1、- 1 -切削液供给、净化与回收处理技术新进展前 言切削液在常规使用中都会遇到变质以及废液的处理及排放等问题。机床设备在工作过程中会有大量导轨油、主轴油、液压油以及铁屑、灰尘等各种杂物混入切削液，这其中包含大量的细菌微生物，结果会对切削液带来很大危害，不仅降低了切削液的性能和加工效率，还直接影响环境。金 属 切 削 加 工 过 程 中 ， 必 须 合 理 使 用 切 削 液 。 切 削 液 的 使 用 效 果 除 与 正 确地 选 用 切 削 液 的 品 种 和 牌 号 有 关 外 ， 还 与 它 的 供 给 与 净 化 处 理 方 法 有 关 。 正 确的 供 给 和 净 化 处 理 不 但
2、 可 提 高 切 削 液 的 使 用 效 果 ， 而 且 可 降 低 工 件 加 工 表 面 的粗 糙 度 和 提 高 工 件 的 加 工 精 度 ， 延 长 刀 具 使 用 寿 命 。 而 使 用 过 的 废 切 削 液 中 含有 大 量 矿 物 油 料 及 表 面 活 性 剂 （ 乳 化 剂 ） ， 过 去 由 于 对 它 的 危 害 性 认 识 不 足 ，所 以 都 采 用 直 接 排 放 。 随 着 工 业 的 迅 速 发 展 ， 这 种 含 油 污 水 的 排 放 量 与 日 俱 增 。据 不 完 全 统 计 ， 中 国 大 陆 仅 机 械 工 业 废 切 削 液 的 日 排 放 量
3、 已 达 2 亿 多 吨 。 含油 污 水 造 成 的 环 境 污 染 日 益 严 重 ， 大 至 江 河 、 小 至 溪 流 ， 几 乎 都 受 到 不 同 程 度的 污 染 ， 严 重 地 影 响 了 水 生 动 植 物 的 生 长 、 农 业 灌 溉 和 人 们 的 生 活 用 水 。 此 外 ，废 切 削 液 中 的 表 面 活 性 剂 由 于 其 作 用 是 使 矿 物 油 料 高 度 分 散 在 水 中 ， 所 以 更 难清 除 ， 而 且 不 少 乳 化 剂 有 增 加 致 癌 物 的 副 作 用 ， 其 危 害 性 比 分 散 的 油 污 更 为 严重 。 因 此 ， 未 经
4、处 理 的 废 切 削 液 不 得 任 意 排 放 。 废 切 削 液 的 回 收 处 理 ， 既 符 合环 保 要 求 ， 又 可 节 约 能 源 ， 降 低 生 产 成 本 。 - 2 -1 切削液历史介绍及作用1.1 切削液历史介绍切削液是金属切削加工的重要配套材料。人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代，车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油，16 世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从 1775 年英国的约翰威尔金森（Jwilkinson）为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加工中的应
5、用。到 1860 年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。19 世纪 80 年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。FWTaylor 发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%40%的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂”一词。从那时起，人们把切削液称为冷却润滑液。随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。20 世纪初，人们开始
6、从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。在第一次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。1924 年，含硫、氯的切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。刀具材料的发展推动了切削液的发展，1898 年发明了高速钢，切削速度较前提高 24 倍。1927 年德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高25 倍。随着切削温度的不断提高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基切削液的优点。1915 年生产出水包油型乳化液，并于 1920 年成为优先选用的切削液用于重切削。1948 年在美国研制出第一种无油合成切削液，并在 20
