切削液相关知识

PAGEPAGE15一、切削油(液)概述金属加工是加工工业的基础，切削油（液）是金属加工必备的条件。随着人类对加工要求和加工条件的不断提高，切削油（液）被赋予越来越多的功能。潍坊德斯孚化工有限公司针对现有切削油（液）产品的不足，结合现代加工工艺发展的需求，研发出新一代金属切削液——HFR5000系列切削油（液）。HFR5000系列切削油（液）配方独特、工艺合理，内含矿物油、乳化剂、防锈剂等多种助剂，具有良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗和防腐功能，易乳化稀释，确保加工精度和光洁度，能提高刀具使用寿命。HFR5000切削油（液）代表了市场的研发方向和先进性，是对传统切削液的技术突破。切削油(液)可分为油性和水性，油基切削液也叫切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。油性又可以分为普通切削油、半合成切削油和合成切削液三大类。非水溶性切削液主要是切削油。有各种矿物油，如机械油、轻柴油、煤油等，还有动、植物油，如豆油、猪油等，以及加入油性、极压添加剂配制的混合油。它主要起润滑作用。水溶性切削液主要成分为水，并加入防锈剂，也可加入适量的表面活性剂和油性添加剂，使其具有一定的润滑性能。乳化液由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制的乳化油加95%～98%的水稀释而成的乳白色切削液，有良好的冷却性能和清洗作用。合成切削液和乳化油的区别是其油基中含有较多的乳化剂防锈剂等二、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。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熔点/℃抗剪强度/℃结晶结构FeFeSFe(15)+FeS(85)合金FeCl2FeCl31525119398567230210030一20一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金属皂氯化金属 磷化金属硫化金属

02004006008001000℃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切削液反应生成物反应生成物的抗剪强度τ1/MPa摩擦减少率%试验得出的摩擦减少率/%铁1305四氯化碳FeCl2FeCl3372152718880烷基硫FeSFeS2608一53一60铜941四氯化碳CuCl1028965烷基硫Cu2S415755铝402四氯化碳AlCl3907865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。表-3.水、油的热参数值类别热导率/[W/(m·K)比热容/[J/kg·K]气化热/（J/g）水油钢0.630.125~0.2136~53.24.18×1031.67~2.09×103460.52260167~314—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。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。试样导热系数（J/㎝2·S·℃）水乳化液（稀释50倍）乳化液（稀释25倍）切削油1.0050.7250.5440.105从表4.看出，稀释倍数不同，导热性能差别也很大，而水和油的导热系数则相差10倍。所以在使用水基切削液时，如发现烧伤，冷却效果不好时就要适当加大稀释倍数，提高其冷却效果。切削液的消泡性能也会影响冷却效果。由于泡沫内部是空气，空气的导热性比水的导热性差很多，泡沫多的切削液冷却效果要下降。所以对于容易起泡的切削液要加消泡剂。(三）清洗作用在金属切削过程中，切屑、铁粉、磨屑、油污等物易粘附在工件表面和刀具上，影响切削效果，同时使机床和工件变脏，不易清洗。所以切削液必须具备清洗性能。对于油基切削液，粘度越低，清洗能力越强，特别含有煤油、柴油等轻组份的切削油，清洗、渗透性能就更好。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，并在工件表面上形成一层吸附膜，阻止粒子和油泥吸附在工件、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，切削液带走。切削液的清洗作用还应表现在对切屑、磨屑、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液槽后，能迅速使切屑、磨屑、铁粉、微粒等沉降在底部，油污等物悬浮在液面上，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寿命。全合成水基切削液和半合成微乳液的排油性十分重要。合成切削液和半合成微乳液如果排油性差，很快就会与机床漏下的油或工件带进的油混合变成乳化液，失去了原切削液的特性，并且变成乳化液之后，容易被微生物侵蚀，腐败变质，影响加工效果和使用寿命。(四）防锈作用在切削加工过程中，如果切削液没有一定的防锈能力，工件在加工后或工序间存放期间会受到空气中的水分及腐蚀介质的侵蚀而产生化学腐蚀或电化学腐蚀，引起生锈，机床也同样会生锈。因此切削液必须具备较好的防锈性能。油基切削液一般都具备一定的防锈能力，如果工序间存放期不长，可以不加防锈剂，因为在切削油中加入石油磺酸钡等添加剂会使切削液的抗磨性能下降。要求防锈性好的切削油，可加0.1~0.2%的T746防锈剂，因加量少对切削液润滑性影响不大。铜、铝等有色金属可加入少量的金属减活剂就能起到很好的防腐作用。对于水基切削液，PH值的控制对其防锈性能影响很大。对钢、铁等黑色金属PH值在9~9.5的范围防锈效果最好，而对铜、铝等有色金属PH值在7~8的范围较为合适。用水基切削液加工的工件在包装封存前的清洗防锈工艺十分重要，一般都要经过脱水防锈清洗后再涂防锈油。如工件的水及杂质微粒没清洗干净，即使用最好的防锈油也会很快生锈。由于清洗防锈工艺不当造成零件制品生锈的事故经常会发生。三、切削液的管理1、油基切削液的管理（1）供液系统的清洁与维护新机床第一次使用时，要预先将机床工作点及供液系统的防锈油脂清洗干净，否则会导致切削油性能下降及堵塞过滤网。每次更换新液前，必须将供液系统洗净，除去切屑、油泥、淤渣等。残留的旧油、油泥、淤渣等如混合到新油中，会加促新油的劣化变质。如果在使用过程中要加入其它类别的切削液，必须预先进行两种切削液的相溶性试验及相关性能指标的测试，性能指标没有明显变化时可以混合使用。2）油基切削液的氧化变质及解决办法切削油氧化变质是影响切削油使用性能和使用寿命的主要原因，引起油基切削液氧化变质的原因：①

