車削加工中切削油的特點及注意事項詳細介紹

1、 車削加工中切削油的特點及注意事項詳細介紹 概述：在國外金屬加工液中，切削液始終占有較大比例，一般為50左右。金屬加工液分類常按金屬加工方法分為切削液和成型液兩大類，或按油品化學(xué)組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。我國目前亦大多沿用此分類。ISO于1986年通過IS06743/7，按油基、水基將加工液分為 MH和 MA兩大類，又依據(jù)每類的化學(xué)組成、應(yīng)用各分為8類和9類，共17類，該標準將目前眾多的金屬加工液的品種均可包含進去，我國已等效采納了該標準，制定了 GB7631.5。 金屬的機械加工通常包括兩種類型：金屬的去除和金屬的變形。前者作業(yè)是靠刃具把金屬從被加工件上除掉；后者則

2、是用模具使金屬在應(yīng)力下塑性變形，如軋、 拉拔、沖壓、 擠壓等。一般習慣地把金屬去除作業(yè)所用的潤滑劑稱為切削液，而把金屬變形用的潤滑劑稱為金屬加工工藝用液體。金屬加工液則是泛指上述兩類加工、作業(yè)用潤滑劑。 （一）、金屬切削液的選用（技術(shù)切削設(shè)備的潤滑見機床的潤滑特點） 大部分金屬切削需要使用切削液，甚至在可以正常進行干切削的作業(yè)，假如選用適當?shù)睦鋮s潤滑劑也可增加工效。早在1883年，F(xiàn).W.泰勒(Taylor)曾證明用沖洗刀具和加工件可使切削速度提高30%40%。 金屬切削液的品種繁多。ASTM D2881把金屬加工用的液體劃為三類：(1)油和油 基液體；(2)水基乳液及分散體；(3)化學(xué)溶液(

3、真溶液及膠體溶液)。2類與3類之間的基本區(qū)分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 m，真 溶液及膠體溶液的粒度范圍為2040 nm。膠體乳液(-C)代表了一種介于化學(xué)溶液 與溶解油的乳液之間的中間狀態(tài)，其粒度分布介于上述兩等級之間。這種劃分原則 基本上是一個理論性的區(qū)分，由于從典型的礦物油到不含油的化學(xué)溶液之間，可能 存在著無限度的等級。 近年來，金屬切削液的進展和變化主要是在水溶性液體領(lǐng)域(2、3類)。由于這 類液體以水為基質(zhì)，其傳熱速度高(水的傳熱速度為油的2.5倍)。等量的水汲取肯定 熱量后，比油的溫升要慢得多，從而提高了冷卻效果，且可削減油霧，因此水基切 削液的用量

4、增大。以英國為例，水基切削液在整個切削液市場中約占60%。但是水基 切削液與油相比存在著潤滑性差，其次是銹蝕、膠體穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、生物穩(wěn) 定性、可濾性、泡沫性等問題。這些問題對切削液在機床應(yīng)用時的“油池壽命(Sum p Life)”至關(guān)重要。合理選擇、應(yīng)用、監(jiān)控和維護，對使用水基切削液特殊重要。 1、金屬切削液的成分與選擇 依據(jù)我國目前市場狀況，切削液的主要成分如下。 (1) 油或油基液體：屬于ASTM D 2881分類中的-A、-B、-C，習慣稱為切削油(也稱凈切削油)，主體為礦物油，含或不含添加劑。 (2) 乳液：屬于ASTM D 2881分類中的-A、-B、-C，有時稱為溶解油。根

5、據(jù)礦物油含量和油滴粒度可分為3種： 粗乳液：含油65%80%,油滴粒度 210 m； 微乳液：含油40%50%，油滴粒度1 m； 半合成乳液：含油5%40%，油滴粒度約0.1 m； (3) 合成液體：含油或不含油，以溶于水的高分子有機物為主要潤滑劑。 (4) 化學(xué)溶液：不含油，屬ASTM D 2881分類中的。從以上成分來看，以切削油的潤滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液，如配制得當也有相當好的潤滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范圍最廣泛 。用于重負荷切削的乳化液要含極壓添加劑。合成液是乳化液的補充產(chǎn)品。這種液體常用在特定的用途上。某些合成液體在 使用中由于濃度增大，清洗性增加而導(dǎo)

6、致?lián)p傷操作人員的皮膚和機床涂層?；瘜W(xué)溶液是不含礦物油的水溶液。使用前用水稀釋，有良好的沖洗、冷卻效果 ，并應(yīng)能防止接觸區(qū)域的銹蝕。這類液體主要用于研磨，功能在于清洗和冷卻，沒有潤滑性。切削液的選擇，首先要避開使用那些對機床、刃具和加工材料有害的液體。通 常，不含游離硫的硫化油適用于加工鋼材和銅材。而有些銅合金和高鎳合金，在硫 劑(特殊是含游離硫)作用下會產(chǎn)生暗色斑痕。水基切削液的成分比較簡單，這是由于要顧及乳化系統(tǒng)的穩(wěn)定，既要考慮諸成 分的HLB值，又要達到各項性能的平衡。由于切削液以水為基質(zhì)，還應(yīng)考慮諸成分的 水溶性或在水中分散的性質(zhì)。 選擇切削液前應(yīng)充分了解下列狀況。 1.1 加工材料的性

