切削液基本资料.doc

切削液基础知识
1、切削液历史介绍
切削液是金属切削加工的重要配套材料。

人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。

人们在磨制石器、铜器和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。

在古罗马时代，车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油，16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。

从1775年英国的约翰?威尔金森（J．wilkinson）为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。

到1860年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。

19世纪80年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。

Taylor发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%～40%的现象和机理。

针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂”一词。

从那时起，人们把切削液称为冷却润滑液。

随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。

最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。

20世纪初，人们开始从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。

在第一次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。

1924年，含硫、氯的切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。

刀具材料的发展推动了切削液的发展，1898年发明了高速钢，切削速度较前提高2～4倍。

1927年德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高2～5倍。

随着切削温度的不断提高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基切削液的优点。

1915年生产出水包油型乳化液，并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。

1948年在美国研制出第一种无油合成切削液，并在20世纪70年代由于油价冲击而使应用提高。

近十几年来, 由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的发展，推动了切削液技术的发展。

随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强，对切削液技术提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。

2、切削液的发展趋势
1）开发绿色切削液
①矿物油逐渐被生物降解性好的植物油和合成酯所代替。

②油基切削液逐渐被水基切削液所代替。

③开发性能优良且对人体无害和对环境无污染的添加剂。

2）切削液的绿色使用
①推广集中冷却润滑系统，即把机械加工设备各自独立的冷却润滑装置合并为一个冷却润滑系统，使切削液维护管理上水平。

②研究干切削和最小量润滑切削，以减少切削液的使用量。

③研究和推广切削液废液处理新工艺、新技术，以确保排放的废液对环境无污染。

21世纪的切削液技术
众所周知，切削液具有润滑、冷却、清洗及防锈等作用，对提高切削加工质量和效率、减少刀具磨损等均有显著效果。

近十多年来，我国的切削液技术发展很快，切削液新品种不断出现，性能也不断改进和完善，特别是20世纪70年代末生产的水基合成切削液和近几年发展起来的半合成切削液(微乳化切削液)在生产中的推广和应用，为机械加工向节能、减少环境污染、降低工业生产成本方向发展开辟了新路径。

