金属切削液的作用

金属切削液的作用(1)润滑作用：金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用，可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。

在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒－工件及磨粒－磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮耐用度以及工件表面质量。

（2）冷却作用：切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具（或砂轮）、切屑和工件间的对流和汽化作用把切削热从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。

切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度（或流动性）有关。

水的导热系数和比热均高于油，因此水的冷却性能要优于油。

（3）清洗作用：在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。

除去生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。

对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。

含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂轮上，同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上，把它从界面上分离，随切削液带走，保持切削液清洁。

4）防锈作用：在金属切削过程中，工件要与环境介质及切削液组分分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀，与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐蚀。

此外，在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时，也要求切削液有一定的防锈能力，防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐蚀性物质对金属产生侵蚀。

特别是在我国南方地区潮湿多雨季节，更应注意工序间防锈措施。

（5）其它作用：除了以上4种作用外，所使用的切削液应具备良好的稳定性，在贮存和使用中不产生沉淀或分层、析油、析皂和老化等现象。

对细菌和霉菌有一定抵抗能力，不易长霉及生物降解而导致发臭、变质。

不损坏涂漆零件，对人体无危害，无刺激性气味。

在使用过程中无烟、雾或少烟雾。

便于回收，低污染，排放的废液处理简便，经处理后能达到国家规定的工业污水排放标准等。

车削螺纹时，恰当地使用切削液，可提高生产率和零件质量，切削液的主要作用如下：1、能降低切削时产生的热量，减少由于温升引起的加工误差。

2、能在金属表面形成薄膜，减少刀具与工件的摩擦，并可冲走铁屑，从而降低工件表面粗糙度值，减少刀具磨损。

3、切削液进入金属缝隙，能帮助刀具顺利切削。

金属切削液在金属切削、磨削加工过程中具有相当重要的作用。

实践证明，选用合适的金属切削液，能降低切削温度60~150℃，降低表面粗糙度，1~2级，减少切削阻力15~30%，成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命。

并能把铁屑和灰末从切削区冲走，因而提高了生产效率和产品质量。

故它在机械加工中应用极为广泛。

切削液应具备以下几方面的作用：1) 冷却作用在工件切削加工过程中，能及时而迅速的降低切削区的温度，即降低通常因摩擦引起的温升、冷却也影响切削效率，切削质量及刀具寿命。

2) 润滑作用能减少切削刀具与工件间摩擦。

润滑液能浸润到刀具与工件及其切屑之间，减少摩擦和粘结，降低切削阻力，保证切削质量，延长刀具寿命。

3) 洗涤作用使切屑或磨料粒子被冲洗而离开刀具和工件的加工区，以防它们相互粘结及粘附在工件、刀具和机床上妨碍4) 防锈作用应有一定的防锈性能，防止工件和机床生锈。

如提高防锈性能，还可部分取代工序间防锈。

上述的冷却、润滑、洗涤、防锈四个性能不是完全孤立的，它们有统一的方面，又有对立方面。

如切削油的润滑、防锈性能较好，但冷却、清洗性能差；水溶液的冷却、洗涤性能较好，但润滑、和防锈性能差。

因此，在选用切削液时要全面权衡利弊。

切削液性能要达到以下要求：1) 热容量大，导热性好，具有较好的冷却作用。

2) 具有较高的油性或在金属表面的吸附作用。

能使形成的吸附薄膜具有较高的强度，牢固的吸附在金属表面，起到良好的润滑作用。

3) 防锈性好，对金属不起腐蚀作用，不会因腐蚀而损坏机床和工件的精度及表面粗糙度。

4) 表面张力低，易于均匀扩散，有利于冷却和洗涤作用并具有较好的润滑性。

5) 使用方便，价格低廉，要求容易配置并最好适用于多种金属材料和多种加工方式（如车、磨、刨等），有一定的透明度，在提高切削速度时不冒烟。

6) 对人体无害，无毒、无异味。

不会伤害皮肤及鼻腔粘膜，不刺激眼睛等。

7) 稳定性好，使用寿命长。

在长期使用和贮存期间，不分层、不析出沉淀物，不发霉变质。

8) 切削废液量较大，考虑废液处理，避免造成环境污染1 金属切削液的作用与发展金属切削液作为机械加工重要的配套材料，它在机械加工中主要起冷却、润滑、清洗和防锈四个作用。

在过去以及今后相当长的一段时期内，金属切削液在金属切削加工中的使用仍是金属切削加工中主要的冷却方法。

金属切削液的历史始于18世纪后期，当时金属切削以很低的速度进行。

1883年，美国人F.M. Taylor发现将水浇注到切削区，可以提高切削速度、排除切屑。

随着人们对金属切削加工质量的要求不断提高，人们又采用动植物油作为切削液。

它能在金属表面形成比较牢固的吸附膜，降低工件表面粗糙度。

但它易氧化变质，使用期限短。

人们逐渐在实践中试着将脂肪油跟矿物油掺合而形成一种混合油。

后来，含硫、氯、磷等有机化合物和其他添加剂的非活性极压油和活性极压油应运而生。

它们与金属起化学反应，形成高熔点、低剪切强度的固体润滑膜，提高了切削液在高温、高压下降低摩擦和抗烧结的能力。

随着切削速度和切削温度的不断提高，油基切削液不能完全满足切削要求，这时人们又开始重视水冷却的优点，把油的润滑性能与水的冷却性能结合起来，促使了乳化液的应用。

现在又发展了合成和半合成切削液(即乳化液)，且分别形成了系列产品。

近年来，人们又致力于低污染切削液的研制与开发，以减少切削废液对环境的危害。

应该指出的是，任何一种切削液配方，或多或少几乎都对环境有害。

即使对使用后的废液采取处理，也仍然存在一定含量对环境有害的物质。

关于切削液的种类和选用方法，已有大量的资料和文献供参考，在此不再赘述。

(a)普通浇注法(a)后刀面浇注法图1 几种刀具注液方式2 传统冷却方式的作用与缺陷1. 切削液加注方向对冷却效果的影响切削液的加注方向主要影响切削液能否充分地渗透到切削区。

