切削液

切削液切削液的分类在切削加工中，合理使用切削液，可以改善切屑、工件与刀具间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面粗糙度。

所以，对切削液的研究和应用应当予以重视金属切削加工中常用的切削液可分为三大类：水溶液、乳化液、切削油。

1.水溶液水溶液的主要成分是水，它的冷却性能好，若配成液呈透明状，则便于操作者观察。

但是单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。

因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。

2.乳化液乳化液是将乳化油用水稀释而成。

乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95—98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。

它具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。

为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。

3.切削油切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。

纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。

在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。

动植物油有良好的“油性”，适于低速精加工，但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用其他代用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。

切削液的作用机理一、切削液的冷却作用切削液能够降低切削温度，从而可以提高刀具使用寿命和加工质量。

在刀具材料的耐热性较差、工件材料的热膨胀系数较大以及两者的导热性较差的情况下，切削液的冷却作用显得更为重要。

切削液冷却性能的好坏，取决于它的导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量、流速等。

一般地说，水溶液的冷却性能最好，油类最差(表8—1)，乳化液介于两者之间而接近于水。

二、切削液的润滑作用三、切削液的清洗作用当金属切削中产生碎屑(如切铸铁)或粉屑(如磨削)时，要求切削液具有良好的清洗作用。

清洗性能的好坏，与切削浓的渗透性、流动性和使用的压力有关。

为了增强切削液的渗透性、流动性，往往加入剂量较大的表面活性剂和少量矿物油，用大的稀释比(水占95％—98％左右)制成乳化液或水溶液；可以大大提高其清洗效果。

为了提高其冲刷能力，及时冲走碎屑及粉屑，在使用中往往给予一定的压力，并保持足够的流量。

切削液的添加剂为了改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂。

常见的有油性和极压添加剂、防锈添加剂、防霉添加剂、抗泡沫添加剂以及乳化剂等(详见表8—2)。

一、油性添加剂和极压添加剂油性添加剂主要应用于低压低温边界润滑状态，它在金属切削过程中主要起渗透和润滑作用，降低油与金属的界面张力，使切削油很快渗透到切削区，在一定的切削温度作用下进一步形成物理吸附膜，减小前刀面与切屑、后刀面与工件之间的摩擦。

在极压润滑状态下，切削液中必须添加极压添加剂来维持润滑膜强度。

常用的极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物，这些化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成化学吸附膜，它比物理吸附膜的熔点高得多，可防止极压润滑状态下金属摩擦界面直接接触，减小摩擦，保持润滑作用。

常用极压添加剂如下：(1)含硫的极压添加剂：在切削液中引入硫元素有两种方式，一是用元素硫直接硫化的矿物油，叫硫化切削油；二是在矿物油中加入含硫的添加剂，如硫化动植物油、硫化烯烃和硫、氯化动植物油等，制成极压切削油。

硫化切削油对铜及铜合金有腐蚀作用，加工时气味大，已逐渐被极压切削油所代替。

含硫的极压切削油在金属切削过程中和金属起化学反应，生成硫化铁。

硫化铁没有像氯化铁那样的层状结构，比氯化铁摩擦系数大，但熔点高(硫化铁熔点1193℃，二硫化铁熔点117l℃)，硫化膜在高温下不易破坏，故切削钢件时，能在1000℃左右的高温下，仍保持其润滑性能。

(2)含氯的极压添加剂：常用的含氯极压添加剂有氯化石蜡(氯含量为40％—50％)、氯化脂肪酸或酯类等。

氯的化学性能活泼，在200—300℃时即能与金属表面起化学反应。

氯化物的摩擦系数低于硫化物，故含氯极压添加剂具有优良的润滑性能，含氯极压添加剂的切削液约可耐600℃的高温，特别适合于切削合金钢、高强度钢、钼以及其他难切削材料。

氯化石蜡等有腐蚀性，必须与油溶性防锈添加剂一起使用。

有的资料[30]认为含氯添加剂的重点应放在四氯化碳这一类高挥发性的添加剂，因为它能渗入切屑、工件与刀具界面间的微裂缝中，同时又能防止冷焊磨损的发生。

但因四氯化碳会挥发出有害气体，所以国内很少采用。

(3)含磷的极压添加剂：在切削液中，常用的含磷添加剂是有机磷酸酯或硫代磷酸锌。

这类添加剂有中等的极压性能，与钢铁接触即被吸附，并起化学反应，生成磷酸铁化学润滑膜，降低摩擦、减小磨损的效果比含硫、含氯的极压添加剂更为良好。

为了得到效果较好的切削液，往往在一种切削液中加入上述的两种或三种添加剂，复合使用，以便切削液迅速进入高温切削区，形成牢固的化学润滑膜。

二、防锈添加剂为了使机床、刀具、工件不受腐蚀，要在切削液中加入防锈添加剂。

它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，在金属表面上优先吸附形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，保护金属表面不与腐蚀介质接触，因而起到防锈作用。