切削液的现状
2、切削液添加剂的现状
切削液是一种复杂的化合物，它含有几种乃至几十种不同成分的添加剂。

添加剂的成分不但直接影响切削液的切削性能（润滑、冷却和清洗性能），而且还影响切削液的非切削性能（毒性、腐蚀性、污染性、使用周期性和废液可处理性）。

切削液常用的添加剂主要有极压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。

所以切削液的这些添加剂不仅要性能优良，而且要无毒无害。

（1）极压润滑剂：目前仍在使用的极压润滑剂主要是含有硫、磷、氯类的化合物，如硫化烯烃、硫化动植物油、硫脲、磷酸酯。

氯化石蜡等，它们在高温下与金属表面发生化学反应生成化学反应膜，在切削中起极压润滑作用。

它们的润滑性能很好，但对环境有污染，对操作者有害。

随着人们环保意识的加强，现在已限制使用此类添加剂。

国内外正在着手研究它的替代物。

近年来，无毒无害的硼酸盐（酯）类添加剂系列受到了广泛的重视。

（2）防锈添加剂：防锈添加剂的作用在于防止工件生锈，它有水溶性和油溶性两类，分别用于水基切削液和切削油。

常用的油溶性防锈添加剂有石油磺酸钡、石油磺酸钠等。

对于水溶性防锈添加剂，亚硝酸钠是长期被认为有效的防锈添加剂，但人们已逐渐认识到它对人体有致癌的可能性。

铬酸盐、重铬酸盐对钢铁也有良好的防锈作用，但有毒、污染环境，它们的使用都受到限制。

磷酸盐类防锈剂会污染环境，它们的使用也应受到限制。

因而开发新型无毒无害防锈剂是发展趋势。

目前利用多种无毒添加剂的协同效应，如由机胺、硼酸盐、
苯丙三氮唑等复配成的高效防锈添加剂已取得好的效果。

钼酸盐也是防锈性能优良且无毒的防锈剂。

（3）防腐剂：切削液本身具备着微生物和菌类生长繁殖的条件，容易腐败变质发臭。

防腐剂（或杀菌剂）的作用在于杀灭或抑制细菌和霉菌的生长，以达到延长切削液的使用期限。

常用的防腐剂是酚类化合物、甲醛类、含氯和含苯化合物。

虽有较强的杀菌作用，但会伤害操作者，并污染环境，刺激人的眼、鼻，使操作者患有皮肤病和呼吸道疾病。

近年来由于受到环保法规的限制，许多国家对含酚类、苯类及甲醛类的杀菌剂的使用加以限制，并积极寻求新型无毒杀菌剂。

如日本选用油酸、硬脂酸、月桂酸等羧酸配成的铜盐具有一年以上的抗腐蚀能力。

美国开发的柠檬酸单铜也有较好的抗菌效果。

我们近年来利用硼酸酯、表面活性剂和整合剂复配成的防腐剂也具有较强的抗菌能力。

目前国内在切削液中有防腐剂的产品很少见，在切削液使用中加入防腐剂也不多见。

这主要是由于加入防腐剂使切削液的成本增加较大和使用不大方便所致，今后的任务是开发和推广价格适宜使用方便且无毒的防腐剂。

切削液的种类
金属加工液国际标准化组织（ISO）分类
国际标准化组织（ISO）于1986年通过ISO6743/7，按油基、水基将加工液分为MH 和MA两大类，又根据每类的化学组成、应用各分为8类和9类，共17类。

该标准将目前众多的金属加工液的品种均可包含进去，我国已等效采用了该标准，制定了GB7631.5——1989润滑剂和有关产品（L类）的分类切削液按组成分类
国内外对于切削液分类，研究制定了许多方法，目前看来都有一定的缺陷。

切削液按组成分类，是一个传统的分类方法，也是一个在实际中客户容易掌握和接受的分类方法。

切削液的品种繁多，作用各异，但归纳起来分为两大类：即油基切削液和水基切削液。

切削液的品种繁多，作用也各不相同，但主要分为切削油和水基切削液两大类。

切削油也叫油基切削液，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。

目前使用的切削油有以下几种：
1、矿物油
常用作为切削油的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。

它们具有良好的润滑性和一定的防锈性，但生物降解性能差。

2、动植物油
常用的动植物油有猪油、蓖麻油、棉子油、菜籽油和豆油等，它们具有优良的润滑性和生物降解性能，但使用中易氧化变质。

3、普通复合切削油
普通复合切削油由矿物油加入油性剂等调配而成，润滑性能比矿物油好。

4、极压切削油
极压切削油由矿物油加入含硫、磷、氯等极压抗磨添加剂、防锈剂和油性剂等调配而成，具有多种优异性能。

切削液可分为油型和水型二类。

油型仍可分为普通型切削油（也称复合油）、非活性极压切削油、活性极压切削油三种。

水型可分为乳化油（可溶油、乳化液）、半合成液（微乳液）、合成液（化学型切削液或无油切削液）三种。

普通型切削油的主要成分是矿物油，为改善其性能往往加有防锈、抗氧等添加剂并与各类动植物油复合使用。

脂肪的复合量一般为5－20%。

（有时也可用合成脂取代部分脂肪）。

极压切削油是在普通型油中加入一定量的含S、P、CL等元素的极压剂所得的切削油。

非活性极压切削油是未加含S等极压剂的切削油。

乳化油是由切削油及乳化剂、偶合剂、杀菌剂等所组成的。

乳化油在使用时需加水稀释。

稀释后的工作液呈乳白色（称为乳化液）。

加水前的乳化油称为油基（也可称可溶油）。

半合成液与乳化油的区别是其油基中含有较多的乳化（表面活性剂）、防锈等添加剂，较少或甚至完全没有矿物油，同时还加有相当数量的水和水溶性添加剂。

油基经水稀释成工作液呈透明或半透明状（这是因其油相的液滴较小所致）。

有些半合成的工作液在使用过程中逐渐由透明状变为不透明的白色乳化状（这是因为其中的乳化剂被吸附在切屑上逐渐被带走，乳状液的颗粒也由小变大所致）。

合成液主要由水及水溶性添加剂组成。

3、油基切削液的分类
（1）纯矿物油（L-MHA）：使用煤油、柴油等轻质油和L-AN7、L-AN10、L－AN15、L-AN22、L-AN32等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。

纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长，可达-30℃以下，但价格较贵。

（2）脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）：脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。

（3）非活性极压切削油（L-MHC）：由矿油加非活性极压添加剂组成。

（4）活性极压切削油（L-MHD）：由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。

（5）复合切削油（L-MHE和L-MHF）：由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。

（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难加工材料的切削加工。

目前使用的切削油有以下几种：
①矿物油：常用作为切削液的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。

