切削液技術(shù)新進(jìn)展

1、金屬切削與機(jī)床課程考試改革小論文論文題目：金屬切削液技術(shù)分析學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí)：姓 名：金屬切削液技術(shù)分析前 言切削液在常規(guī)使用中都會(huì)遇到變質(zhì)以及廢液的處理及排放等問題。機(jī)床設(shè)備在工作過程中會(huì)有大量導(dǎo)軌油、主軸油、液壓油以及鐵屑、灰塵等各種雜物混入切削液，這其中包含大量的細(xì)菌微生物，結(jié)果會(huì)對(duì)切削液帶來很大危害，不僅降低了切削液的性能和加工效率，還直接影響環(huán)境。金屬切削加工過程中，必須合理使用切削液。切削液的使用效果除與正確地選用切削液的品種和牌號(hào)有關(guān)外，還與它的供給與凈化處理方法有關(guān)。正確的供給和凈化處理不但可提高切削液的使用效果，而且可降低工件加工表面的

2、粗糙度和提高工件的加工精度，延長刀具使用壽命。而使用過的廢切削液中含有大量礦物油料及表面活性劑（乳化劑），過去由于對(duì)它的危害性認(rèn)識(shí)不足，所以都采用直接排放。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，這種含油污水的排放量與日俱增。含油污水造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，大至江河、小至溪流，幾乎都受到不同程度的污染，嚴(yán)重地影響了水生動(dòng)植物的生長、農(nóng)業(yè)灌溉和人們的生活用水。此外，廢切削液中的表面活性劑由于其作用是使礦物油料高度分散在水中，所以更難清除，而且不少乳化劑有增加致癌物的副作用，其危害性比分散的油污更為嚴(yán)重。因此，未經(jīng)處理的廢切削液不得任意排放。廢切削液的回收處理，既符合環(huán)保要求，又可節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。 1 切削液

3、歷史介紹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(yuǎn)古時(shí)代。人們?cè)谀ブ剖鳌~器和鐵器時(shí)，就知道澆水可以提高效率和質(zhì)量。在古羅馬時(shí)代，車削活塞泵的鑄件時(shí)就使用橄欖油，16世紀(jì)使用牛脂和水溶劑來拋光金屬盔甲。到1860年經(jīng)歷了漫長發(fā)展后，車、銑、刨、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機(jī)床相繼出現(xiàn)，也標(biāo)志著切削液開始較大規(guī)模的應(yīng)用。19世紀(jì)80年代，美國科學(xué)家就已首先進(jìn)行了切削液的評(píng)價(jià)工作。針對(duì)當(dāng)時(shí)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(shí)起，人們把切削液稱為冷卻潤滑液。隨著人們對(duì)切削液認(rèn)識(shí)水平的不斷提高以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，發(fā)現(xiàn)在切削區(qū)域

4、中注入油劑能獲得良好的加工表面。20世紀(jì)初，人們開始從原油中提煉潤滑油，并發(fā)明了各種性能優(yōu)異的潤滑添加劑。刀具材料的發(fā)展推動(dòng)了切削液的發(fā)展，近十幾年來, 由于切削技術(shù)的不斷提高，先進(jìn)切削機(jī)床的不斷涌現(xiàn)，刀具和工件材料的發(fā)展，推動(dòng)了切削液技術(shù)的發(fā)展。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的深入發(fā)展和人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)切削液技術(shù)提出了新的要求，它必將推動(dòng)切削液技術(shù)向更高領(lǐng)域發(fā)展。2 切削液的作用2.1 潤滑作用金屬切削加工液（簡稱切削液）在切削過程中的潤滑作用，可以減小前刀面與切屑，后刀面與已加工表面間的摩擦，形成部分潤滑膜，從而減小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具與工件坯料摩擦部位的表面溫度和刀具磨

5、損，改善工件材料的切削加工性能。 在磨削過程中，加入磨削液后，磨削液滲入砂輪磨粒工件及磨粒磨屑之間形成潤滑膜，使界面間的摩擦減小，防止磨粒切削刃磨損和粘附切屑，從而減小磨削力和摩擦熱，提高砂輪耐用度以及工件表面質(zhì)量。2.2 冷卻作用切削液的冷卻作用是通過它和因切削而發(fā)熱的刀具（或砂輪）、切屑和工件間的對(duì)流和汽化作用把切削熱從刀具和工件處帶走，從而有效地降低切削溫度，減少工件和刀具的熱變形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷卻性能和其導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、汽化熱以及粘度（或流動(dòng)性）有關(guān)。水的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱均高于油，因此水的冷卻性能要優(yōu)于油。2.3 清洗作用在金屬切削過程中，要求切削液有

