潤滑寶典 切削液技術的現狀和發展 發布日期：2024年03月03日 08:40:13 瀏覽次數：1952次 詳細內容： 眾所周知，切削液是金屬切削加工的重要配套材料。人類使用切削液的歷史可以追溯到遠古時代。人們在磨制石器、銅器和鐵器時，就知道澆水可以提高效率和質量。在古羅馬時代，車削活塞泵的鑄件時就使用橄欖油，16世紀使用牛脂和水溶劑來拋光金屬盔甲。從1775年英國的約翰·威爾金森(J．wilkinson)
19世紀80年代，美國科學家就已首先進行了切削液的評價工作。 F·W·Taylor發現并闡明了使用泵供給碳酸鈉水溶液可使切削速度提高對30%～40%的現象和機理。針對當時使用的刀具材料是碳素工具鋼，切削液的主要作用是冷卻，故提出“冷卻劑”一詞。從那時起，人們把切削液稱為冷卻潤滑液。 隨著人們對切削液認識水平的不斷提高以及實踐經驗的不斷豐富，發現在切削區域中注入油劑能獲得良好的加工表面。最早，人們采用動植物油來作為切削液，但動植物油易變質，使用周期短。20世紀初，人們開始從原油中提煉潤滑油，并發明了各種性能優異的潤滑添加劑。在第一次世界大戰之后，開始研究和使用礦物油和動植物油合成的復合油。1924年，含硫、氯的切削油獲得專利并應用于重切削、拉削、螺紋和齒輪加工。 刀具材料的發展推動了切削液的發展，1898年發明了高速鋼，切削速度較前提高2～4倍。1927年德國首先研制出硬質合金，切削速度比高速鋼又提高2～5倍。隨著切削溫度的不斷提高，油基切削液的冷卻性能已不能完全滿足切削要求，這時人們又開始重新重視水基切削液的優點。1915年生產出水包油型乳化液，并于1920年成為優先選用的切削液用于重切削。1948年在美國研制出第一種無油合成切削液，并在20世紀70年代由于油價沖擊而使應用提高。 近十幾年來, 由于切削技術的不斷提高，先進切削機床的不斷涌現，刀具和工件材料的發展，推動了切削液技術的發展。隨著先進制造技術的深入發展和人們環境保護意識的加強，對切削液技術提出了新的要求，它必將推動切削液技術向更高領域發展。
在金屬切削加工中，合理使用切削液，能夠減小刀具與工件之間的摩擦，降低切削溫度，減少刀具磨損，從而提高切削效率和加工質量，延長刀具使用壽命，降低加工成本。在切削加工中，切削液主要是起冷卻和潤滑作用。 (1)冷卻作用 切削液澆注在切削區后通過切削熱的傳導、對流和氣化，把刀具、工件和切屑上的切削熱帶走，從而降低了切削區的溫度，達到冷卻作用，提高了刀具的耐用度和工件的加工精度。 (2)潤滑作用 切削液滲透到切削區，在刀具與切屑和工件的接觸表面上產生吸附并發生化學反應，形成潤滑油膜而起到潤滑作用，抑制了積屑瘤的產生，有效地減小切削力，降低工件表面粗糙度。此外，切削液還有清洗、排屑和防銹作用。 切削液的現狀 目前，切削液的品種繁多，作用各異，但歸納起來分為兩大類，即油基切削液和水基切削液。 (1)油基切削液 油基切削液即切削油，它主要用于低速重切削加工和難加工材料的切削加工。目前使用的切削油有以下幾種： ①礦物油：常用作為切削液的礦物油有全損耗系統用油、輕柴油和煤油等。它們具有良好的潤滑性和一定的防銹性，但生物降解性差。 ②動植物油：常用作為切削液的動植物油有鯨魚油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。它們具有優良的潤滑性和生物降解性，但易氧化變質。 ③普通復合切削液：它是在礦物油中加人油性劑調配而成。它比單用礦物油性能好。 ④極壓切削油：它是在礦物油中加入含硫、磷、氯、硼等極壓添加劑、油溶性防銹劑和油性劑等調配而成的復合油。 (2)水基切削液 水基切削液分為三大類，即乳化液、合成切削液和半合成切削液。 ①乳化液：它由乳化油與水配置而成。乳化油主要是由礦物油(含量為50%～80%)、乳化劑、防銹劑、油性劑。極壓劑和防腐劑等組成。稀釋液不透明，呈乳白色。但由于其工作穩定性差，使用周期短，溶液不透明，很難觀察工作時的切削狀況，故使用量逐年減少。 ②合成切削液：它的濃縮液不含礦物油，由水溶性防銹劑、油性劑、極壓劑。表面活性劑和消泡劑等組成。稀釋液呈透明狀或半透明狀。主要優點是：使用壽命長；優良的冷卻和清洗性能，適合高速切削；溶液透明，具有良好的可見性，特別適合數控機床、加工中心等現代加工設備上使用。但合成切削液容易洗刷掉機床滑動部件上的潤滑油，造成滑動不靈活，潤滑性能相對差些。 ③半合成切削液：也稱微乳化切削液。