《机械制造过程原理》课件2.11 切削液

1、 在切削加工中，合理使用金属切削液可以降低刀具与切屑、工件之间的摩擦，减小切削力，并及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度，减少刀具磨损，提高刀具耐用度，同时能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高生产效率，改善工件表面粗糙度，保证工件加工精度，达到最佳经济效果。因此，了解切削液的功用，合理选用切削液对实际生产具有重要的意义。 第十一节 切削液 切削加工中最常用的切削液可分为水溶液、乳化液和切削油三大类。一.切削液的分类 水+防锈添加剂，也可加入一定量的表面活性剂和油性添加剂，使用时根据加工情况用水配成一定浓度的稀释液使用，主要成分是水。有良好的冷却性能和清洗作用，还有一定的防锈与

2、润滑作用，最适应于磨削加工。 1、 水溶液 2、切削油 切削油由各种矿物油（如机械油、轻柴油、煤油等）、动植物油（如豆油、猪油等）和油性、极压添加剂配制的混合油，不含水，在使用时不用水稀释。它主要起润滑作用。 3、乳化液 乳化液是由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制而成，用9598的水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液，为了提高其防锈和润滑性能，再加入一定的添加剂。具有良好的冷却性能和清洗作用，还有一定的防锈与润滑作用。二.切削液的作用 1冷却作用 2润滑作用 3清洗作用 4防锈作用1.切削液的冷却作用 切削液浇注在切削区域后，通过切削热的传导、对流和汽化，使切屑、刀具和工件的热量散逸起到冷却作

3、用。冷却的主要目的是使切削区切削温度降低，尤为重要的是降低前刀面上最高温度。 通常采用的从前刀面上方往下浇注切削液的方法，由于受切屑排出的影响，冷却效果并不最好。 有效的冷却方法应该使切削液从刀具主后刀面处往上喷射。也可采用喷雾冷却方法，使高速喷射的液体细化成雾状。然后在切削区域吸收大量热量而产生汽化现象。加工精密细长零件时，为减少切削热影响而造成尺寸误差，除了保证均匀充分冷却外，应在零件全长浇注切削液以扩大冷却范围。2.切削液的润滑作用 切削液能渗入到刀具与切屑、加工表面之间形成润滑膜或吸附膜，可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯

4、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，减小摩擦。 在切削过程中，刀具前刀面与切屑接触，发生剧烈摩擦，压力很高(1GPa以上)，温度也达500以上。在这种情况下，使用切削液也不能得到完全的流体动力润滑，并且由于部分润滑膜破裂，将造成部分金属与金属直接接触。因而，金属切削中的润滑大多属于边界润滑。 如果切屑与前刀面之间形成完全的润滑油膜，金属直接接触面积很小或近于零，则成为流体润滑。如不用切削液，则完全是金属与金属接触的干摩擦。上述边界润滑就是介于流体润滑和干摩擦之间的一种润滑。切削液的润滑作用就是指减小金属直接接触面积，降低摩擦系数的作用。 在金属切削过程中，切削液可以冲走

5、切削区域和机床上的细碎切屑、脱落的磨粒和油污，防止划伤已加工表面和导轨，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。 清洗性能取决于切削液的流动性和使用压力。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。3.切削液的清洗作用 为了减小工件、机床、刀具受周围介质(空气、水分等)的腐蚀，要求切削液具有一定的防锈作用。在切削液中加入防锈剂，可在金

6、属表面形成一层保护膜，起到防锈作用。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的作用。在气候潮湿地区，对防锈作用的要求显得更为突出。4.切削液的防锈作用 除了以上四种作用外，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。5.切削液的其它作用 为改善切削液的性能而加入的一些化学物质，称为切削液的添加剂。常用的添加剂如下表所示。分类添 加 剂油性添加剂动植物油，脂肪酸及其皂，脂肪醇，酯类、酮类、胺类等化合物极压添加剂硫、磷、氯、碘等有机化合物，如氯化石蜡、二烷基二硫代磷酸锌等防锈添加剂

