切削油(液)的作用机理与调配生产和应用出现的问题及处理方法

一、切削油（液）的作用机理
使用金属切削液目的是为了降低切削力及刀具与工件、刀具与切屑 之间的 摩擦，及时带走切削区内产生的热量及降低切削温度，并将切削过程中产生大量 的切屑和磨屑排出，同时还要保证切削机床和加工工件不被腐蚀和生锈，所以切
削液必须具备润滑、冷却清洗和防锈作用。
（一）润滑作用 在切削加工中，刀具——切屑，刀具——工件表面之间产生摩擦，切削液就 是减轻这种摩擦的润滑剂。在后刀面，由于刀具带有后角，它与加工材料接触部分比 前刀面少，接触压力也低，因此后刀具的摩擦润滑状态接近边界润滑状态，一般使用 吸附性强的物质（如油性剂）和使金属接触部分的抗剪强度降低的物质（极压剂）能 有效地减少摩擦。前刀面的状况与后刀面不同，剪切区经变形的切屑在受到刀具进给 力的推挤下被挤出，其接触压力大，切屑也因塑性变形而达到高温。在供给切削液后， 切屑由于受到骤冷而收缩，使前刀面上的刀具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——工件，及磨料——磨屑 之间形成润滑膜，使这些界面的摩擦减轻，防止磨粒切削刃的摩擦磨损和粘附磨屑， 从而减少磨削力、摩擦热和砂轮磨损，降低工件表面粗糙度。 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 切削液效果更好。
铜
wenku.baidu.com
941
烷基硫 402 四氯化碳
铝
切削液的润滑作用与切削的渗透性有关，渗透性能好的切削液，润滑剂能迅 速渗入到刀刃——工件与刀具——切屑界面，在刀具、工具和切屑表面形成 润滑膜、降低摩擦系数，减少切削阻力。
（二）冷却作用 冷却作用是依靠切（磨）削液的对流换热和汽化把切削热从刀具、工件和切屑 中带走，降低切削区的的温度，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。此处，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 和汽化热来提高。水具有较高的比热容和大的热导率。
金属皂 氯化金属 磷化金属 硫化金属
0 200
400
600 温度/℃
800
1000
表-2.切削液的极压添加剂与金属反应生成物的特征
二维切削，t=0.05㎜,v=5.5m/min,高速钢，a=15° 加工材料 金属的抗剪 强度τ/MPa 切削液 四氯化碳 铁 1305 烷基硫 四氯化碳 反应生成物 FeCl2 FeCl3 FeS FeS2 CuCl Cu2S AlCl3 反应生成物的抗 剪强度τ1/MPa 372 152 608 一 102 41 90 摩擦减 少率% 71 88 53 一 89 57 78 试验得出的摩 擦减少率/% 80 60 65 55 65
切削油（液）的作用机理与调配生产和应用出现的问题及处理方法
2008年5月22日
一、切削油（液）的作用机理 （一） 润滑作用 （二） 冷却作用 （三） 清洗作用 （四） 防锈作用 二、切削油（液）的调配 （一）油基切削液的调配 （1）油基切削液的组成 （2）油基切削液各组分含量 （3）基础油的选择 （4）添加剂的选择 （二）水基切削液的调配 水基切削液的组成 不同形态水基切削液各组分含量 乳化油的调配 半合成微乳液的调配 全合成切削液的调配 三、切削液应用出现的问题及处理方法 四、切削液的管理
表-3.水油的热参数值
气化热 / （J/g ） 2260 167~ 314 —
类别
热导率/ [W/(m· K) 0.63 0.125~0.21 36~53.2
比热容/ [J/kg· K] 4.18×103 1.67~2.09×10
3
水 油 钢
460.5
改变液体的流动条件，高流速和加大流量可以有效地提高切 削液的冷却效果，特别对冷却效果较差的油基切削液,效果更 明显。对切削量大的加工,切削液的温升较快，要求切削液的 储存槽的容积也要大些，切削液循环周期延长，避免切削液 温度过高。
水基切削液的使用浓度与冷却效果也有很大关系。表4.为切削油和不同稀释比的乳化油 的导热系数。
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 添加剂的切削液效果更好。 油性添加剂一般是带有极性基（—COOH、—OH、—C=O—NH2等） 的长链有机化合物，如高级脂肪酸、高级醇、动植物油脂等。油性剂是通过极性 基团吸附在金属表面上形成一层润滑膜，这层润滑膜有较低的摩擦系数，可以减 少刀具——工件，刀具——切屑之间的摩擦，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切削温度较低的状况， 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 温下与金属起化学反应，生成硫化铁、磷酸铁、氯化铁等具有低抗剪强度的物质， 从而降低了切削阻力，减少了刀具——工件，刀具——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刀具积屑瘤的生成，改善工件表 面粗糙度。
表-1.硫、氯极压剂生成的固体润滑膜的性质
固体润滑膜 Fe FeS Fe(15)+FeS(8 5) 合金 FeCl2 FeCl3 熔点/℃ 1525 1193 985 672 302 抗剪强度/℃ 100 30 一 20 一 结晶结构 层状格子 层状格子
从表1.可见，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（400℃）会失去润滑作用。硫化铁耐高温性能（700℃以上）最 好。在重负荷切削及难加工材料的切削中一般都使用含有硫极压剂的切削液。 切削液添加剂有效作用的温度范围见图1。 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抗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不适宜用活性极压添加剂 以免对金属造成腐蚀。 图1.切削液添加剂有效作用的温度范围