切削油

切削液常识
1. 切削液的作用
2. 切削液的分类
3. 切削液的选用
4. 切削液的使用方法
5. 切削液的维护与管理
6. 切削液的废液处理
一．切削液的作用
在金属切削过程中，为提高切削效率，提高工件的精度和降低工件表面粗糙度，延长刀具使用寿命，达到最佳的经济效果，就必须减少刀具与工件、刀具与切屑之间磨擦，及时带走切削区内因材料变形而产生的热量。

要达到这些目的，一方面是通过开发高硬度耐高温的刀具材料和改进刀具的几何形状,如随着碳素钢、高速钢硬质合金及陶瓷等刀具材料的相继问世以及使用转位刀具等，使金属切削的加工率得到迅速提高；另一方面采用性能优良的切（磨）削液往往可以明显提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延长刀具使用寿命，取得良好和经济效益切削液作用有如下几方面：
１．冷却作用
冷却作用是依靠切削液的对流换热和汽化把切削热从固体（刀具、工件和切屑）带走，降低切削区的温度，减少工件变形，保持刀具硬度和尺寸。

切削液的冷却作用取决于它的热参数值，特别是比热容和热导率。

此外，液体的流动条件和热交换系数也起重要作用，热交换系数可以通过改变表面活性材料和汽化热大小来提高。

水具有较高的比热容和大的导热率，所以水基的切削性能要比油基切削液好。

改变液体的流动条件，如提高流速和加大流量可以有效地提高切削液的冷却效果，特别对于对于冷却效果差的油基切削液，加大切削液的供液压力和加大流量，可有较提高冷却性能。

在枪钻深孔和高速滚齿加工中就采用这个办法。

采用喷雾冷却，使液体易于汽化，也可明显提高冷却效果。

切削液的冷却效果受切削液的渗透性能所影响，渗透性能好的切削液，对刀刃的冷却速度快，切削液的渗透性能与切削液的粘度和浸润性有关。

低粘度液体比高粘度液体渗透性能要好，油基切削液的渗透性能比水基切削液渗透性能要强，含有表面活性剂的水基切削液其渗透性能则大大有所提高。

切削液的浸润性能与切削液的表面张力有关，当液体表面张力大时，液体在固体的表面向周围扩张聚集成液滴，这种液体的渗透性能就差；当液体表面张力小时，液体在固体表面向周围扩展，固体－液体－气体的接触角很小，甚至为零，此时液体的渗透性能就好，液体能迅速扩展到刀具与工件，刀具与切屑接触的缝隙中，便可加强冷却效果。

冷却作用的好坏还与泡沫有关，由于泡沫内部是空气，空气的导热性差，泡沫多的切削液冷却效果会降低，所以一般含表面活性剂的合成切削液都加入了少量的乳化硅油，起到消泡作用。

近年的研究表明，离子型水基切削液能通过离子的反应，迅速消除切削和磨削时由于强烈磨擦所产生的静电荷，合工件不产生高热，起到良好的冷却效果，这类离子型切削液已广泛用作高速磨削和强力磨削的冷却润滑液。

２．润滑作用
在切削加工中，刀具与切削、刀具与工件表面之间产生磨擦，切削液就是减轻这种磨擦的润滑剂。

刀具方面，由于刀具在切削过程中带有后角，它与被加工材料接触部分比前刀面少接触压力也低，因此，后刀面的摩擦润滑状态接近于边界润滑状态，一般使用吸附性强的物质，如油性剂和抗剪强度降低的极压剂，能有效地减少摩擦。

前刀面的状况与后刀面不同，剪切区经变形的切削在受到刀具推挤的情况下被迫挤出，其接触压力大，切削也因塑性变形而达到高温，在供给切削液后，切削也因受到骤冷而收缩，使前刀面上的刀与切屑接触长度及切屑与刀具间的金属接触面积减少，同时还使平均剪切应力降低，这样就导致了剪切角的增大和切削力的减少，从而使工件材料的切削加工性能得到改善。

在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入磨粒与工件及磨粒与磨屑之间形成润滑膜，由于这层润滑膜使得这些界面的摩擦减轻，防止磨粒切削刃的摩擦磨
损，工件表面粗糙度降低。

切削液的润滑作用，一般油基切削液比水基切削液优越，含油性、极压添加剂的油基切削液效果更好。

油性添加剂一般是带有极压性基等的长链有机化合物，如高级脂肪酸、高级醇、动植物油脂等。

油基添加剂是通过极性基吸附在金属的表面上形成一层润滑膜，减少刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，从而达到减少切削阻力，延长刀具寿命，降低工件表面粗糙度的目的。