7、水溶性亚硝酸钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠、苯甲酸钠、苯甲酸胺、三乙醇胺等非水溶性石油磺酸钡、石油磺酸钠、环烷酸锌等防霉添加剂苯酚、五氯酚、硫柳汞等化合物抗泡沫添加剂二甲基硅油助溶添加剂乙醇、正丁醇、苯二甲酸酯、乙二醉醚等乳化剂(表面活性剂)阴离子型石油磺酸钠、油酸钠皂、松香酸钠皂、高碳酸钠皂、磺化蓖麻油、油酸三乙醇胺等非离子型平平加(聚氧乙烯脂肪醇醚)、司本(山梨糖醇油酸酯)、吐温(聚氧乙烯山梨糖醇油酸酯)乳化稳定剂乙二醇、乙醇、正丁醇、二乙二醇单正丁基醚、二甘醇、高碳醇、苯乙醇胺、三乙醇胺三.切削液的添加剂 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

8、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。主要起润滑作用，常用于低速精加工。常用的油性添加剂有动物油、植物油、脂肪酸、胺类、醇类和脂类等。1.油性添加剂 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而生成化学吸附膜，熔点高，能在极压状态下保持润滑作用。常用的极压添加剂有：含硫的极压添加剂、含氯的极压添加剂和含磷的压添加剂。2.极压添加剂 它是使矿物油和水乳化而形成稳定乳化液的添加剂。它能吸附在油水界面上形

9、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)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。极性基团是亲水的，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基团，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(0W)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。 3.表面活性剂 (2)表面活性剂的种类

10、 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。 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。4.乳化稳定剂 它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，吸附在金属表面上形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，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 在水溶性防锈添加剂中以亚硝酸钠在乳化液和水溶液中

11、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。 (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。5.防锈添加剂 为了防止乳化液在长期使用后，变质发臭，常常加入万分之几的防霉添加剂，同时为了防止乳化液产生大量泡沫，而降低切削液的效果，还要加入百万分之几的抗泡沫添加剂(如二甲基

12、硅油)。6.其它添加剂 在选用不同的切削液时，首先根据工件材料、刀具材料、加工方法和加工精度等条件，同时综合考虑安全性、废液处理、环保等限制项目。如果要强调防火的安全性，就应考虑选用水溶性切削液，当选用水溶性切削液时，就应考虑废液的排放问题，企业应具备废液处理的设施等。四.切削液的选用原则 1.（按加工要求选用） (1)粗加工 粗加工时，切削用量较大，产生大量的切削热，容易导致高速钢刀具迅速磨损。主要要求降低切削温度，应选用冷却性能为主的切削液，如水溶液。 硬质合金刀具耐热性较好，一般不用切削液。如果要用，必须连续地、充分地浇注，切不可断断续续，以避免产生很大热应力而导致裂纹，损坏刀具。 在较

13、低速切削时，刀具以机械磨损为主，宜选用以润滑性能为主的切削油； 在较高速度切削时，刀具主要是热磨损，要求切削液有良好的冷却性能，宜选用乳化液。(2)精加工 切削液的主要作用是减小工件表面粗糙度和提高加工精度。 对一般钢件加工时，切削液应具有良好的渗透性、润滑性和一定的冷却性。 在较低速度 (6.030m/min）时，为减小刀具与工件间的摩擦和粘结，抑制积屑瘤，以减小加工粗糙度，宜选用极压切削油或10%12%极压乳化液。2按工件材料选用 切削高强度钢和高温合金等难加工材料时，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。精加

14、工铜及其合金、铝及其合金或铸铁时，主要是要求达到较小的表面粗糙度，可选用离子型切削液或10%12%乳化液。3按加工方法选用 铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等半封闭、封闭加工工序的加工刀具与已加工表面摩擦严重，应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。因为成形刀具、齿轮刀具价格昂贵，要求刀具使用寿命长，故采用极压切削油。 磨削加工时，由于磨削区温度较高，工件容易烧伤，还会产生大量的碎屑，这些碎屑连同脱落的砂粒会划伤已加工表面，因此要求切削液应具有良好的冷却和清洗、排屑和防锈性能， 一般选用乳化液。但选用离子型切削液效果更好，而且价格也较便宜。 磨削难加工材料，宜选用润滑性能较好的极压乳化液或极压切削油。 在实际生产中，切削液的施加方法，以浇注法用得最多。使用此法时，但流速慢、压力低，难于直接渗透入最高温度区，影响切削液效果。切削时，切削液流量应充足，浇注位置应尽量接