阳光照射能诱发氧化，所以要尽量避光保存和使用；②某些金属（如Fe、Cu、Pb等）对氧化有促进作用，油品中的金属盐对氧化的促进作用更大，应及时清除切屑、沉渣等；③切削液基础油影响。一般石蜡烃和芳香烃氧化安定性较好，环烷烃特别是多支链环烷烃较差，烯烃最差。石油精制时残留下来的非烃类物质会使油品的氧化性能下降，因此要选择精制程度高的基础油；④有些切削油添加剂如动植物脂肪，带不饱和键的油性极压添加剂等，比较容易氧化，从而加速切削油的氧化。可以采用合成脂来替代动植物油，尽量采用碘值低的添加剂；⑤温度愈高、氧化愈剧烈，所以在运输、贮存时应保持阴凉，切削油槽容积尽量大些，可降低切削加工时的切削油温度。（3）水份混入的影响和处理切削油中混入水份含影响切削油的加工性能和防锈性能，特别是应用氯系极压剂的场合，水与游离氯化氢会结合成盐酸，引起机床和工件生锈。切削油中含有水份会使切削油的磨擦系数上升和极压润滑性大幅下降，加促刀具磨损，影响刀具使用寿命，及影响工件表面加工质量。如果切削油混入太多的水只能换掉，加入新油。如混入水份较少，可用加热的办法将水份蒸掉，注意加热油温度不能超过100℃，以免破坏切削油添加剂的性能。（4）漏油混入的影响与处理在切削油中混入机床的液压油、导轨油等会改变切削油的成分，产生沉淀物，促进切削油的劣化。而且混入大量的机床润滑油，含降低切削油的添加剂浓度，使切削油性能下降。液压油的混入大都是由于密封不良接触，只要检修好密封装置，就可以防止混入。当混入的漏油量较多时，需要及时补充添加剂，并定期测定切削油的质量指标。一些大型机械加工厂，对切削油进行跟踪监测，对保证切削液的使用性能和延长切削液的使用寿命是十分有利的。（5）微细切屑和淤渣的影响与处理铁、铜、铝等金属尤其是刚切下来的带新鲜表面的金属在切削液中起催化剂作用，会加速切削液的氧化。一般切削油的过滤系统只过滤大的切屑，对细微切屑及淤渣等过滤不了，而沉积在油箱内，就会加速切削油的劣化变质，使之粘度增大，并生成胶状物。而且混入的细铁粉对枪钻加工和磨削加工会导致工件加工表面粗糙度变坏，还会损坏供液泵。解决的办法是增加排除微切屑的过滤装置。（6）使用活性极压切削油要注意保护机床的有色金属零部件一般机床与切削液接触的部分带有铜、铝等有色金属时要注意尽量避免使用活性极压切削油。或加入高效的有色金属减活剂、避免有色金属遭腐蚀。2、水基切削液的使用管理（1）水基切削液的浓度管理水基切削液要在一定的浓度范围内使用。使用浓度过高，不仅会引起成本提高，容易发泡，会引发皮肤炎,降低冷却性能。相反使用浓度太低，容易产生切削液防锈性能下降而引起工件和机床生锈，而且由于浓度低而使切削液润滑性能下降,导致刀具磨损增大，加工质量变差等。同时会降低切削液抗御微生物的能力，使切削液容易发生变质。所以保持切削液在规定的浓度是水基切削液管理的主要环节。现场监测切削液的浓度可以使用光学折射计直接测量。为了维持切削液正常的使用范围，企业应指定专职人员配制和监测切削液，及时补充新液和水。（2）水基切削液的防腐蚀管理①稀释水的水质水中的矿物质和盐类可能引起铁和盐铁等金属腐蚀，溶解于水中的盐以金属离子和酸根离子的形式存在，盐酸根和硫酸根会腐蚀多种金属。切削液的水愈纯净，愈不易引起金属腐蚀。此外，切削液在使用过程中，水分不断蒸发和补充，供液中的盐会越积越多，腐蚀性也会愈来愈严重。所以对使用时间长没更换的切削液要定期检测液中盐的含量，如含量太高要更换新液。