6、良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以及鐵粉、油污和砂粒，防止機(jī)床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂輪的切削刃口保持鋒利，不致影響切削效果。對(duì)于油基切削油，粘度越低，清洗能力越強(qiáng)，尤其是含有煤油、柴油等輕組份的切削油，滲透性和清洗性能就越好。含有表面活性劑的水基切削液，清洗效果較好，因?yàn)樗茉诒砻嫔闲纬晌侥?，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂輪上，同時(shí)它能滲入到粒子和油泥粘附的界面上，把它從界面上分離，隨切削液帶走，保持切削液清潔。2.4 防銹作用在金屬切削過程中，工件要與環(huán)境介質(zhì)及切削液組分分解或氧化變質(zhì)而產(chǎn)生的油泥等腐蝕性介質(zhì)接觸而腐蝕，與切削液接觸的機(jī)床部件表面也會(huì)因此而腐蝕。此外，在工件

7、加工后或工序之間流轉(zhuǎn)過程中暫時(shí)存放時(shí)，也要求切削液有一定的防銹能力，防止環(huán)境介質(zhì)及殘存切削液中的油泥等腐蝕性物質(zhì)對(duì)金屬產(chǎn)生侵蝕。特別是在我國南方地區(qū)潮濕多雨季節(jié)，更應(yīng)注意工序間防銹措施。2.5 其它作用除了以上4種作用外，所使用的切削液應(yīng)具備良好的穩(wěn)定性，在貯存和使用中不產(chǎn)生沉淀或分層、析油、析皂和老化等現(xiàn)象。對(duì)細(xì)菌和霉菌有一定抵抗能力，不易長霉及生物降解而導(dǎo)致發(fā)臭、變質(zhì)。不損壞涂漆零件，對(duì)人體無危害，無刺激性氣味。在使用過程中無煙、霧或少煙霧。便于回收，低污染，排放的廢液處理簡便，經(jīng)處理后能達(dá)到國家規(guī)定的工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)等。3 切削液的分類油基切削液的潤滑性能較好，冷卻效果較差。水基切削液與

8、油基切削液相比潤滑性能相對(duì)較差，冷卻效果較好。含有極壓添加劑的切削油，不論對(duì)任何材料的切削加工。在高速切削時(shí)，由于發(fā)熱量大，油基切削液的傳熱效果差，會(huì)使切削區(qū)的溫度過高，導(dǎo)致切削油產(chǎn)生煙霧、起火等現(xiàn)象，并且由于工件溫度過高產(chǎn)生熱變形，影響工件加工精度，故多用水基切削液。乳化液把油的潤滑性和防銹性與水的極好冷卻性結(jié)合起來，同時(shí)具備較好的潤滑冷卻性，因而對(duì)于大量熱生成的高速低壓力的金屬切削加工很有效。與油基切削液相比，乳化液的優(yōu)點(diǎn)在于較大的散熱性，清洗性，用水稀釋使用而帶來的經(jīng)濟(jì)性以及有利于操作者的衛(wèi)生和安全而使他們樂于使用。實(shí)際上除特別難加工的材料外，乳化液幾乎可以用于所有的輕、中等負(fù)荷的切削加

9、工及大部分重負(fù)荷加工，乳化液還可用于除螺紋磨削、槽溝麻削等復(fù)雜磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺點(diǎn)是空易使細(xì)菌、霉菌繁殖，使乳化液中的有效成分產(chǎn)生化學(xué)分解而發(fā)臭、變質(zhì)，所以一般都應(yīng)加入毒性小的有機(jī)殺菌劑。 化學(xué)合成切削液的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)、散熱快、清洗性強(qiáng)和極好的工件可見性，易于控制加工尺寸，其穩(wěn)定性和抗腐敗能力比乳化液強(qiáng)。潤滑性欠佳，這將引起機(jī)床活動(dòng)部件的粘著和磨損，而且，化學(xué)合成留下的粘稠狀殘留物會(huì)影響機(jī)器零件的運(yùn)動(dòng)，還會(huì)使這些零件的重疊面產(chǎn)生銹蝕。4切削液的選用種類主要成分冷卻性潤滑性應(yīng)用水溶液水+防銹劑+添加劑磨削常用乳化液礦物油+乳化劑+添加劑粗加工常用切削油礦物油+添加劑精加工常用

10、60; 4.1 切削液的選用規(guī)則 (1)切削液應(yīng)無刺激性氣味，不含對(duì)人體有害添加劑，確保使用者的安全。(2)切削液應(yīng)滿足設(shè)備潤滑、防護(hù)管理的要求，即切削液應(yīng)不腐蝕機(jī)床的金屬部件，不損傷機(jī)床密封件和油漆，不會(huì)在機(jī)床導(dǎo)軌上殘留硬的膠狀沉淀物，確保使用設(shè)備的安全和正常工作。(3)切削液應(yīng)保證工件工序間的防銹作用，不銹蝕工件。加工銅合金時(shí)，不應(yīng)選用含硫的切削液。加工鋁合金時(shí)應(yīng)選用pH值為中性的切削液。(4)切削液應(yīng)具有優(yōu)良的潤滑性能和清洗性能。選擇最大無卡咬負(fù)荷PB值高、表面張力小的切削液，并經(jīng)切削試驗(yàn)評(píng)定。(5)切削液應(yīng)具有較長的使用壽命。這對(duì)加工中心尤為重要。(6)切削液應(yīng)盡量適應(yīng)多種加工方式和多