它们具有良好的润滑性和一定的防锈性，但生物降解性差。

②动植物油：常用作为切削液的动植物油有鲸鱼油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。

它们具有优良的润滑性和生物降解性，但易氧化变质。

③普通复合切削液：它是在矿物油中加人油性剂调配而成。

它比单用矿物油性能好。

④极压切削油：它是在矿物油中加入含硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂和油性剂等调配而成的复合油。

1、纯矿物油（L-MHA）：使用煤油、柴油等轻质油和L-AN7、L-AN10、L－AN15、L-AN
22、L-AN32等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，
有利于铁粉的沉降。

纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长。

在使用过程中，即使有少量切削油漏入齿轮箱、轴承和液压系统中或部分润滑油漏入切削油中，都不致影响机床的使用性能。

但纯矿物油由于不含润滑添加剂、润滑效果较差，承载能力低，一般只适用于轻负荷切削及易切削钢材和有色金属的加工。

对于要求低温流动性能好的切削油，可用聚烯烃等合成油，其凝点可达-30℃以下，但价格较贵。

2、脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精
车丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。

脂肪油主要由脂肪酸甘油酯组成，对金属表面有强的吸附性能，具有良好的润滑性能，其缺点是易氧化变质，并在机床表面形成难于清洗的粘膜（即“黄袍”）。

脂肪油也可按一定比例（质量分数，下同约10-30%）加入矿物油中，以提高矿物油的润滑效果，但由于脂肪油为食用油，货源较少，近年来已逐渐被油性添加剂所替代。

如15%的JQ-1精密切削润滑剂+85%矿油，摩擦系数可达到菜籽油的水平，用于精车丝杆、插齿、刨齿、拉削等均获得良好效果。

3、由矿油加非活性极压添加剂组成。

所谓非活性极压切削油是指切削油在100℃、3小时
的腐蚀试验中，铜片腐蚀在2级以下（中等程度均匀变色）。

氯化石蜡、磷酸酯、硫化脂肪油等属非活性极压添加剂。

这类切削油的极压润滑性好，对有色金属不腐蚀，使用
方便，被广泛用于多种切削加工。

4、活性极压切削油（L-MHD）由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。

这类切削油对铜片的腐蚀为3-4级，对有色金属有严重腐蚀。

它有良好的抗烧结性能和极压润滑性，可以提高高温和高压条件下刀具使用寿命，对刀具积屑瘤有强的控制能力，多用于容易啃刀的材料和难加工材料的切削。

硫化切削油的行业标准是SH0364-92。

5、复合切削油（L-MHE和L-MHF）由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。

使用油性添加剂如高级脂肪酸、脂肪油等，能在金属表面产生物理吸附和化学吸附，形成一个分子膜吸附层，可降低切削时的摩擦阻力，但这类添加剂只有在较低的温度时才有效，当温度高于200℃时，极性化合物产生解吸和分解而失去润滑作用，这时需要由极压添加剂发挥作用。