②金属零件表面结露当空气温度高时，水会在金属表面结露，由于使用水溶性切削液加工的工件表面没有油膜（合成切削液）或油膜很薄（乳化液），对水的防御能力较差，所以很容易生锈。在梅雨季节，金属零件加工完后最好涂上防锈油脂。

③不同金属接触引起的腐蚀不同金属接触并同处于电解质溶液时，会产生电化学腐蚀，电极电位较负的金属将会不断因腐蚀而溶解。铜、铝等零件放置在机床的铸铁床面上加工，如果放置时间长，使用含电解质的水基切削液就会产生腐蚀，铜和铝的切屑落在有水基切削液的床面上，不及时清扫也会产生腐蚀。④大气环境引起的腐蚀空气中存在有腐蚀性气体，如海边或盐井附近，电镀车间附近，由于空气中有氯离子或硫酸气体，机床及金属零件特别容易生锈。⑤前工序残留物引起腐蚀热处理和电镀过程中残留在工件中的盐酸等物质极容易使引起后续工序产生腐蚀，因此，这些零件在机加工前，必须进行彻底清洗。

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装载和搬运器具引起的腐蚀未经处理的木材，纸板多是酸性，用于装载零件时，亦会引起锈蚀，用铸锌材料制成的篮子、箱子等摆放零件时，可能产生异种金属接触导致电化学腐蚀。搬运中层叠堆放的零件也容易生锈，这些都要采取措施避免。

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后处理不当引起腐蚀零件加工后用压缩空气吹掉零件的污物，同时吹掉了起防锈作用的切削液膜，而且压缩空气有水份，容易引起锈蚀。

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微生物繁殖引起腐蚀水基切削液中由于微生物的繁殖，使切削液腐败变质，使切削液PH值下降，产生一些硫化氢之类的物质，使机床和零件锈蚀。要定期监测切削液的