实际生产中，操作者一般多向刀具前刀面加注(见图1(a )所示)，这样有利于减小切削阻力，但切削液有时难以到达前刀面激烈摩擦的部位，因此产生了从后刀面加注的方法(见图1(b)所示)，这样，随着刀具前进造成的低压，切削液易于进入切削的接触部位。

实验证明这样可延长刀具50%甚至2倍的寿命。

对于平面磨削，在生产实践中一些操作者常常忽略磨削液浇注方向的作用，将磨削液的喷嘴设置成图2所示位置。

由于砂轮高速旋转产生巨大的气流阻碍了磨削液进入磨削区，从而导致磨削过程的“事后”冷却，即此时磨削液仅对工件整体温度的降低起作用，而对处于磨削区的工件温度几乎不起任何冷却作用。

2. 切削液加注方式及其冷却效果切削液的加注方式也称供液法，按照加注原理主要有以下几种：a. 普通浇注法这种供液方法主要由泵、管路系统、喷嘴组成。

切削液由泵送出经喷嘴以一定的流速、流量浇到切削(磨削)区，在切屑容器内被分离后，又回到供液箱。

该方法装置简单，在生产中应用最为广泛。

美国的J . A . Webster对喷嘴的形状、位置等作了较深入的研究，从流体力学的高度上探讨了喷嘴形状对流速的影响，并得到了很多有益的结论。

图2 平面磨削的“事后”冷却图3 刀具加压内冷却方法图4 一种典型的砂轮内冷却装置示意图b. 刀具加压内冷却法其基本原理是在刀具上钻两个交叉孔，使切削液在压力作用下，在刀体内部循环而冷却的方法，如图3所示。

加压内冷却法由于切削液的高速流动，改善了渗透性，使之易于达到切削区，同时因对流的加强也显著地改善了冷却效果。

c. 砂轮内冷却法砂轮内冷却的原理(见图4 )是将切削液引入砂轮架法兰与砂轮间的空隙，使之在随砂轮旋转所造成的离心力的作用下通过砂轮内部的气孔直接到达磨削弧区，起到冷却、润滑的作用。

该方法冷却效果显著，但其缺点也显而易见：它要求砂轮必须有足够的孔隙，以利于传递切削液。

它要求切削液必须经过很好的过滤，以防阻塞了砂轮的孔隙。

它推广的最大障碍在于：磨床停机时，砂轮内的磨削液在重力的作用下会聚集到砂轮靠近地面的一侧，当重新启动时，砂轮将因磨削液分布不均而产生很大的偏心振动。

这种振动对砂轮及机床的损害是很大的。

d. 手工供液法用油壶、笔、毛刷等供液，以达到冷却、润滑的目的。

该方法常见于没有供液装置而需要冷却润滑的生产现场。

如台钻等。

综上，在切削加工中应根据具体情况选用合适的切削液加注方法。

随着生产的发展，也必将有新的供液法出现。

3. 目前切削液使用存在的几个负面问题切削液由于其重要的作用，在机械加工中得到了广泛地应用。

特别是近年来，一些先进制造工艺如超高速切削的出现，它的使用量更是成倍地增长。

与此同时，它的使用也带来如下越来越多的负面问题。

a. 增加了制造成本据德国的许多公司的统计资料表明，使用切削液的费用占总制造成本的7%～17% ，而刀具消耗的费用仅占制造成本的2%～4%。

美国Baylers刀具涂层公司也作了这方面的统计，结果是切削液的消耗是刀具费用的3～4倍。

b. 引起了环境问题在使用切削液较多的工序中，切削液会污染工作环境，工作区常常弥漫着较大的异味。

切削液是机械加工中造成环境污染的重要根源。

例如未处理的乳化液通常其含油量高达20000mg/L ，化学耗氧量(COD)高达9300mg/L，生物耗氧量(BOD)达9300mg/L。

此外还含有大量的亚硝酸钠、三乙醇胺等缓蚀剂和表面活性剂。

在我国，仅机械工业废乳化液的日排放量据不完全统计已近亿吨，可见其问题的严重性。

c. 损害了工人健康在切削过程中，切削液与人体直接接触，会诱发多种皮肤病甚至癌症，威胁或损害着工人的健康。

3 基于环保的“绿色”冷却方法的探索发展切削过程的研究表明：切削液传统的冷却、润滑、排屑等作用在加工过程中并未得到充分有效地发挥，因此人们试图不用或少用切削液，以适应降低成本，减少环境污染的要求。

这就是方兴未艾的少无切削液技术，其中以近来兴起的干切削(Dry Machining)技术最为引人注目。

干切削的科学意义在1995年被正式确立。

它是指在机械加工中，为保护环境和降低成本而有意识地减少或完全停止切削液的使用。

切削力大、切削温度高是干切削的特点，刀具能否克服这些不利影响，是干切削顺利实施的关键所在。