7、 世纪 70 年代由于油价冲击而使应用提高。近十几年来, 由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的发展，推动了切削液技术的发展。随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强，对切削液技术提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。- 3 -1.2 切削液的作用1.2.1 润 滑 作 用金 属 切 削 加 工 液 （ 简 称 切 削 液 ） 在 切 削 过 程 中 的 润 滑 作 用 ， 可 以 减 小 前刀 面 与 切 屑 ， 后 刀 面 与 已 加 工 表 面 间 的 摩 擦 ， 形 成 部 分 润 滑 膜 ， 从 而 减 小 切削 力 、 摩 擦 和
8、功 率 消 耗 ， 降 低 刀 具 与 工 件 坯 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 。 在 磨 削 过 程 中 ， 加 入 磨 削 液 后 ， 磨 削液 渗 入 砂 轮 磨 粒 工 件 及 磨 粒 磨 屑 之 间 形 成 润 滑 膜 ， 使 界 面 间 的 摩 擦 减 小， 防 止 磨 粒 切 削 刃 磨 损 和 粘 附 切 屑 ， 从 而 减 小 磨 削 力 和 摩 擦 热 ， 提 高 砂 轮 耐用 度 以 及 工 件 表 面 质 量 。1.2.2 冷 却 作 用切 削 液 的 冷 却 作 用 是 通 过 它
9、和 因 切 削 而 发 热 的 刀 具 （ 或 砂 轮 ） 、 切 屑 和工 件 间 的 对 流 和 汽 化 作 用 把 切 削 热 从 刀 具 和 工 件 处 带 走 ， 从 而 有 效 地 降 低 切削 温 度 ， 减 少 工 件 和 刀 具 的 热 变 形 ， 保 持 刀 具 硬 度 ， 提 高 加 工 精 度 和 刀 具 耐用 度 。 切 削 液 的 冷 却 性 能 和 其 导 热 系 数 、 比 热 、 汽 化 热 以 及 粘 度 （ 或 流 动 性） 有 关 。 水 的 导 热 系 数 和 比 热 均 高 于 油 ， 因 此 水 的 冷 却 性 能 要 优 于 油 。1.2.3 清
10、 洗 作 用在 金 属 切 削 过 程 中 ， 要 求 切 削 液 有 良 好 的 清 洗 作 用 。 除 去 生 成 切 屑 、 磨屑 以 及 铁 粉 、 油 污 和 砂 粒 ， 防 止 机 床 和 工 件 、 刀 具 的 沾 污 ， 使 刀 具 或 砂 轮 的切 削 刃 口 保 持 锋 利 ， 不 致 影 响 切 削 效 果 。 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 就越 好 。 含 有 表 面 活 性 剂 的 水 基 切 削 液 ， 清 洗
11、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 。- 4 -1.2.4 防 锈 作 用在 金 属 切 削 过 程 中 ， 工 件 要 与 环 境 介 质 及 切 削 液 组 分 分 解 或 氧 化 变 质 而产 生 的 油 泥 等 腐 蚀 性 介 质 接 触 而 腐 蚀 ， 与 切 削 液 接 触 的 机 床 部 件 表 面
12、 也 会 因此 而 腐 蚀 。 此 外 ， 在 工 件 加 工 后 或 工 序 之 间 流 转 过 程 中 暂 时 存 放 时 ， 也 要 求切 削 液 有 一 定 的 防 锈 能 力 ， 防 止 环 境 介 质 及 残 存 切 削 液 中 的 油 泥 等 腐 蚀 性 物质 对 金 属 产 生 侵 蚀 。 特 别 是 在 我 国 南 方 地 区 潮 湿 多 雨 季 节 ， 更 应 注 意 工 序 间防 锈 措 施 。1.2.5 其 它 作 用除 了 以 上 4 种 作 用 外 ， 所 使 用 的 切 削 液 应 具 备 良 好 的 稳 定 性 ， 在 贮 存 和使 用 中 不 产 生 沉 淀
13、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 。 不 损 坏 涂 漆 零 件 ， 对 人体 无 危 害 ， 无 刺 激 性 气 味 。 在 使 用 过 程 中 无 烟 、 雾 或 少 烟 雾 。 便 于 回 收 ， 低污 染 ， 排 放 的 废 液 处 理 简 便 ， 经 处 理 后 能 达 到 国 家 规 定 的 工 业 污 水 排 放 标 准等 。2 切削液的分类及选用 2.1 切削液的分类油 基 切 削 液 的 润 滑 性 能 较 好 ， 冷 却 效
