金属切削液的特点及发展趋势

金属切削液

一、切削液的概念

广义：现代技术的金属加工一般分为成形加工和去除加工两大类，成形加工是通过使工件产生塑性变形得到所要求的尺寸和形状，加工过程中不会产生切屑；而除加工就是通过从工件上通过切削、磨料去除多余材料从而得到所要求的尺寸和形状的工艺方法，这种方法会产生切屑，同时加工过程中由于刀具和被加工金属工件接触表面会产生大量的热能，温度可达到800℃甚至更高。在这两类加工过程中，都要用到一种工艺油（液），通常称之为金属加工液，也就是广义上的切削液，它被注入加工区域起润滑、冷却和清洗作用，以带走加工过程中产生的热量、减轻摩擦和工具损耗、排除切屑、满足特定的加工要求，使加工过程顺利进行。

狭义：狭义的金属切削液仅指在金属去除加工过程-切削加工中用来冷却、润滑刀具和加工件的一种混合润滑剂。

二、切削液的发展史

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。 F·W·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。

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。1945年在美国研制出第一种无油合成切削液,全球一款全合成金属切削液由Cimcool 辛辛那提铣床公司（后更名为辛辛那提—米拉克龙）率先研制成功，并且以独特的粉红色来标记该产品，这是革命性的，在此之前切削液只有纯油和像牛奶一样的乳化液可选。

三、切削液的分类

1986年国际标准化组织（ISO）将金属加工液归入润滑剂产品中，并根据标准（ISO 6743/7）将其分为MH（油基）和MA（水基）两大类。我国于1989年等效采用了ISO标准（ISO 6743/7），制定了国家标准GB/T 7631.5-89，将金属加工润滑剂分为首先要求润滑性的加工工艺和首先需要冷却性的加工工艺两大系列，又将上述系列各分为8类和9类，其中符号为MHA-MHF的6中对应于油基切削液，符号为MAA-MAH的8种对应于水基切削液。

润滑作用的添加剂。

六、配方实例及分析

6.1 配方1（专利1）

表3 配方1

原料添加量作用

矿物油（低粘）15-40 % 基础油

亲水性多元醇15-25 % 助溶剂

阴离子表面活性剂10-20 %

表面活性剂乳化剂清洗剂

氟碳表面活性剂2-8%

非离子表面活性剂1-8 %

三乙醇胺硼酸酯1-6% 润滑、防锈

烷基磷酸酯（APE-10P）1-3% 乳化、清洗

柠檬酸钠1-5% pH调节剂

水余量

1）其中,所述亲水性多元醇为乙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、三丙二醇或聚乙二醇中任意一种。

2）其中,所述阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基磺酸盐、a-烯烃磺酸盐、a-磺基

单羧酸酯、脂肪酸磺烷基酯、石油磺酸盐中任意一种。

3）其中,所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯中任意一种。

配方分析：该润滑切削液表面张力较低，切削液具有优良的润滑性、防锈性、渗透性和清洗性,能有效提高金属加工过程的切削精度和切削速度，但存储时间短，易变质。

6.2 配方2 （专利2）

表4 配方2

原料添加量作用

基础油20%-30% 润滑

非离子表面活性剂15%-25%

乳化剂清洗剂

阴离子表面活性剂3%-5%

防锈剂10%-15% 防锈

助溶剂5%-10% 助溶

极压剂0%-5% 润滑

消泡剂0.2%-0.5% 消泡

杀菌剂0.5%-1% 防腐杀菌剂

水余量冷却

1）其中所述的基础油为三羟甲基丙烷油酸酯。

2）所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯或蓖麻油环

氧乙烷缩合物。

3）所述的脂肪醇聚氧乙烯醚为月桂醇聚氧乙烯醚。

4）所述的聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯为吐温80。

5）所述的蓖麻油环氧乙烷缩合物为EL40。

6）所述的阴离子表面活性剂为石油磺酸盐或蓖麻酸硫酸酯盐。

7）所述的防锈剂为苯甲酸钠、硼酸单乙醇胺及妥尔油中一种或两种以上组成的混合物。8）所述的助溶剂为正丁醇。

9）所述的极压剂为硫化蓖麻油。

10）所述的消泡剂为1000X。

11）所述的杀菌剂为吡啶硫酮。

配方分析：本发明的一种以三羟甲基丙烷油酸酯为基础油的半合成金属切削液适合铸铁、铜、铝等金属材料的切削加工,具有优异的润滑、防锈性能，其制备方法简便,适于工业化生产。

6.3 配方3 （专利2016111574954）

表5 配方3

原料添加量作用

制矿物油15-20% 润滑

仲烷基磺酸钠12-15% 乳化、清洗

椰油脂肪酸二乙醇酰胺7-9% 乳化、清洗、渗透

十二烷基二甲基氧化胺 3.5-4.5% 乳化、清洗

烷基醇胺 3.5-4%

石油磺酸钡 2.4-2.6% 防锈

苯并三氮唑4-5% 防锈

氯化钠 1.8-2.2% 调节粘度

丙三醇0.6-0.7% 增溶、冷却

二乙醇胺3-4% 防锈

消泡剂0.05-0.1% 消泡

壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯4-5% 乳化、清洗

氧化石墨烯2-3% 减摩

N二甲基甲酰胺适量增溶

N-羟基琥珀酰亚胺10.5-11%

1-乙基-(3-- 二甲基氨基17-19%