常用的防锈添加剂，可分为水溶性和油溶性两大类：(1)水溶性防锈添加剂：水溶性防锈添加剂的品种很多，其中以亚硝酸钠在乳化液和水溶液中的应用较为广泛。

亚硝酸钠基本上没有润滑性能，在碱性介质中对钢铁有防锈作用，用量一般控制在0.25％左右，浓度再高则对操作者皮肤有害。

亚硝酸钠的防锈作用，对有色金属(如铜、铝及其合金等)无效，甚至起腐蚀作用。

加工铜的乳化液或水溶液，宜用苯骈三氮唑为防锈添加剂，加入0.01％—0.1％即见效果。

应当注意，水溶性防锈添加剂用于乳化液时，用量不宜过大，因为它们大多是电解质，用量过大会破坏乳化液，致使油水分离。

(2)油溶性防锈添加剂：油溶性防锈添加剂主要应用于防锈乳化液，也有用于切削油的。

在使用过程中，常常将各种具有不同特点的防锈剂复合使用，以达到综合防锈的良好效果。

如添加氧化石油酯及其皂类，能提高耐大气腐蚀性能；添加胺类，能提高油脂的抗氧化性，中和酸性物质，添加羊毛脂及其皂类，能提高吸附性。

三、防霉添加剂乳化液长期使用以后，容易变质发臭，这是由于细菌繁殖的结果。

只要加入万分之几的防霉添加剂，即可起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果。

但防霉添加剂会引起操作者皮肤起红斑、发痒等，所以一般不用。

四、抗泡沫添加剂切削液中一般都加入防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂，这些物质增加了混入空气而形成泡沫的可能性。

如果泡沫过多，会降低切削液的效果。

若加入百万分之几的抗泡沫添加剂(如二甲基硅油)，可以有效地防止形成泡沫。

在高速强力磨削时，由于会产生比较多的泡沫，所以必须在磨削液中添加适量的抗泡沫剂，并作消泡试验。

五、乳化剂乳化液是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的关键性物质。

它能吸附在油水界面上形成坚固的吸附膜，使油很均匀地分散在水中，形成稳定的乳化液。

(1)乳化液形成的机理(表面活性剂的作用)：油水本来是互不相溶的，经过高速搅拌也能形成分散体，但静置后不久还会分离。

若加入表面活性剂后，再加搅拌混合，油就会以微小的颗粒分散在水中，形成稳定的乳化液，即使静置也难分离。

这是因为表面活性剂是一种有机化合物，它的分子是由极性基团和非极性基团两个部分组成助。

极性基因是亲水的，叫做亲水基团，可溶于水；非极性基团是亲油的，叫做亲油基团或憎水出由，可溶于油。

加入油和水中的表面活性剂能定向地排列吸附在油水两相界面上，极性端朝水，非极性端朝油，把油和水连接起来，降低油—水的界面张力，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成稳定的水包油(0／W)乳化液，如图8—2所示。

这时水为连续相，称为分散介质或外相；油为不连续相，称为分散相或内相。

反之就是油包水(W／O)的乳化液，如图8—3所示。

在金属切削加工中应用的是水包油(O／W)的乳化液。

表面活性剂在乳化液中，除了起乳化作用外，还能吸附在金属表面上形成润滑膜，起油性添加剂的润滑作用。

(2)表面活性剂的种类：表面活性剂的种类和牌号很多，但按其性质和分子结构，大体可分为四类：阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型。

在配制乳化液时，应用最广泛的是阴离子型和非离子型的表面活性剂(详见表8—2)。

阴离子型表面活性剂的特点是乳化性能好，并有一定的清洗和润滑性能，有的还有—定的防锈性能，但抗硬水能力差，易起泡沫。

非离子型表面活性剂在乳化液和水溶液中不产生离子，所以不怕硬水，也不受PH值(酸碱值的大小)的限制，而且分子中的亲水、亲油基可根据需要加以调节。

(3)乳化稳定剂：乳化液中加入稳定剂的作用有两个方面：一是使乳化油中的皂类借稳定剂的加溶作用与其他添加剂充分互溶，以改善乳化油及乳化液的稳定性；二是扩大表面活性剂的乳化范围，提高稳定性。

但是，在使用乳化稳定剂低分子醇时，应特别注意，因它同时又是破乳剂，如用量过大会造成油水分层。

切削液的选择和使用应当根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工要求，选用不同的切削液。

如选择不当，就得不到应有效果。

常用切削液的配方及其选用可参考附录8。

高速钢刀具粗加工时，应选用以冷却作用为主的切削液，主要目的是降低切削温度；硬质合金刀具粗加工时可以不用切削液，必要时也可以来用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。

精加工切削时（包括铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等），应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。

硬质合金刀具精加工时采用的切削液与粗加工时基本相同，但应适当注意提高其润滑性能。

切削高强度钢和高温合金等难加工材料，对切削液的冷却、润滑作用都有较高的要求，此时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。

加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。