油性添加剂的作用只限于温度较低的状况，当温度超过２００℃，油性剂的吸附层受到破坏而失去润滑作用，所以一般低速、精密切削使用含有油性添加剂的切削液，而在高速、重切削的场合，应使用含有极压添加剂的切削液。

所谓极压添加剂是一些含有硫、磷、氯元素的化合物，这些化合物在高温下与金属起化反应，生成硫化铁、磷化铁、氯化铁等，具有低剪切强度的物质，从而降低了切削阻力，减少了刀具与工件、刀具与切屑的摩擦，使切削过程易于进行。

含有极压添加剂的切削液还可以抑制积屑瘤的生成，改善工件表面粗糙度。

氯化铁的结晶呈层状结构，所以剪切强度最低。

氯化铁与硫化铁相比，其熔点低，在高温下（约４００℃）会失去润滑作用。

磷酸铁介于氯化铁和硫化铁之间，硫化铁耐高温性能（７００℃）最好，在重负荷切削及难切削材料的加工中一般都使用含有硫极压剂的切削液。

极压添加剂除了和钢、铁等黑色金属起化学反应生成具有低剪切强度的润滑膜外，对铜、铝等有色金属同样有这个作用。

不过有色金属的切削一般不宜用活性极压添加剂，以免对工件造成腐蚀切削液的润滑作用同样与切削液的渗透性有关，渗透性能好的切削液，润滑剂能及时渗入到切屑与刀具界面和刀具与工件界面，在切屑、工件和刀具表面形成润滑膜，降低摩擦系数，减少切削阻力。

切削液除上述的润滑效果外，最近研究认为，切削可以直接渗入到金属表面的微小裂纹中，改变了被加工材料的物理性质，从而降低切削阻力，使切削过程容易进行。

３．清洗作用
在金属切削过程中，切削、铁粉、磨屑、油污等物易粘附在工件表面和刀具、砂轮上，影响切削效果，同时使工件和机床变脏，不易清洗所以切削液必须有良好的清洗作用，对于油基切削液，粘度越低，清洗能力越强，特别是含有柴油、煤油等轻组份的切削液，渗透和清洗性能就更好。

含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好表面活性剂一方面能吸附各种粒子、油泥，并在工件表面形成一层吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、刀具和砂轮上，另一方面能渗入到粒子和
油污粘附的界面上把粒子和油污从界面上分离，随切削液带走，从而起到清洗作用。

切削液的清洗作用还应表现在对切屑、磨悄、铁粉、油污等有良好的分离和沉降作用。

循环使用的切削液在回流到冷却槽后能迅速使切屑、铁粉、磨屑、微粒等沉降于容器的底部油污等物悬浮于液面上，这样便可保证切削液反复使用后仍能保持清洁，保证加工质量和延长使用周期。

４．防锈作用
在切削加工过程中，工件如果与水和切削液分解或氧化变质所产生的腐蚀介质接触，如与硫、二氧化硫、氯离子、酸、硫化氢、碱等接触就会受到腐蚀，机床与切削液接触的部位也会因此而产生腐蚀，在工件加工后或工序间存放期间，如果切削液没有一定的防锈能力，工件会受到空气中的水分及腐蚀介质的侵蚀而产生化学腐蚀和电化学腐蚀，造成工件生锈，因此，要求切削液必须具有较好的防锈性能，这是切削液最基本的性能之一。

切削油一般都具备一定有防锈能力，如果工序间存放周期不长，可以不加防锈添加剂，因为在切削油中加入石油磺酸钡等防锈添加剂会使切削油的抗磨性能下降。

二．切削液的分类
切削液分为油基切削液和水基切削液两大类
1．油基切削液的分类
切削液是以矿物油为主要成分，根据加工工艺和加工材料的不同，可以用纯矿物油，也可以加入各类油性添加剂和极压添加剂以提高其润滑效果
1) 纯矿物油主要采用用煤油、柴油等轻质油。

轻质油主要用于铸铁的切削及珩磨、研磨加工，有利于铁粉的沆降。

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，即使有少量切削液漏入齿箱、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，凝点可达-30℃以下，但价格较贵。

２) 脂肪油（或油性添加剂）＋矿油脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杠、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组成，对金属表面有较强的吸附性能，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（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，货源少，近年来已逐渐被油性添加剂所替代，其摩擦系数可达到菜籽油的水平，用于精车丝杠、插齿刨齿、拉削等均获得良好效果。