14、 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 ，
15、 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- 5 -。 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
16、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
17、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
18、 削 液 ： 对 油 基 切 削 液 潜 在 发 生 火 灾 危 险 的 场 所 ； 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 。 从 前 后 工 序 的 流 程 上 考 虑 ， 要 求 使 用 水 基 切 削 液 的 场 合 。 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 。 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
19、 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
20、选 用 油 基 切 削 液 。2.2油基切削液的分类（1） 纯矿物油（L-MHA）：使用煤油、柴油等轻质油和 L-AN7、L-AN10、LAN15、L-AN22、L-AN32 等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长。点可达-30以下，但价格较贵。- 6 -（2）脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）：脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。（3）非活性极压切削油（L-MHC）：由矿油加非活性极压添加剂组成。（4）活性极压切削油（L-MH
21、D）：由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。（5）复合切削油（L-MHE 和 L-MHF）：由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。油基切削液即切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。目前使用的切削油有以下几种：(1)矿物油：常用作为切削液的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。它们具有良好的润滑性和一定的防锈性，但生物降解性差。(2)动植物油：常用作为切削液的动植物油有鲸鱼油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。它们具有优良的润滑性和生物降解性，但易氧化变质。(3)普通复合切削液：它是在矿物油中加人油性剂调配而成。它比单用矿物油性能好。(4)极压切削油：它是在矿物油中加入
22、含硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂和油性剂等调配而成的复合油。2.2.1 纯矿物油（L-MHA） 使用煤油、柴油等轻质油和 L-AN7、L-AN10、LAN15、L-AN22、L-AN32 等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。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，即使有少量切削油漏入齿轮箱、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
23、，其凝点可达-30以下，但价格较贵。- 7 -2.2.2 脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杆、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甘油酯组成，对金属表面有强的吸附性能，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（质量分数，下同约 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，货源较少，近年来已逐渐被油性添加剂所替代。如 15%的 JQ-1 精密切削润滑剂+85%矿油，摩擦系数可达到菜籽油的水平，用于精车丝杆、插