11、種工件材料。(7)切削液應(yīng)低污染，并有廢液處理方法。(8)切削液應(yīng)價(jià)格適宜，配制方便。綜上所述，用戶在選用切削液時(shí)，可根據(jù)本廠特定的加工情況，先初選認(rèn)為綜合性能較好的23種切削液，經(jīng)工廠試用后，確定出性能滿足本廠加工工藝要求，價(jià)格適宜的切削液。4.2 各種材質(zhì)刀具的切削液選用（1）工具鋼刀具其耐熱溫度約在200-300之間，只能適用于一般材料的切削，在高溫下會(huì)失去硬度。由于這種刀具耐熱性能差，要求冷卻液的冷卻效果要好，一般采用乳化液為宜。 （2）高速鋼刀具這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩(有的還含有鋁)為基礎(chǔ)的高級(jí)合金鋼，它們的耐熱性明顯地比工具鋼高，允許的最高溫度可達(dá)600。與其他耐高溫的金屬

12、和陶瓷材料相比，高速鋼有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是它有較高的堅(jiān)韌，適合于幾何形狀復(fù)雜的工件和連續(xù)的切削加工，而且高速鋼具有良好的可加工性和價(jià)格上容易被接受。使用高速鋼刀具進(jìn)行低速和中速切削上，建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時(shí)，由于發(fā)熱量大，以采用水基切削液為宜。若使用油基切削液會(huì)產(chǎn)生較多油霧，污染環(huán)境，而且容易造成工件燒傷，加工質(zhì)量下降，刀具磨損增大。（3）硬質(zhì)合金刀具用于切削刀具的硬質(zhì)合金是由碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)、碳化鉭(TaC)和5-10%的鈷組成，它的硬度大大超過高速鋼，最高允許工作溫度可達(dá)1000，具有優(yōu)良的耐磨性能，在加工鋼鐵材料時(shí)，可減少切屑間的粘結(jié)現(xiàn)象。在選用切削液時(shí)

13、，要考慮硬質(zhì)合金對(duì)驟熱的敏感性，盡可能使刀具均勻受熱，否則會(huì)導(dǎo)致崩刃。在加工一般的材料時(shí)，經(jīng)常采用干切削，但在干切削時(shí)，工件溫升較高，使工件易產(chǎn)生熱變形，影響工件加工精度，而且在沒有潤滑劑的條件下進(jìn)行切削，由于切削阻力大，使功率消耗增大，刀具的磨損也加快。硬質(zhì)合金刀具價(jià)格較貴，所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮，干切削也是不合算的。在選用切削液時(shí)，一般油基切削液的熱傳導(dǎo)性能較差，使刀具產(chǎn)生驟冷的危險(xiǎn)性要比水基切削液小，所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。在使用冷卻液進(jìn)行切削時(shí)，要注意均勻地冷卻刀具，在開始切削之前，最好預(yù)先用切削液冷卻刀具。對(duì)于高速切削，要用大流量切削液噴淋切削區(qū)，以免造成刀具受熱不均

14、勻而產(chǎn)生崩刃，亦可減少由于溫度過高產(chǎn)生蒸發(fā)而形成的油煙污染。 （4）陶瓷刀具采用氧化鋁、金屬和碳化物在高溫下燒結(jié)而成，這種材料的高溫耐磨性比硬質(zhì)合金還要好，一般采用干切削，但考慮到均勻的冷卻和避免溫度過高，也常使用水基切削液。 （5）金剛石刀具具有極高的硬度，一般使用于切削。為避免溫度過高，也象陶瓷材料一樣，許多情況下采用水基切削液5切削液的發(fā)展趨勢5.1 開發(fā)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(fā)性能優(yōu)良且對(duì)人體無害和對(duì)環(huán)境無污染的添加劑。5.2 切削液的綠色使用（1）推廣集中冷卻潤滑系統(tǒng)，即把機(jī)械加工設(shè)備各自獨(dú)立的冷卻潤滑裝置合并為一個(gè)冷卻潤滑系統(tǒng)，使切削液維護(hù)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(shù)，以確保排放的廢液對(duì)環(huán)境無污染。結(jié) 論 切削液在常規(guī)使用中都會(huì)遇到變質(zhì)以及廢液的處理及排放等問題。機(jī)床設(shè)備在工作過程中會(huì)有大量導(dǎo)軌油、主軸油、液壓油以及鐵屑、灰塵等各種雜物混入切削液，這其中包