３) 非活性极压切削油由矿物油＋非活性极压添加剂组成。

所谓非流活性极压切削油是指切削油在100℃，3h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、磷酸脂、高温合成的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能好，对有色金属不腐蚀，使用方便，被广泛用于多种切削加工。

４) 活性极压切削油由矿物油＋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，可以提高高温条件下刀具使用寿命峄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。

５) 复合切削油由矿物油＋油性添和极压添加剂配制而成。

油性添加剂，如高级脂肪酸、脂肪油等，这些化合物在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，需要极压添加剂发挥作用，在上面已提到，此处不再重复。

同时，含有油性剂和硫、磷、氯极压添加剂的复合切削油，可以在很宽的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加工。

2．水基切削液的分类
１）防锈乳化液由矿物油、乳化剂、防锈剂等组成，矿物油的含量约为50％~80％，在水中形成水包油型乳化液。

与油基切削液相比，乳化液的优点在于冷却效果好，一般稀释为5％~10％的水溶液使用，成本低，使用安全。

乳化液最大的缺点是稳定性差，易受细菌的侵蚀而发臭变质，使用周期短。

２）防锈润滑冷却液这类乳化液含有动植物脂肪或长链脂肪酸（如油酸），具有较好的润滑性。

缺点是这些动植物脂肪或长链不饱和脂肪酸更易受微生物的侵蚀而分解，使用周期很短。

为了延长其实用周期，可在乳化液中加入少量的碳酸钠、硼砂或苯甲酸钠（约为水稀释后乳化液的
0.1%~0.3%）,可提高乳化液的pH值和增强抗霉菌的能力，延长使用周.
３）极压乳化液这类乳化液含有油溶性的硫、磷、氯型极压添加剂，具有强的极压润滑性，可用于攻丝、拉削、带锯等重切削加工，也用于不锈钢、耐热合金钢等难切削材料的加工。

４）微乳液这类乳化液含油量较少（约10％~30％）含表面活性剂量大，可在水中形成半透明状的微乳液，乳化颗粒在0.1µm以下一般乳化液的颗粒＞1µm）。

微乳液的优点是稳定性较乳化液大大提高，使用周期也比乳化液长。

５）极压微乳液含有硫、磷、氯型极压添加剂，具有较好的极压润滑性，可用于重型负荷切削材料的加工。

含有硫、磷、氯型极压;添加剂的乳化液或微乳液，要特别注意提高其防锈性能。

氯离子的存在很容易对黑色金属产生腐蚀，因此，要选择在水中不易分解的含氯极压添加剂，含硫极压剂的乳化液不适合用于加工铜合金。

６）化学合成切削液，化学合成切削液包括二种：一种是含有水溶性防锈剂的真溶液，如亚硝酸钠、碳酸钠、三乙醇胺等组成的水溶性液。

这类溶液具有一定的冷却、清洗、防锈性，不易变质，使用周期较长，但其润滑性和润湿性较差，表面张力较大（与水接近），并且在水份蒸发后，金属表面会留下硬的结晶残留物，所以这类切削液只适合于一般的磨削加工。

另一种合成液是由表面活性剂、水溶性防锈剂和水溶性润滑剂组成，是一种颗粒极小的胶体溶液。

这种切削液表面张力低，一般小于400Pa，其润湿性好，渗透能力强，冷却和清洗性能好，也有一定的润滑作用。

合成切削液由于是单体系，其稳定性较乳化液好，使用周期长，但由于不含油，且清洗能力强，很容易把机床导轨面上的润滑油清洗掉，造成刀架移动困难，并在这些可移动部件的接触面容易产生锈蚀，所以在使用合成切削液时要注意加强设备的防锈管理。

７）极压化学全盛切削液，这种切削液是包含有水溶性极压添加剂的化学全盛切削液，如硫化脂肪酸皂、氯化脂肪聚醚等，可以使切削液的极压润滑性大幅度提高。

含硫的水溶性极压添加剂对铜腐蚀严重，不适宜在有铜零件的设备使用，而且，一般硫氯型的水溶性极压添加剂在水中的稳定性差，易分解出腐蚀性强的硫酸根、氯离子等，对机床和工件会引起腐蚀，必须在切削液中
加入防锈能力强的水基金属防锈剂的金属钝化剂。

近年来，已开发出非硫磷氯型的水基极压润滑剂，这类润滑剂除有较好的极压润滑外，还具备一定的防锈能力，对有色金属不产生腐蚀可扩大水基合成切削液的使用范围。

3．油基切削液和水基切削液的区别
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30m/min时使用切削油。