24、齿、刨齿、拉削等均获得良好效果。中国润滑油大全+pc1MM3B3、非活性极压切削油（L-MHC）我们专业、专心、专事、专人：关注汽车后市场，提供汽车美容养护最全的营销资讯、管理新知，打造 365*7*24 永不落幕的“润滑油销售网”和汽车行养护业的“知识百科” 。所谓非活性极压切削油是指切削油在 100、3 小时的腐蚀试验中，铜片腐蚀在 2 级以下（中等程度均匀变色） 。氯化石蜡、磷酸酯、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好，对有色金属不腐蚀，使用方便，被广泛用于多种切削加工。2.2.3 活性极压切削油（L-MHD）由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。这类切削油对铜
25、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，可以提高高温和高压条件下刀具使用寿命，对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。硫化切削油的行业标准是 SH0364-92。5、复合切削油（L-MHE 和 L-MHF）由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。使用油性添加剂如高级脂肪酸、脂肪油等，能在金属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，但这类添加剂只有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，这时需要由极压添加剂发挥作用。同时含有油性剂的硫、磷、氯极压添加
26、剂的复合切削油，可以在很宽的温度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切削加工。- 8 -2.3 油基切削液性能特点油基切削液是使用最早的切削液品种。初期，主要采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。随着石油炼制工业的发展，矿物润滑油占据了主导地拉，同时也使用矿物油和动植物油合成的复合油。现在油基切削液普遍采用含硫、氯的润滑添加剂，应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。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。在高速切削时，
27、多用水基切削液。油基切削液对防止机床和工件生锈的性能很好，且不易劣化，使用时的管理也较方便。而水溶性切削液去除切屑的性能很好，防止发生火灾的性能很好，作业环境清洁。总的来说，油基切削液的润滑性好些，水基切削液的冷却性好些。油基切削液在高温时易产生烟雾，易着火；水基切削液易生菌腐败，使用期短，容易生锈。2.3.1 切削油的质量检测的项目切削油的主要质量控制指标有粘度、闪点、倾点、脂肪含量、硫含量、氯含量、铜片腐蚀、水分、机械杂质、四球试验等。关于测定方法可参考有关的试验方法标准，在此仅对部分项目给予简单说明。 (1) 脂肪含量 脂肪是切削油中的油性添加剂，是划分切削油类别的一个重要指标。脂肪在切
28、削油中可起到降低摩擦系数、减少刀具磨损的作用(对防止后刀面的磨损尤为有效)。加有较多脂肪的切削油特别适合于有色金属加工以及切削量不大但产品精度及光洁度要求高的场合(如精车丝杠)。一般可用皂化值来大致判定其脂肪含量。切削油中脂肪含量过高或其质量控制不当，容易在机器上形成粘性物质造成机件运动不灵活，严重时会变成漆膜即所谓“穿黄袍” 。 (2) 氯含量 切削油中氯主要来自含氯的极压剂。氯需要在较高含量(大于1)时，方可显现出有效的极压作用。如果氯含量不足 1，可以认为它不是为了提高润滑性。一般含氯极压切削油其氯含量都在 4以上，最高时可达 30一 40。但出于职业卫生及环保方面的考虑，有些国家已对切
29、削油中氯的最高含量做了规定，如日本的 JIS 规定氯含量不得超过 15。氯对不锈钢的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。其缺点是不够稳定，遇水或温度过高时会分- 9 -解产生 HCl 引起腐蚀、生锈。 (3)硫含量 切削油中硫来自两个方面。一个是加入的含硫极压剂，另一个是来自其他没有极压作用的含硫化合物，如基础油中原有的天然硫化物以及防锈剂、抗氧剂等。有效的硫只需很低含量(0。1)即可产生明显的极压效果。含硫极压剂对抑制积屑瘤特别有效，但可惜现在还没有简单的方法能分别测出有极压性的硫和没有极压性的硫。所以很难仅仅依据其硫含量(特别是硫含量不高时)判断其极压性如何。不过现在多数切削液制造厂家在其
