关于切削液的研究

曹 伟

（河南工业和信息化职业学院，河南 焦作454000）

引言

切削过程中的切削温度较高，刀具和工件之间的摩擦也较大，如果合理使用切削液，可以减小摩擦，降低切削力与切削温度，改善切削条件，从而减轻刀具磨损，提高刀具耐用度，减小工件热变形，提高加工质量和生产率。

1.切削液的种类

1.1 种类

常用的切削液分为水溶性切削液和油溶性切削液两大类。

（1）水溶性切削液。 水溶性切削液主要有水溶液、乳化液和化学合成液三种，具有良好的冷却、清洗作用。

水溶液主要用于粗加工和普通磨削加工，在水中根据需要可加入防锈剂、清洗剂、油性添加剂等以增强其性能。

乳化液是由矿物油、乳化剂及其他添加剂与水混合而成的不同浓度的切削液。 低浓度乳化液以冷却为主，用于粗加工和普通磨削加工；高浓度乳化液有良好的润滑作用，可用于精加工和复杂刀具加工。

化学合成液是由水、 各种表面活性剂和化学添加剂组成，具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈性能。

（2）油溶性切削液。 油溶性切削液有切削油和极压切削油两种，主要起润滑作用。 切削油有矿物油、动植物油和混合油等，其热稳定性好，资源丰富，价格便宜。 极压切削油是在切削油中加入了硫、氯、磷等极压添加剂的切削液，可显著提高润滑效果和冷却作用[1]。

1.2 添加剂

为改善切削液的性能所加的化学物质称为添加剂。 常用的添加剂有油性添加剂、极压添加剂、表面活性添加剂等。

（1）油性添加剂。 油性添加剂含有极性分子，能在金属表面形成牢固的吸附膜，在较低温度下起润滑作用。 常用的油性添加剂有动植物油、脂肪酸、胺类、醇类及脂类。

（2）极压添加剂。极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等元素的有机化合物。 它们在高温下与金属表面起化学反应，形成化学润滑膜，比物理吸附膜耐高温。

（3）表面活性剂（乳化液）。 表面活性剂是使矿物油和水乳化，形成稳定的乳化液添加剂。 它是一种有机化合物，由极性和非极性基团两部分组成，前者亲水，后者亲油，可以使本互不相溶的水和油联系起来，形成稳定的乳化液。 它除起乳化作用外，还能吸附在金属表面上，形成润滑膜起润滑作用[2]。

常用的表面活性剂有石油磺酸钠、 油酸钠皂、聚氯乙烯、脂肪、醇、醚等。

2.切削液的作用

2.1 冷却作用

切削液的冷却作用是通过热的传导带走大量切削热，从而降低切削温度，减小工件变形，提高刀具耐用度和加工质量。 在高速切削情况下，刀具、工件材料耐热性低，热膨胀系数大，切削液的冷却作用就更加重要了。

切削液的冷却效果取决于它的导热系数、比热、汽化热、汽化速度、流量、流速等。水的比热比油大，因此，水溶液的冷却性最好，乳化液次之，油类最差。

2.2 润滑作用

金属切削时切屑、工件与刀具界面的摩擦可分为干摩擦、 流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三种。 干切削时，形成金属接触间的干摩擦，摩擦系数很大。 如加入切削液，切屑、工件与刀具间形成完全的润滑油膜，金属直接接触面积变小，接近于零，则成为流体润滑，使摩擦系数变得很小。 实际切削中，由于切屑、工件与刀具界面上承受较大负荷以及较高温度， 流体油膜大部分被破坏，造成部分金属直接接触， 成为边界润滑摩擦，摩擦系数大于流体润滑而小于干切削。

切削液的润滑作用，取决于切削液渗透到刀具与工件、切屑之间形成润滑膜的吸附能力和摩擦系数的大小。 切削液产生的润滑膜有两类：一是物理吸附膜，切削液中的动、植物油添加剂中的极性分子在工件、切屑与刀具界面之间形成的润滑膜，适用于低速精加工切削，在高速、高压下，润滑油膜将被破坏；二是在切削液中加入极性很高的硫、氯等极压添加剂后，在高温、高压下切削液进入切削区，与金属发生化学反应所生成的氯化铁、硫化铁、磷酸铁等化学吸附膜，它吸附牢固、剪切强度低、摩擦系数小、耐高温高压，润滑效果良好[3]。

2.3 清洗和排屑作用

切削液能将切削中产生的细碎切屑和磨粒细粒冲出切削区，可减少刀具磨损，并防止划伤已加工表面和机床导轨面。 切削液的清洗效果与其渗透性、流动性和使用压力有关。 深孔加工时，使用高压切削液，有助于排屑。

2.4 防锈作用

为保护工件、机床、夹具、刀具不受周围介质（空气、水分、酸等）的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。 在切削液中加入防锈添加剂，如亚硝酸钠、磷酸三钠和石油磺酸钡等，使金属表面生成保护膜，可起到防锈、防蚀作用。

3.切削液的选用

（1）粗加工。粗加工时，切削用量大，产热多，应选用冷却性能好的切削液， 如离子型切削液（添加有石油硫磺钠、 油酸钠皂等表面活性剂的乳化液）或3~5%乳化液。

硬质合金刀具耐热性较好， 一般不用切削液。 若使用切削液，应注意连续、充分浇注，以免因冷热不均匀产生热应力而导致刀具损坏。

（2）精加工。 精加工时，切削液的主要作用是减小工件表面粗糙度值和提高加工精度，应选用具有良好润滑性功能的切削液。 如低速（ν≤30m/min） 精加工钢料时， 可选用极压切削油或10~12%极压乳化液或离子型切削液。

（3）难加工材料的切削。 切削难加工材料时，切削力大，切削温度高，摩擦严重，应选用极压切削油或极压乳化液。

（4）磨削加工。 磨削过程中温度高，工件易烧伤。 同时，产生大量细屑、砂末会划伤已加工表面。 所以，应选用具有良好的冷却及清洗作用的切削液，一般常用乳化液和离子型切削液。 磨削难加工材料时，选用润滑性能好的极压乳化液或极压切削油[4]。

4.切削液的使用方法

（1）浇注法。 即直接将充足大流量的低压切削液浇注在切削区。 这种方法在生产中较常用，但切削液很难直接渗入最高温度区，影响切削液的使用效果。

（2）喷雾法。 用压缩空气以0.3~0.6MPa 的压力通过喷雾装置使切削液雾化， 高速喷至切削区。 高速气流带着雾化成微小液滴的切削液渗透到切削区，在高温下迅速汽化，吸收走大量切削热，因此可取得良好的冷却效果[5－6]。

（3）内冷却法。 即将切削液通过刀体内部以较高的压力和较大流量喷向切削区，将切屑冲刷出来，同时带走大量的热。 这种方法可大大提高刀具耐用度、生产效率和加工质量。 深孔钻、套料钻等刀具加工时，采用这种冷却方法。