金属切削工艺的润滑

　　世界金属加工油液占世界总润滑油量5％以上，而且从以油基为主，逐步向水基发展。由于铝加工业的比例增加，铝加工油品种和产量呈上升趋势。在国外金属加工液中，切削液一直占有较大比例，一般为50％左右。金属加工液分类常按金属加工方法分为切削液和成型液两大类，或按油品化学组成分为非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液两大类。我国目前亦大多沿用此分类。ISO于1986年通过IS06743/7，按油基、水基将加工液分为 MH和 MA两大类，又根据每类的化学组成、应用各分为8类和9类，共17类，该标准将目前众多的金属加工液的品种均可包含进去，我国已等效采用了该标准，制定了 GB7631.5。     　　

　　金属的机械加工通常包括两种类型：金属的去除和金属的变形。前者作业是靠刃具把金属从被加工件上除掉；后者则是用模具使金属在应力下塑性变形，如轧、 拉拔、冲压、 挤压等。一般习惯地把金属去除作业所用的润滑剂称为切削液，而把金属变形用的润滑剂称为金属加工工艺用液体。金属加工液则是泛指上述两类加工、作业用润滑剂。     　　

　　（一）、金属切削液的选用（技术切削设备的润滑见机床的润滑特点）     　　

　　大部分金属切削需要使用切削液，甚至在可以正常进行干切削的作业，如果选用适当的冷却润滑剂也可增加工效。早在1883年，F.W.泰勒(Taylor)曾证明用冲洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。金属切削液的品种繁多。ASTM D2881把金属加工用的液体划为三类：

　　(1)油和油 基液体；(2)水基乳液及分散体；(3)化学溶液(真溶液及胶体溶液)。     　　

　　2类与3类之间的基本区别在于分散相的粒度和粒度分布。溶解油乳化液的平均粒度大于1 μm，真 溶液及胶体溶液的粒度范围为20~40 nm。胶体乳液(Ⅱ-C)代表了一种介于化学溶液 与溶解油的乳液之间的中间状态，其粒度分布介于上述两等级之间。这种划分原则 基本上是一个理论性的区分，因为从典型的矿物油到不含油的化学溶液之间，可能 存在着无限度的等级。     　　

　　近年来，金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域(2、3类)。由于这 类液体以水为基质，其传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定 热量后，比油的温升要慢得多，从而提高了冷却效果，且可减少油雾，因此水基切 削液的用量增大。以英国为例，水基切削液在整个切削液市场中约占60%。但是水基 切削液与油相比存在着润滑性差，其次是锈蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳 定性、可滤性、泡沫性等问题。这些问题对切削液在机床应用时的“油池寿命(Sum p Life)”至关重要。合理选择、应用、监控和维护，对使用水基切削液特别重要。     　　

　　1、金属切削液的成分与选择     　　

　　根据我国目前市场情况，切削液的主要成分如下。     　　

　　(1) 油或油基液体：属于ASTM D 2881分类中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C，习惯称为切削油(也称净切削油)，主体为矿物油，含或不含添加剂。

　　(2) 乳液：属于ASTM D 2881分类中的Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C，有时称为溶解油。根 据矿物油含量和油滴粒度可分为3种： 粗乳液：含油65%~80%,油滴粒度 2~10 μm； 微乳液：含油40%~50%，油滴粒度＜1 μm； 半合成乳液：含油5%~40%，油滴粒度约0.1 μm；

　　(3) 合成液体：含油或不含油，以溶于水的高分子有机物为主要润滑剂。     　　

　　(4) 化学溶液：不含油，属ASTM D 2881分类中的Ⅲ。从以上成分来看，以切削油的润滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液，如配制得当也有相当好的润滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范围最广泛 。用于重负荷切削的乳化液要含极压添加剂。合成液是乳化液的补充产品。这种液体常用在特定的用途上。某些合成液体在 使用中由于浓度增大，清洗性增强而导致损伤操作人员的皮肤和机床涂层。化学溶液是不含矿物油的水溶液。使用前用水稀释，有良好的冲洗、冷却效果 ，并应能防止接触区域的锈蚀。这类液体主要用于研磨，功能在于清洗和冷却，没有润滑性。切削液的选择，首先要避免使用那些对机床、刃具和加工材料有害的液体。通 常，不含游离硫的硫化油适用于加工钢材和铜材。而有些铜合金和高镍合金，在硫 剂(特别是含游离硫)作用下会产生暗色斑痕。水基切削液的成分比较复杂，这是因为要顾及乳化系统的稳定，既要考虑诸成 分的HLB值，又要达到各项性能的平衡。由于切削液以水为基质，还应考虑诸成分的 水溶性或在水中分散的性质。