30、产品说明书中都标明加入的极压剂硫含量。 (4)铜片腐蚀 测定的方法是铜片法。腐蚀活性的大小用级数表示，l 一 2 级为低活性或非活性，34 级为高活性。级数越大，腐蚀活性越强。铜对硫很敏感，用此法可以判断切削油中有没有含硫极压剂和极压剂的活性大小(注意：此法不能判断含硫剂的多少)。此项目也是划分切削油类别的一个重要指标。 (5)四球试验 可测定最大无卡咬负荷。用此法可大致判断切削油的极压性，特别是用结合硫、氯含量及铜片腐蚀进行综合分析时，可以对其润滑性有更全面的了解。但应强调说明，四球试验所给出的极压性只是在标准条件下的评定结果，此结果与切削性能优劣并没有严格的对应关系。24 水基切削切削液的
31、分类水基切削液分为乳化液、合成切削液和半合成切削液（微乳化液）三大类。分别为：2.4.1 乳化液乳化液的浓缩液主要是由矿物油或合成油（含量为 50%80%） 、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂和防腐剂等组成。浓缩液使用时直接加水稀释即成乳化液，稀释液不透明呈乳白色。由于其工作稳定性差，使用周期短，溶液不透明，很难观察工作时的切削状况，故用量量减少趋势。- 10 -2.4.2合成切削液合成切削液的浓缩不含矿物油，由水溶性防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂、表面活性剂、防腐剂和消泡剂等多种添加剂组成。稀释液呈透明状或半透明状。它有优良的冷却和清洗性能，适合高速切削；溶液透明，具有良好的可见性，特
32、别适合数控机床、加工中心等现代加工设备使用，使用寿命长。但合成切削液容易洗刷机床滑动部件上的润滑油，造成滑动不灵活，润滑性能相对较差。2.4.3 半合成切削液半合成切削液也称微乳化切削液，它的浓缩液由少量矿物油或合成油（含量为 5%30%） ，油性剂、极压抗磨添加剂、防锈剂、表面活性剂、消泡剂和防腐剂等组成。稀释液油滴直径小于 1m，稀释液呈透明状或半透明状。它具备乳化液和合成切削液的优点，同时又弥补了两者的不足，是切削液的发展趋势。2.5 水基切削液的性能特点2.5.1我们使用水溶性金属切削液的主要目的（1）延长刀具的使用寿命;（2）保证和提高工件的加工尺寸精度;（3）改善工件表面的光洁度;
33、（4）及时排除金属屑，确保切削过程顺利进行; （5）及时带走切削热，迅速均匀冷却刀具和工件等;（6）防止机床和工件产生腐蚀和锈蚀;（7）提高切削加工效率，降低成本。- 11 -为实现上述目的，要求水溶性金属切液必须具备下列几方面主要性能：2.5.2冷却性能在金属切削加工过程中，所消耗的能量，绝大部分(90%以上)都转变成切削热，它不但使刀具容易磨损，而且使工件容易产生局部烧伤或发暗，影响工件的表面的加工精度及加工质量。因此，要求水溶性金属切削液必须具有良好的冷却性能。 润滑性能。刀具在切削工件的瞬间，通常承受着极大的切削力作用，水溶性金属切削液良好的润滑性能可以减小刀具前刀面与切屑、后刀面与工
34、件表面之间的摩擦与磨损，延长刀具的使用寿命，从而使工件获得良好的加工精度和粗糙度；更重要的是减少切削过程中产生积屑瘤(即刀瘤)的机会。 2.5.3清洗性能金属在切削(或磨削)过程中，油污、细小的切屑、金属粉末和砂轮砂粒等互相粘结，并粘附在工件、刀具和机床上，影响工件的加工质量，降低刀具和砂轮的使用寿命，影响机床的精度。因此，水溶性切削液应具有良好的清洗作用，减少细小的切屑及金属粉末等的粘结以利清洗，同时迅速将细小的切屑及金属粉末等及时冲走。2.5.4 防锈性能水溶性金属切削液在使用过程中大部分是水(约占 80%-98%)，为锈蚀的产生提供了有利的环境，而水溶性金属切削液中的极压剂和某些表面活性
35、剂往往会加剧金属的锈蚀；同时，水溶性金属切削液必须具备一定的防锈性能，使工件在加工过程中和加工后的短时间内不产生锈蚀；同时，水溶性金属切削液良好的防锈性能，也可保证切削液循环系统和机床内部不产生锈蚀及腐蚀现象，起到保养设备的功能。 - 12 -同时，因为水溶性金属切削液的组成成分中含有如表面活性剂、基础油、油性剂和杀菌剂等，以及其与水混合的应用方式特点，要求水溶性金属切削液还必须具备良好的抗泡/消泡、抗菌性能，以及低毒/无毒性、硬水适应性和气味柔和等特点。2.6 切削液的选用种类 主要成分 冷却性 润滑性 应用水溶液 水+防锈剂+添加 剂 磨削常用乳化液 矿物油+乳化剂+ 添加剂 粗加工常用切