含有极压添加剂的切削油，不论对任何材料的切削加工，当切削速度不超过60m/min 时都是有效的。

在高速切削时，由于发热量大，油基切削液的传热效果差，会使切削区的温度过高，导致切削油产生烟雾、起火等现象，并且由于工件温度过高产生热变形，影响工件加工精度，故多用水基切削液。

乳化液把油的润滑性和防锈性与水的极好冷却性结合起来，同时具备较好的润滑冷却性，因而对于大量热生成的高速低压力的金属切削加工很有效。

与油基切削液相比，乳化液的优点在于较大的散热性，清洗性，用水稀释使用而带来的经济性以及有利于操作者的卫生和安全而使他们乐于使用。

实际上除特别难加工的材料外，乳化液几乎可以用于所有的轻、中等负荷的切削加工及大部分重负荷加工，乳化液还可用于除螺纹磨削、槽沟麻削等复杂磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺点是空易使细菌、霉菌繁殖，使乳化液中的有效成分产生化学分解而发臭、变质，所以一般都应加入毒性小的有机杀菌剂。

化学合成切削液的优点在于经济、散热快、清洗性强和极好的工件可见性，易于控制加工尺寸，其稳定性和抗腐败能力比乳化液强。

润滑性欠佳，这将引起机床活动部件的粘着和磨损，而且，化学合成留下的粘稠状残留物会影响机器零件的运动，还会使这些零件的重叠面产生锈蚀。

一般在下列的情况下应选用水基切削液：
１）对油基切削液潜在发生火灾危险的场所；
２）高速和大进给量的切削，使切削区超于高温，冒烟激烈，有火灾危险的场合。

３）从前后工序的流程上考虑，要求使用水基切削液的场合。

４）希望减轻由于油的飞溅护油雾和扩散而引起机床周围污染和肮脏，从而保持操作环境清洁的
场合。

５）从价格上考虑，对一些易加工材料护工件表面质量要求不高的切削加工，采用一般水基切削液已能满足使用要求，又可大幅度降低切削液成本的场合。

当刀具的耐用度对切削的经济性占有较大比重时（如刀具价格昂贵，刃磨刀具困难，装卸辅助时间长等）；机床精密度高，绝对不允许有水混入（以免造成腐蚀）的场合；机床的润滑系统和冷却系统容易串通的场合以及不具备废液处理设备和条件的场合。

均应考虑选用油基切削液。

三．切削液的选用
在根据加工方法、要求精度来选择切削液之前，设置了安全性、废液处理等限制项目，通过这些项目可确定是选择用油基切削液还是用水基切削液这两大类别，如强调防火和安全性，就应考虑选择水基切削液，当选择水基切削液时，就应考虑废液的排放问题，企业应具备废液处理的设施。

有些工序，如磨削加工，一般只能选用水基切削液；对于使用硬质合金刀具的切削加工，一般考虑选用油基切削液。

一些机床在设计时规定使用油基切削液，就不要轻易改用水基切削液，以免影响机床的使用性能。

通过权衡这几方面的条件后，便可确定选用油基切削液还是水基切削液。

在确定切削液的主项后，可根据加工方法，要求加工的精度、表面粗糙度等项目和切削液的特征来进行第二步选择，然后对选定和切削液能能否达到预期的要求进行鉴定，最后作出明确的选择结论。

1．根据机床的要求选择切削液
在选用切削液时，必须考虑到机床的结构装置是否适应。

有些机床，如多轴自动车床，齿轮加工机床，设计时就已考虑使用油基切削液，所以没有采用特殊的轴承盖的特殊的装置来保护机床内部机构免受外界水、汽的侵袭，并且，这类机床大都靠油基切削液来润滑接近切削区域的运动部件，因而必须使用油基切削液。

如果使用水基切削液水溶性会渗透到轴承和机床内部结构，使这些零部件脱油产生腐蚀加速磨损。

水基切削液渗入液压系统会使液压油乳化变成油包水或水包油的乳化液，使粘度增大或大幅度下降，改变了液压油的性质，影响液压系统的正常运行。

因此，对于那些原用油基切削液的机床，要转用水基切削液时必须慎重，必要时要作适当的改装，否则
会导致机床损坏。

2．根据刀具材料选择切削液
１）工具钢刀具：其耐热温度约在200~300℃之间，只能适用于一般材料的切削，在高温下会失去硬度。

由于这种刀具耐热性差，要求冷却液的冷却效果要好，一般采用乳化液为宜。

２）高速钢：这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒（有的还含铝）为基础的高级合金钢，它们的耐热明显比工具钢高，允许的最高温度可达600℃。