同时含有油性剂的硫、磷、氯极压添加剂的复合切削油，可以在很宽的温度范围内保持良好的润滑状态，适合于多工位切削及多种材料的切削加工。

4、油基切削液性能特点
油基切削液是使用最早的切削液品种。

初期，主要采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。

随着石油炼制工业的发展，矿物润滑油占据了主导地拉，同时也使用矿物油和动植物油合成的复合油。

现在油基切削液普遍采用含硫、氯的润滑添加剂，应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。

油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。

水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差，冷却效果较好。

慢速切削要求切削液的润滑性要强，一般来说，切削速度低于30 m/min时使用切削油。

在高速切削时，多用水基切削液。

油基切削液对防止机床和工件生锈的性能很好，且不易劣化，使用时的管理也较方便。

而水溶性切削液去除切屑的性能很好，防止发生火灾的性能很好，作业环境清洁。

总的来说，油基切削液的润滑性好些，水基切削液的冷却性好些。

油基切削液在高温时易产生烟雾，易着火；水基切削液易生菌腐败，使用期短，容易生锈。

5、切削油的质量检测有哪些项目
切削油的主要质量控制指标有粘度、闪点、倾点、脂肪含量、硫含量、氯含量、铜片腐蚀、水分、机械杂质、四球试验等。

关于测定方法可参考有关的试验方法标准，在此仅对部分项目给予简单说明。

(1)脂肪含量：脂肪是切削油中的油性添加剂，是划分切削油类别的一个重要指标。

脂肪在切削油中可起到降低摩擦系数、减少刀具磨损的作用(对防止后刀面的磨损尤为有效)。

加有较多脂肪的切削油特别适合于有色金属加工以及切削量不大但产品精度及光洁度要求高的
场合（如精车丝杠）。

一般可用皂化值来大致判定其脂肪含量。

切削油中脂肪含量过高或其质量控制不当，容易在机器上形成粘性物质造成机件运动不灵活，严重时会变成漆膜即所谓“穿黄袍”。

(2)氯含量：切削油中氯主要来自含氯的极压剂。

氯需要在较高含量（大于1％）时，方可显现出有效的极压作用。

如果氯含量不足1％，可以认为它不是为了提高润滑性。

一般含氯极压切削油其氯含量都在4％以上，最高时可达30％-40％。

但出于职业卫生及环保方面的考虑，有些国家已对切削油中氯的最高含量做了规定，如日本的JIS规定氯含量不得超过15%。

氯对不锈钢的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。

其缺点是不够稳定，遇水或温度过高时会分解产生HCl引起腐蚀、生锈。

(3)硫含量：切削油中硫来自两个方面。

一个是加入的含硫极压剂，另一个是来自其他没有极压作用的含硫化合物，如基础油中原有的天然硫化物以及防锈剂、抗氧剂等。

有效的硫只需很低含量（0.1％）即可产生明显的极压效果。

含硫极压剂对抑制积屑瘤特别有效，但可惜现在还没有简单的方法能分别测出有极压性的硫和没有极压性的硫。

所以很难仅仅依据其硫含量(特别是硫含量不高时)判断其极压性如何。

不过现在多数切削液制造厂家在其产品说明书中都标明加入的极压剂硫含量。

(4)铜片腐蚀：测定的方法是铜片法。

腐蚀活性的大小用级数表示，l一2级为低活性或非活性，3—4级为高活性。

级数越大，腐蚀活性越强。

铜对硫很敏感，用此法可以判断切削油中有没有含硫极压剂和极压剂的活性大小(注意：此法不能判断含硫剂的多少)。

此项目也是划分切削油类别的一个重要指标。

(5)四球试验：可测定最大无卡咬负荷。

用此法可大致判断切削油的极压性，特别是用结合硫、氯含量及铜片腐蚀进行综合分析时，可以对其润滑性有更全面的了解。

但应强调说明，四球试验所给出的极压性只是在标准条件下的评定结果，此结果与切削性能优劣并没有严格的对应关系。

6、水基切削液的划分
水基切削液分为三大类，即乳化液、合成切削液和半合成切削液。

①乳化液：它由乳化油与水配置而成。

乳化油主要是由矿物油（含量为50%～80%）、乳化剂、防锈剂、油性剂。

极压剂和防腐剂等组成。

稀释液不透明，呈乳白色。

但由于其工作稳定性差，使用周期短，溶液不透明，很难观察工作时的切削状况，故使用量逐年减少。

②合成切削液：它的浓缩液不含矿物油，由水溶性防锈剂、油性剂、极压剂、表面活性剂和消泡剂等组成。

稀释液呈透明状或半透明状。

主要优点是：使用寿命长；优良的冷却和
清洗性能，适合高速切削；溶液透明，具有良好的可见性，特别适合数控机床、加工中心等现代加工设备上使用。

但合成切削液容易洗刷掉机床滑动部件上的润滑油，造成滑动不灵活，润滑性能相对差些。

③半合成切削液：也称微乳化切削液。

它的浓缩液由少量矿物油（含量为5%～30%），油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂和防腐剂等组成。

稀释液油滴直径小于1μm，稀释液呈透明状或半透明状。

它具备乳化液和合成切削液的优点，又弥补了两者的不足，是切削液发展的趋势。

水基切削液分为乳化液、合成切削液和半合成切削液（微乳化液）三大类。

分别为：①乳化液
乳化液的浓缩液主要是由矿物油或合成油（含量为50%～80%）、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂和防腐剂等组成。

浓缩液使用时直接加水稀释即成乳化液，稀释液不透明呈乳白色。

由于其工作稳定性差，使用周期短，溶液不透明，很难观察工作时的切削状况，故用量减少趋势。

②合成切削液
合成切削液的浓缩不含矿物油，由水溶性防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂、表面活性剂、防腐剂和消泡剂等多种添加剂组成。