36、削油 矿物油+添加剂 精加工常用2.6.1 切削液的选用规则 (1)切削液应无刺激性气味，不含对人体有害添加剂，确保使用者的安全。(2)切削液应满足设备润滑、防护管理的要求，即切削液应不腐蚀机床的金属部件，不损伤机床密封件和油漆，不会在机床导轨上残留硬的胶状沉淀物，确保使用设备的安全和正常工作。(3)切削液应保证工件工序间的防锈作用，不锈蚀工件。加工铜合金时，不应选用含硫的切削液。加工铝合金时应选用 pH 值为中性的切削液。(4)切削液应具有优良的润滑性能和清洗性能。选择最大无卡咬负荷 PB 值高、表面张力小的切削液，并经切削试验评定。(5)切削液应具有较长的使用寿命。这对加工中心尤为重要。(
37、6)切削液应尽量适应多种加工方式和多种工件材料。(7)切削液应低污染，并有废液处理方法。- 13 -(8)切削液应价格适宜，配制方便。综上所述，用户在选用切削液时，可根据本厂特定的加工情况，先初选认为综合性能较好的 23 种切削液，经工厂试用后，确定出性能满足本厂加工工艺要求，价格适宜的切削液。2.6.2 各 种 材 质 刀 具 的 切 削 液 选 用（ 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 能 差 ， 要 求 冷 却 液 的
38、冷 却 效 果 要 好 ， 一般 采 用 乳 化 液 为 宜 。 （ 2） 高 速 钢 刀 具这 种 材 料 是 以 铬 、 镍 、 钨 、 钼 、 钒 (有 的 还 含 有 铝 )为 基 础 的 高 级 合 金 钢， 它 们 的 耐 热 性 明 显 地 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 有 较 高 的 坚韧 ， 适 合 于 几 何 形 状 复 杂 的 工 件 和 连 续 的 切 削 加 工 ， 而 且 高 速 钢 具 有 良 好 的可
39、 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 上 ， 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 油 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 是 由 碳 化 钨 (WC)、 碳 化 钛 (TiC)、 碳 化
40、钽 (TaC)和 5-10%的 钴 组 成 ， 它 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 磨 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 液 时 ， 要 考 虑 硬 质 合 金 对 骤 热 的 敏 感 性 ， 尽 可 能 使 刀 具 均 匀 受热 ， 否 则 会 导 致 崩 刃 。 在 加 工 一 般 的 材 料 时 ， 经 常 采 用 干 切 削 ， 但 在 干 切 削时 ， 工 件 温 升 较 高 ， 使 工 件 易 产 生 热 变 形
41、， 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- 14 -也 加 快 。 硬 质 合 金 刀 具 价 格 较 贵 ， 所 以 从 经 济 方 面 考 虑 ， 干 切 削 也 是 不 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 要 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
42、 使 用 冷 却 液 进 行 切 削 时 ， 要 注 意 均 匀 地 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 造 成 刀 具 受 热 不 均 匀 而 产 生 崩 刃 ， 亦 可 减 少 由 于 温 度 过 高 产 生 蒸 发 而形 成 的 油 烟 污 染 。（ 4） 陶 瓷 刀 具采 用 氧 化 铝 、 金 属 和 碳 化 物 在 高 温 下 烧 结 而 成 ， 这 种 材 料 的 高 温 耐 磨性 比 硬 质 合 金 还 要 好 ， 一 般
43、采 用 干 切 削 ， 但 考 虑 到 均 匀 的 冷 却 和 避 免 温 度 过高 ， 也 常 使 用 水 基 切 削 液 。 （ 5） 金 刚 石 刀 具具 有 极 高 的 硬 度 ， 一 般 使 用 于 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2.7 选用切削液注意事项硬质合金刀具：一般不用切削液；要用就必须连续浇淋。切铸铁：一般不用切削液；铰孔、攻丝时可加煤油切铝合金：不用切削液切铜合金：有色金属：不能用含硫的切削液切镁合金：严禁使用乳化液，可用煤油或 4%氟化钠做切削液3 切削液供给方法及其改进 -