　　选择切削液前应充分了解下列情况。     　　

　　1.1 加工材料的性质     　　

　　被加工的材料物理化学性质各异，反映在切削操作上就会有切削的难易和与切 削液相容性等新问题。对较难加工的材料及其与切削液的相容性分别简略介绍如下。 　

　　铝：质软，切割易粘切具。乳化液如碱性强，与铝产生化学反应，造成乳液分 层。应选用专用乳化液或石蜡基矿物油作冷却润滑剂。

　　黄铜：切削时产生大量细屑，易使乳化油变绿。含活性硫的油剂可使加工材料 变色，如选油剂要有过滤设备。     　　

　　青铜：剪切前产生显著的塑性变形，可使乳化液变成绿色。如选油剂要有过滤 设备。     　　

　　铜：粘韧，切削时产生微细卷曲的屑，可使乳化液变成绿色，影响乳化液的稳 定，在活性硫作用下生污斑。如选用油剂要配备过滤设备。

　　可锻铸铁：切削时产生大量微细的具有化学活性的磨蚀性屑。这些活性细屑好 似过滤介质，削弱了乳化液的活性，而且可生成铁皂，使乳化液变为红褐色，乳化 液的稳定性变劣。如使用油剂，必须用离心机或过滤器把铁屑除去。     　　

　　铅及其合金：易切削，可生成铅皂，破坏乳化液的稳定。如使用油剂，对油剂 有稠化倾向，要防止使用含大量脂肪的油剂。     　　

　　镁：切削时产生细屑，可燃。一般不使用水基切削液，可采用低粘度油作为切 削液。     　　

　　镍及高镍合金：切削时局部产生高热，切屑可能烧结。可选用重负荷乳化液或 非活性硫化油。     　　

　　钛：产生磨蚀性、可燃的切削，易发生加工硬化现象，应用重负荷乳化油或极 压油剂。     　　

　　锌：切削面不规整，难以取得良好的光洁度，与乳化液生成锌皂，使乳化液分 离，应选专用乳化液。    　　

　　1.2 加工工况     　　

　　刀具的作用是在主剪切区域把加工材料用强剪切力切除剥落。刀具的推进面和 暴露的新鲜金属面之间，由于强烈的附着作用使推进面受到高的应力。因切割剥落 的屑要移过刀具推进面，从而形成了第二剪切区域。在第二剪切区域产生的剪切作 用使刀具受到最大摩擦力。润滑和冷却作用在此时同样重要。但属于金属去除的机 械加工种类很多，又各有其独特的工况。一般认为，在低速加工(螺纹切削、扩孔和 齿面切削)时，切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结，作为边界润滑剂。 在高速切削加工时，切削液的主要作用是降低摩擦热，带走热量。那些切削液难以到达剪切区域的加工作业，给润滑、冷却造成很大的困难。通 常对扩孔、齿轮切削(特别是滚齿)、深孔钻和镗孔、攻丝(特别是盲孔)、深套孔、 车螺纹加工要精心选择适用的切削液。     　　

　　1.3 油基和水基的特点     　　

　　油基切削液指含添加剂的矿物油。水基切削液指乳液、合成液及化学溶液。笼 统地说，低速重负荷切削需要充分的润滑，通常选用极压切削油剂。高速浅层切削 ，冷却是首要的，一般选用水基切削液。有些极压乳化液具有很好的润滑和冷却性 ，可以用于重负荷切削。一般的研磨加工，有时润滑反而有害，故可使用合成液或 化学溶液。加工材料、刀具材质、机床构造也是确定选用油基液或水基液的重要依据。

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