与其他耐高温的金属和陶瓷材料相比，高速钢有一系列优点，特别是它具有较高的坚韧性，适合于几何形状复杂的工件和连续和切削加工，而且，高速钢具有良好的可加工性和价格上容易被接受。

使用高速钢刀具进行低速和中速切削时，建议采用油基切削液或乳化液。

在高速切削时，由于发热量大，以采用水基切削液为宜。

若使用油基切削液会产生较多的烟雾，污染环境，而且容易造成工件烧伤，加工质量下降，刀具磨损增大。

３）硬质合金刀具：用于切削刀具的硬质合金的硬度大大超过高速钢，最高允许工作温度可达1000℃，具有优良的耐热性能，在加工钢铁材料时，可减少切屑间的粘结现象。

在选用切削时，要考虑硬质合金对骤热的敏感性，尽可能使用刀具均匀受热，否则会导致崩刃。

在加工一般材料时，经常采用干切削，但在干切削时，工件湿升较高，使工件产生热变形，影响工件加工精度，而且在没有润滑剂的条件下进行切削，由于切削阻力大，使功率消耗增大，刀具的磨损也加快。

干切削也是不分合算的。

在选用切削液时一般油基切削液的热传导性能较差，使刀具产生骤冷的危险性比水基切削液小，所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液为宜。

在使用冷却液进行切削时，要注意均匀冷却刀具，在开始切削之前，最好预先用切削液冷却刀具。

对于高速切削，要用大流量切削液喷淋切削区，以免赞成刀具受热不均匀产生崩刃，亦可减少由于温度过高产生蒸发形成和烟污染。

４）陶瓷刀具：采用氧化铝、金属和碳在高温下烧结而成，这种材料的高温耐磨性比硬质合金要好，一般采用干切削，但考虑到均匀的冷却和避免温度过高，也常用水基切削液。

５）金刚石刀具：具有极高的硬度，一般采用干切削。

为避免温度过高，也象陶瓷材料一样，许多情况下采用水基切削液。

3．根据工件材料选择切削液
工件材料的性能对切削液和选择很重要，可把被加工材料按其可切削性的难易划分为不同的级别，以此作为选择切削液的依据，在选择切削液时，对于难加工的材料应选择活性度高的含抗磨极压添加剂的切削液，对于易加工材料可选用纯矿物油划其他不含添加剂的切削液。

4．根据加工方法选择切削液
切削加工是一个复杂过程，尽管是切削一种材料，但当切削速度改变或切削工件的几何形状改变时，切削液显示的效果就完全不同，所以在选择切削液时要结合加工工艺和加工工序的特点来综合考虑。

对于不同切削加工类型，金属的切除特性是不一样的，较难的切削加工对切削液要求也较高。

切削过程的难易程度，按从难到易的次序排列如下：
内拉削－外拉削－攻丝－螺纹加工－滚齿－深孔钻－镗孔－用成形刀具切削螺纹－高速低进给切削螺纹－铣削－钻孔－刨削－车削（单刃刀具）－锯削磨削。

上述排列顺序并不是绝对的，因为，刀具的几何形状和工件材料的变化也会改变加工的难易程度。

下面对一些常用的加工方法如何选择切削液作简单的叙述。

１）车削、镗削
（1）粗车：粗车时加工余量较大，因而切削深度和进给量都较大，切削阻力大，产生大量切削热，刀具磨损也较严重，主要应选择用以冷却作用为主并具有一定清洗、润滑和防锈作用的水基切削液，将切削热及时带走，降低切削温度，从而提高刀具耐用度，一般选用极压乳化液效果更好。

极压乳化液除冷却性能好之外，还具备良好的极压润滑性，可明显延长刀具使用寿命，提高切削效率，使用水基切削液要注意机床导轨面的保养，下班前要将工作台上的切削液擦干，涂上润滑油。

（2）精车：精车时，切削余量较小，切削深度只有0.05~0.8mm，进给量小，要求保证工件的精度和粗糙度。

精车时由于切削力小，温度不高，所以宜采用高浓度（10％以上）的乳化液和含油性添加剂的切削液为宜。

对于精度要求很高的车削，如精车螺纹，要采用菜籽油、豆油划其他产品作润滑液才能达到精度要求。

正如上面所提到的，由于植物油稳定发差，易氧化，有的工厂采用了精密切削润滑剂全损耗系统用油作为精密切削油，效果很好。