機械加工中切削液的選用

馮冰

【摘 要】金屬切削加工液是一種用在金屬切削、磨加工過程中，用來冷卻和潤滑刀具和加工件的液體，它具有良好的冷卻、清洗、防銹等特點，并且具備無毒、無味、對人體無害、對設備無腐蝕、對環境無污染等特點。切削液的選用，在生產中十分重要。

【關鍵詞】切削液；刀具；黏度；潤滑性

1 根據機床的要求選擇

選擇切削液時，必須考慮到機床結構是否適應。一般要選擇機床說明書規定的切削液品種，如沒有特殊理由不要輕易更改，以免導致機床損壞。有些機床設計時就已考慮使用油基切削液，所以沒有采用特殊裝置來保護機床內部機構免受外界水、汽的侵襲，并且，這類機床大都靠油基切削液來潤滑接近切削區域的運動部件，因而必須使用油基切削液。如果使用水基切削液，水溶液會滲透到軸承和機床內部結構，使這些零部件脫油產生腐蝕加速磨損。水基切削液滲入液壓系統會使液壓油乳化變成油包水或水包油的乳化液，使黏度增大或大幅度下降，改變了液壓油的性質，影響液壓系統的正常運行。因此，對于那些原用油基切削液的機床，要轉用水基切削液時必須慎重，必要時要作適當的改裝，否則會導致機床損壞。[1]

2 根據刀具材料選擇

2.1 工具鋼刀具

其耐熱溫度約在200-300℃之間，只能適用于一般材料的切削，在高溫下會失去硬度。由于這種刀具耐熱性差，要求冷卻液的冷卻效果要好，一般采用乳化液為宜。[2]

2.2 高速鋼

這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩（有的還含鋁）為基礎的高級合金鋼，它們的耐熱性明顯比工具鋼高，允許的最高溫皮可達600℃。與其他耐高溫的金屬和陶瓷材料相比，高速鋼有一系列優點，特別是它具有較高的堅韌性，適合于幾何形狀復雜的工件和連續切削加工，而且，高速鋼具有良好的可加工性和價格上容易被接受。使用高速鋼刀具進行低速和中速切削時，建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時，由于發熱量大，若使用油基切削液會產生較多的煙霧，污染環境，而且容易造成工件燒傷，加工質量下降，刀具磨損增大，以采用水基切削液為宜。

2.3 硬質合金刀具

用于切削刀具的硬質合金是由碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和5%-10%的鈷組成，它的硬度大大超過高速鋼，最高允許工作溫度可達1000℃，具有優良的耐熱性能，在加工鋼鐵材料時，可減少切屑間的黏結現象。在選用切削液時，要考慮硬質合金對驟熱的敏感性，盡可能使刀具均勻受熱，否則會導致崩刃。在加工一般材料時，經常采用干切削。但在干切削時，工件溫度較高，使工件產生熱變形，影響工件加工精度，而且在沒有潤滑劑的條件下進行切削，由于切削阻力大，使功率消耗增大，刀具的磨損也加快。干切削也是不太合算的。在選用切削液時一般油基切削液的熱傳導性能較差，使刀具產生驟冷的危險性比水基切削液小，所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。在使用冷卻液進行切削時，要注意均勻冷卻刀具，在開始切削之前，最好預先用切削液冷卻刀具。對于高速切削，要用大流量切削液噴淋切削區，以免刀具受熱不均勻產生崩刃，也可減少由于切削液溫度過高產生蒸發，形成污染。

2.4 陶瓷刀具

采用氧化鋁（Al2O3）、金屬和炭在高溫下燒結而成，這種材料的高溫耐磨性比硬質合金要好，一般用于干切削，但考慮到均勻的冷卻和避免溫度過高，也常用水基切削液。

2.5 金剛石刀具

具有極高的硬度，一般用于干切削。為避免溫度過高，也像陶瓷材料一樣，許多情況下采用水基切削液。

3 根據加工類型選擇切削液

對于不同切削加工類型，金屬的切除特性是不一樣的，較難的切削加工對切削液要求也較高。切削過程的難易程度，按從難到易的次序排列為：內拉削—外拉削—攻螺紋—螺紋加工—滾齒—深孔鉆—鏜孔—用成形刀具切削螺紋—高速低進給切削螺紋—銑削—鉆孔—刨削—車削（單刃刀具）—鋸削—磨削。