它的濃縮液由少量礦物油(含量為5%～30%)，油性劑、極壓劑、防銹劑、表面活性劑和防腐劑等組成。稀釋液油滴直徑小于1μm，稀釋液呈透明狀或半透明狀。它具備乳化液和合成切削液的優點，又彌補了兩者的不足，是切削液發展的趨勢。 切削液添加劑的現狀 切削液是一種復雜的化合物，它含有幾種乃至幾十種不同成分的添加劑。添加劑的成分不但直接影響切削液的切削性能(潤滑、冷卻和清洗性能)，而且還影響切削液的非切削性能(毒性、腐蝕性、污染性、使用周期性和廢液可處理性)。切削液常用的添加劑主要有極壓潤滑劑、防銹劑和防腐劑等。所以切削液的這些添加劑不僅要性能優良，而且要無毒無害。 (1)極壓潤滑劑 目前仍在使用的權壓潤滑劑主要是含有硫、磷、氯類的化合物，如硫化烯烴、硫化動植物油、硫脲、磷酸酯。氯化石蠟等，它們在高溫下與金屬表面發生化學反應生成化學反應膜，在切削中起極壓潤滑作用。它們的潤滑性能很好，但對環境有污染，對操作者有害。隨著人們環保意識的加強，現在已限制使用此類添加劑。國內外正在著手研究它的替代物。近年來，無毒無害的硼酸鹽(酯)類添加劑系列受到了廣泛的重視。 (2)防銹添加劑 防銹添加劑的作用在于防止工件生銹，它有水溶性和油溶性兩類，分別用于水基切削液和切削油。常用的油溶性防銹添加劑有石油磺酸鋇、石油磺酸鈉等。對于水溶性防銹添加劑，亞硝酸鈉是長期被認為有效的防銹添加劑，但人們已逐漸認識到它對人體有致癌的可能性。鉻酸鹽、重鉻酸鹽對鋼鐵也有良好的防銹作用，但有毒、污染環境，它們的使用都受到限制。磷酸鹽類防銹劑會污染環境，它們的使用也應受到限制。因而開發新型無毒無害防銹劑是發展趨勢。目前利用多種無毒添加劑的協同效應，如由機胺、硼酸鹽、苯丙三氮唑等復配成的高效防銹添加劑已取得好的效果。鉬酸鹽也是防銹性能優良且無毒的防銹劑。 (3)防腐劑 切削液本身具備著微生物和菌類生長繁殖的條件，容易腐敗變質發臭。防腐劑(或殺菌劑)的作用在于殺滅或抑制細菌和霉菌的生長，以達到延長切削液的使用期限。常用的防腐劑是酚類化合物、甲醛類、含氯和含苯化合物。雖有較強的殺菌作用，但會傷害操作者，并污染環境，刺激人的眼、鼻，使操作者患有皮膚病和呼吸道疾病。近年來由于受到環保法規的限制，許多國家對含酚類、苯類及甲醛類的殺菌劑的使用加以限制，并積極尋求新型無毒殺菌劑。如日本選用油酸、硬脂酸、月桂酸等羧酸配成的銅鹽具有一年以上的抗腐蝕能力。美國開發的檸檬酸單銅也有較好的抗菌效果。我們近年來利用硼酸酯、表面活性劑和整合劑復配成的防腐劑也具有較強的抗菌能力。 目前國內在切削液中有防腐劑的產品很少見，在切削液使用中加入防腐劑也不多見。這主要是由于加入防腐劑使切削液的成本增加較大和使用不大方便所致，今后的任務是開發和推廣價格適宜使用方便且無毒的防腐劑。 切削液的選用 目前切削液的品種繁多，性能有好優劣，若選擇不當，會造成不良后果。切削液的選用應遵循以下原則： (1)切削液應無刺激性氣味，不含對人體有害添加劑，確保使用者的安全。 (2)切削液應滿足設備潤滑、防護管理的要求，即切削液應不腐蝕機床的金屬部件，不損傷機床密封件和油漆，不會在機床導軌上殘留硬的膠狀沉淀物，確保使用設備的安全和正常工作。 (3)切削液應保證工件工序間的防銹作用，不銹蝕工件。加工銅合金時，不應選用含硫的切削液。加工鋁合金時應選用pH值為中性的切削液。 (4)切削液應具有優良的潤滑性能和清洗性能。選擇最大無卡咬負荷PB值高、表面張力小的切削液，并經切削試驗評定。 (5)切削液應具有較長的使用壽命。這對加工中心尤為重要。 (6)切削液應盡量適應多種加工方式和多種工件材料。 (7)切削液應低污染，并有廢液處理方法。 (8)切削液應價格適宜，配制方便。 綜上所述，用戶在選用切削液時，可根據本廠特定的加工情況，先初選認為綜合性能較好的2～3種切削液，經工廠試用后，確定出性能滿足本廠加工工藝要求，價格適宜的切削液。 切削濟的發展趨勢 (1) 開發綠色切削液 ①礦物油逐漸被生物降解性好的植物油和合成酯所代替。 ②油基切削液逐漸被水基切削液所代替。 ③開發性能優良且對人體無害和對環境無污染的添加劑。 (2)切削液的綠色使用 ①推廣集中冷卻潤滑系統，即把機械加工設備各自獨立的冷卻潤滑裝置合并為一個冷卻潤滑系統，使切削液維護管理上水平。 ②研究干切削和最小量潤滑切削，以減少切削液的使用量。 ③研究和推廣切削液廢液處理新工藝、新技術，以確保排放的廢液對環境無污染。 |