44、15 -3.1 常用供给方法及其改进 目前生产中常用的切削液供给方法有浇注法和内冷却法两种。前者是利用齿轮泵或低压泵（0.10.2MPa）通过管道和喷嘴将切削液直接浇注到刀具前刀面与切屑和刀具后刀面与工件接触区的界面上。此法最为简单，但供液效果差，且切削液消耗大。内冷却法多用于油孔钻、深孔钻、喷吸钻、套料刀和单刃镗铰刀等孔加工刀具上，需在刀体内作出供液孔，然后将高压（110MPa） 、高速的切削液流引入刀体内部，射向切削表面，此法的供液效果好，但需有一套专门的切削液供给系统，使用受到局限。 现在的研究表明，切削液采用近乎干式切削的“汽束”喷雾冷却法最为有效，而且切削液消耗少，加工成本低。众所周
45、知，采用湿式切削时切削液的使用与回收费用在机械加工中占有相当大的比重。据德国一项统计资料表明，在高生产率的工业部门，切削液及其管理费用加在一起，要占加工费用的 16%，而刀具费用仅占 4%，在与切削液有关的总费用中，有 22%是切削液的处理费用，而采用干式切削就节省了这部分的开支。 “汽束”喷雾冷却是以一定压力（0.31.0MPa）的空气使切削液雾化，并以很高的速度喷向切削区域，使在该区域高温下呈雾化状的切削液滴很快汽化。由于液体在汽化时会吸收大量热量，因而可使切削区域内的温度大幅度下降，同时切削液还能带走切削区域和空间的热量和粉末，改善作业环境。实践证明，在使用等量切削液情况下， “汽束”喷
46、雾冷却在相同时间内所吸收的热量是浇注法的 1000 倍。所以，它不但可提高刀具使用寿命，而且可使切削液的消耗大大减少。据德国格林（Guhring ）公司试验证实，在汽车一些生产线上采用“汽束”喷雾冷却，每班只需耗用半杯油，并且可用廉价的工厂派生油。 “汽束”喷雾冷却既适用于自动生产线上，也适用于一般的金属切削加工中。图 3-1 所示为在普通钻床上利用“汽束”供给切削液的一种装置。- 16 -图 3-1 利用“汽束”供给切削液的装置 1贮液箱 2、3过滤器 4、7、10管道 5集液箱 6喷嘴 8箱盖 9喷吸器 11汽阀 12节气阀 13水管该装置由贮液箱 1（包括工作部和溢流部） 、过滤器 2
47、和 3、集液盘 5、喷嘴 6、箱盖 8、喷吸器 9、气阀 11、节气阀 12、水管 13 及管道 4、7 和 10 等组成。工作时，开动气阀 11，压缩空气将以 Pc=0.4MPa 的压力从管路中压出，产生高压气流。高压气流在水管 13 的上部通过时会产生负压，而将切削液从贮液箱中吸出，并击成雾滴状。上述高压气流带着微小液滴的切削液渗透到切削区。在高温下会迅速汽化，吸收大量的热量，从而能有效地降低切削温度。而在集液盘中收集的废液经过滤器过滤后可流回贮液箱继续使用。节气阀 12 是用来改变管路中的压力，以便调整切削液的流量。而气阀 11 则可利用电信号（通过直流电压 U=24V）操纵。使用表明，
48、该装置结构简单，使用方便。 图 3-2 所示为美国一家汽车制动器厂在自动生产线上用的一种靠重力排屑的“汽束”冷却钻削新方法。它将工件翻过来安装，采取钻头从下往上钻的方法，使切屑靠重力落下，同时利用“汽束”来喷雾冷却刀具和工件。据报道，此法比用切削液高压冲洗法好，可使刀具有较长的使用寿命。- 17 -图 3-2 靠重力排屑的 “汽束”冷却钻削方法据报道，俄罗斯“罗士技术”科研生产公司已经开发出在 30 多个国家获得专利发明的静电冷却干式切削（风冷的一种）生态净化工艺，并已在美国、德国、日本、和瑞士等工业发达国家中应用。静电冷却干切技术的实质在于向切削区域输送经过放电处理的空气，它可以在许多情况下
49、取代切削液的使用。在进行切削加工时，产生的热电流通过切削区域，并导致工件与刀具的硬度降低。在正确选择装置工作规范情况下，可减小通过刀具的电流（可减至零） ，而扩大通过工件的电流（扩大一倍） 。这样，便可减小刀具硬度的降低，加大工件被切削层硬度的下降，从而可提高刀具的寿命（可提高 1.54 倍）和改善工件加工表面的质量。在切削不锈钢和钛合金等难加工材料时，这一效果尤为显著。 3.2 切削液集中供给方法 目前一些工业发达国家已有将切削液采用集中供给的方式。所谓集中供给就是将多台湿式加工的、相同的切削方式和材料的，每台机床上各自独立的切削液供给装置，合并为一个供给系统，如图 3-3 所示。- 18 -图 3-3 切削液集中供给示意图 L切削液集中供给净化装置 L1含杂质切削液流 L2 净化切削液流 C内循环 M1、M2 Mn机床集中供液由于采用了大循环、大流量、大行程液体回流，所以切削液的热量散发快，供液系统温度低，并且在周末和节假日等停工期间还设有内循环（见图 3-3 中 C 回路） ，使大流量的切削液能不间断地流动，有效地抑制了细菌的生长，同时也易于对切削液的性能指标（如 PH 酸碱值、浓度以及泡沫等）实现自动控制，确保切削液的质量。此外，集中供液也便于污液的集中净