上述排列順序并不是絕對的，因為刀具的幾何形狀和工件材料的變化也會改變加工的難易程度。

下面對一些常用的加工方法如何選擇切削液作簡單的敘述。

3.1 車削、鏜削

3.1.1 粗車

粗車時加工余量較大，因而切削深度和進給量都較大，切削阻力大，產生大量切削熱，刀具磨損也較嚴重，主要應選擇以冷卻作用為主并具有一定清洗、潤滑和防銹作用的水基切削液，將切削熱及時帶走，降低切削溫度，從而提高刀具耐用度，一般選用極壓乳化液效果更好。極壓乳化液除冷卻性能好之外，還具備良好的極壓潤滑性，可明顯延長刀具使用壽命，提高切削效率。使用水基切削液要注意機床導軌面的保養，下班前要將工作臺上的切削液擦干，涂上潤滑油。

3.1.2 精車

精車時，切削余量較小，切削深度只有0.05-0.8mm，進給量小，要求保證工件的精度和粗糙度。精車時由于切削力小，溫度不高，所以宜采用高濃度（10%以上）的乳化液和含油性添加劑的切削液為宜。對于精度要求很高的車削，如精車螺紋，要采用菜籽油、豆油或其他產品作潤滑液才能達到精度要求。正如上面所提到的，由于植物油穩定性差，易氧化，有的工廠采用了15%JQ-1精密切削潤滑劑加85%L-AN32全損耗系統用油作為精密切削油，效果很好。

3.1.3 鏜削

鏜削機理與車削一樣，不過它是內孔加工，切削量和切削速度均不大，但散熱條件差，可采用乳化液作切削液，使用時應適當增加切削液的流量和壓力。

3.2 螺紋加工

切削螺紋時，刀具與切削材料成楔形接觸，刀刃三面被切削材料所包圍，切削力矩大、排屑較困難，熱量不能及時由切屑帶走，刀具容易磨損，切屑碎片擠塞并且容易產生振動。尤其車螺紋和攻螺紋時切削條件更苛刻，有時會出現崩刃和斷絲錐，要求切削液同時具備較低的摩擦因數和較高的極壓性，以減少刀具的摩擦阻力和延長刀具使用壽命，一般應選用同時含有油性劑和極壓劑的復合切削液。此外，攻螺紋時切削液的滲透性能很重要，切削液能否及時滲透到刀刃上，對絲錐的耐用度影響很大，切削液的滲透性與黏度有關，黏度小的油滲透性較好，必要時可加少量的柴油或煤油來提高滲透效果。有的場合，如盲孔攻螺紋時切削液很難進入孔中，這時采用黏度大、附著力強的切削液效果反而更好。

3.3 鉸削

鉸削加工是對孔的精度加工，要求精度高。鉸削屬于低速小進給量切削，主要是刀具與孔壁成擠壓切削，切屑碎片易留在刀槽或粘接在刀刃邊上，影響刃帶的擠壓作用，破壞加工精度和表面粗糙度，增加切削扭矩，還會產生積屑瘤，增加刀具磨損。鉸孔基本上屬于邊界潤滑狀態，一般采用潤滑性能良好的高濃度極壓乳化液或極壓切削油，就可以得到良好效果。對深孔鉸削，采用潤滑性能好的深孔鉆切削油便能滿足工藝要求。

3.4 深孔鉆

深孔鉆（槍鉆）是近年發展起來的深孔加工工藝。傳統的深孔加工（孔深與孔徑之比大于5），需要鉆、鏜、粗鉸、研磨等多道工序才能加工出有較高精度和較低表面粗糙度的孔。新工藝是采用結構特殊的刀具和高壓冷卻潤滑系統，可將上述多道工序簡化為一次連續走刀完成相當深度的高精度和低表面粗糙度的孔加工。這種工藝效率高，經濟效益顯著。

性能優良的深孔鉆切削液是深孔鉆加工技術關鍵之一，深孔鉆切削液必須具備下列性能。

①良好的冷卻作用，消除由于變形及摩擦所產生的熱量，抑制積屑瘤的生成。

②良好的高溫潤滑性，減少刀刃及支承的摩擦磨損，保證刀具在切削區的高溫下保持良好的潤滑狀態。

③良好的滲透性、排屑性，使切削液及時滲透到刀刃上，并保證切屑能順利排出，因此，深孔鉆切削液要求具有高的極壓性和低的黏度。

4 結束語

在生產中，選錯了切削液不但不能達到預期效果，反而會損壞刀具和加工材料；有時，雖然滿足了刀具的需求，但損壞了加工材料，也得不償失。相反，即使是選用價格較貴的高檔切削液，但由于改善了加工性能，提高產品質量，延長了刀具壽命等，仍可帶來顯著的經濟效益。

【參考文獻】

[1]李東光.工業清洗劑配方與制備[M].中國紡織出版社，2009，08，01.

[2]周雍鑫.金屬切削液基本知識[M].科學普及出版社，1989，07.

[責任編輯：丁艷]