离。

（2）油溶性防锈添加剂：

油溶性防锈添加剂主要应用于防锈乳化液，也有用于切削油的。

在使用过程中，常常将各种具有不同特点的防锈剂复合使用，以达到综合防锈的良好效果。

如添加氧化石油酯及其皂类，能提高耐大气腐蚀性能；添加胺类，能提高油脂的抗氧化性，中和酸性物质，添加羊毛脂及其皂类，能提高吸附性。

三、防霉添加剂

乳化液长期使用以后，容易变质发臭，这是由于细菌繁殖的结果。

只要加入万分之几的防霉添加剂，即可起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果。

但防霉添加剂会引起操作者皮肤起红斑、发痒等，所以一般不用。

四、抗泡沫添加剂

切削液中一般都加入防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂，这些物质增加了混入空气而形成泡沫的可能性。

如果泡沫过多，会降低切削液的效果。

若加入百万分之几的抗泡沫添加剂（如二甲基硅油），可以有效地防止形成泡沫。

在高速强力磨削时，由于会产生比较多的泡沫，所以必须在磨削液中添加适量的抗泡沫剂，并作消泡试验。

五、乳化剂

乳化液是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的关键性物质。

它能吸附在油水界面上形成坚固的吸附膜，使油很均匀地分散在水中，形成稳定的乳化液。

（1）乳化液形成的机理（表面活性剂的作用）：

油水本来是互不相溶的，经过高速搅拌也能形成分散体，但静置后不久还会分离。

若加入表面活性剂后，再加搅拌混合，油就会以微小的颗粒分散在水中，形成稳定的乳化液，即使静置也难分离。

这是因为表面活性剂是一种有机化合物，它的分子是由极性基团和非极性基团两个部分组成助。

极性基因是亲水的，叫做亲水基团，可溶于水；非极性基团是亲油的，叫做亲油基团或憎水出由，可溶于油。

加入油和水中的表面活性剂能定向地排列吸附在油水两相界面上，极性端朝水，非极性端朝油，把油和水连接起来，降低油—水的界面张力，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形