稀释液呈透明状或半透明状。

它有优良的冷却和清洗性能，适合高速切削；溶液透明，具有良好的可见性，特别适合数控机床、加工中心等现代加工设备使用，使用寿命长。

但合成切削液容易洗刷机床滑动部件上的润滑油，造成滑动不灵活，润滑性能相对较差。

③半合成切削液
半合成切削液也称微乳化切削液，它的浓缩液由少量矿物油或合成油（含量为5%～3 0%），油性剂、极压抗磨添加剂、防锈剂、表面活性剂、消泡剂和防腐剂等组成。

稀释液油滴直径小于1μm，稀释液呈透明状或半透明状。

它具备乳化液和合成切削液的优点，同时又弥补了两者的不足，是切削液的发展趋势。

7、合成切削液的维护与管理
合成切削液属于单相体系，没有乳化液的成分复杂，pH值也较乳化液高（一般9~9.5）而且合成也液中常含有硼酸盐、苯甲酸盐、亚硝酸盐等成分，这些成分都有一定的抗微生物分解的能力，所以合成液的使用寿命一般都较乳化液长，不易腐败变质。

在使用合成切削液时主要应注意三个问题：一是要控制好使用浓度。

在切削液使用一段时间后，由于水分蒸发及工件、切屑带走一部分切削液，在补充水时要按比例加入一定量的
原液，最好定期作浓度检查，如浓度变化较大时，应适当调整加入的水量和原液量，使切削液保持在规定的浓度范围内使用；二是尽量避免在合成液中混入润滑油，由于合成液一般都含有较多的表面活性剂，混入润滑油后，油便被乳化，使合成液逐渐变为乳化液，影响其使用性能，也容易引起发臭变质；三是避免使用硬度多大的水。

合成液中一般都含有脂肪酸皂作润滑剂，如水的硬度大时，水中的钙、镁离子与脂肪酸反应生成不溶性皂，使润滑性能下降，并影响清洗效果。

所以对硬度大的水要进行软化处理后再进行配制，或在组分中加入抗硬水剂。

在合成液中定期加入一定量的杀菌剂也可以延长换液的周期。

使用合成切削液要特别重视机床和工件的防锈管理。

使用的稀释水中若含有多量的氯化钠、硫酸盐，不仅易引起切削液的腐败，也会降低其防锈性能，所以稀释水应选用好的水质。

切削液的防锈性与浓度有着密切关系，当防锈性降低时，一般采用的措施是补充原液以提高合成切削液的浓度。

合成切削液不含油，水分蒸发或不能在金属表面留下一层油膜，其防锈性能比油基切削液和防锈乳化液差。

工件在工序之间滞留，或气象条件骤变、空气湿度大等环境都易引起生锈，应考虑将工件浸入防锈水或涂上防锈油以防止锈蚀。

机床的工作台面在下班前也应将水抹干净涂上防锈油。

8、乳化液的维护与管理
乳化液的维护保养比油基切削液复杂得多。

当配制乳化液时，要先将水加满水箱，然后边搅拌边加入乳化油。

要避免将水加入油中或用少量的水稀释乳化油，否则会得到油包水型乳化液，这类乳化液的黏度大，不适合一般的切削使用。

配制乳化液所用的水十分重要，含各种矿物质和盐的硬水常会妨碍乳化过程。

用硬水配制的乳化液常会迅速分层，析出大量的油和不容于水的皂，影响使用效果。

另外，如水质太软，泡沫就有可能增多。

所以配制乳化液时要预先了解水质的情况，如水质太硬必须经过预处理，可在水中加入质量分数为0.1％~0.3％的三聚磷酸钠便可起到降低水质硬度的作用。

但加入三聚磷酸钠过多会导致细菌、霉菌的繁殖。

所以如果当地的自来水硬度过大，最好使用去离子水。

乳化液中含有的脂肪油和不饱和脂肪酸很容易被微生物侵蚀。

乳化液中经常遇到的微生物有细菌、霉菌和藻类三类，这三类微生物对乳化液的稳定性有不利影响。

许多乳化液都含有杀菌剂，但其添加量都受到油溶解度的限制。

当配制成乳化液时，杀菌剂的浓度进一步降低，因而降低了它的杀菌作用。

乳化液受到微生物的侵蚀后，乳化液中的不饱和脂肪酸等化合物被微生物所分解，破坏了乳化液的平衡，产生析油，析皂及酸值增大，引起乳化液腐败变质。