7、質(zhì) 被加工的材料物理化學(xué)性質(zhì)各異，反映在切削操作上就會有切削的難易和與切 削液相容性等新問題。對較難加工的材料及其與切削液的相容性分別簡略介紹如下 。 鋁：質(zhì)軟，切割易粘切具。乳化液如堿性強，與鋁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成乳液分 層。應(yīng)選用專用乳化液或石蠟基礦物油作冷卻潤滑劑。 黃銅：切削時產(chǎn)生大量細屑，易使乳化油變綠。含活性硫的油劑可使加工材料 變色，如選油劑要有過濾設(shè)備。 青銅：剪切前產(chǎn)生顯著的塑性變形，可使乳化液變成綠色。如選油劑要有過濾 設(shè)備。 銅：粘韌，切削時產(chǎn)生微細卷曲的屑，可使乳化液變成綠色，影響乳化液的穩(wěn) 定，在活性硫作用下生污斑。如選用油劑要配備過濾設(shè)備。 可鍛鑄鐵：切削時產(chǎn)生大量微

8、細的具有化學(xué)活性的磨蝕性屑。這些活性細屑好 似過濾介質(zhì)，減弱了乳化液的活性，而且可生成鐵皂，使乳化液變?yōu)榧t褐色，乳化 液的穩(wěn)定性變劣。如使用油劑，必需用離心機或過濾器把鐵屑除去 鉛及其合金：易切削，可生成鉛皂，破壞乳化液的穩(wěn)定。如使用油劑，對油劑 有稠化傾向，要防止使用含大量脂肪的油劑。 鎂：切削時產(chǎn)生細屑，可燃。一般不使用水基切削液，可采納低粘度油作為切 削液。 鎳及高鎳合金：切削時局部產(chǎn)生高熱，切屑可能燒結(jié)?？蛇x用重負荷乳化液或 非活性硫化油。 鈦：產(chǎn)生磨蝕性、可燃的切削，易發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，應(yīng)用重負荷乳化油或極 壓油劑。 鋅：切削面不規(guī)整，難以取得良好的光滑度，與乳化液生成鋅皂，使乳化液

9、分 離，應(yīng)選專用乳化液。 1.2 加工工況 刀具的作用是在主剪切區(qū)域把加工材料用強剪切力切除剝落。刀具的推動面和 暴露的新奇金屬面之間，由于劇烈的附著作用使推動面受到高的應(yīng)力。因切割剝落 的屑要移過刀具推動面，從而形成了其次剪切區(qū)域。在其次剪切區(qū)域產(chǎn)生的剪切作 用使刀具受到最大摩擦力。潤滑和冷卻作用在此時同樣重要。但屬于金屬去除的機 械加工種類許多，又各有其獨特的工況。一般認為，在低速加工(螺紋切削、擴孔和 齒面切削)時，切削潤滑劑的主要任務(wù)是縮小推動面與屑的粘結(jié)，作為邊界潤滑劑。 在高速切削加工時，切削液的主要作用是降低摩擦熱，帶走熱量。 那些切削液難以到達剪切區(qū)域的加工作業(yè)，給潤滑、冷卻造

10、成很大的困難。通 常對擴孔、齒輪切削(特殊是滾齒)、深孔鉆和鏜孔、攻絲(特殊是盲孔)、深套孔、 車螺紋加工要細心選擇適用的切削液。 1.3 油基和水基的特點 油基切削液指含添加劑的礦物油。水基切削液指乳液、合成液及化學(xué)溶液?；\ 統(tǒng)地說，低速重負荷切削需要充分的潤滑，通常選用極壓切削油劑。高速淺層切削 ，冷卻是首要的，一般選用水基切削液。有些極壓乳化液具有很好的潤滑和冷卻性 ，可以用于重負荷切削。一般的研磨加工，有時潤滑反而有害，故可使用合成液或 化學(xué)溶液。加工材料、刀具材質(zhì)、機床構(gòu)造也是確定選用油基液或水基液的重要依據(jù)。 2 使用和維護 2.1 配制(稀釋) 只有水基切削液需要配制，即按肯定比

11、例加水稀釋。水基切削液特殊是乳化型 的，在用水稀釋時要留意以下幾個方面。 2.1.1 水質(zhì) 一般狀況下不宜使用硬度超過400的水，因高硬度的水中所含的鈣、鎂離子會使 陰離子表面活性劑失效，乳液分解，消失不溶于水的金屬皂。即使乳化液是用非離 子表面活性劑制成，大量的金屬離子也可使膠束聚集，從而影響乳液的穩(wěn)定性。太 軟的水也不宜使用。用太軟的水配制的乳化液在使用過程中易產(chǎn)生大量泡沫。 配制乳化液的水的相宜硬度應(yīng)為50200?？捎萌ルx子水和未經(jīng)處理的工業(yè)水混 配使用。我國幅員寬闊，切削液品種極多，因此在選購水基切削液之前，最好用當 地的水作調(diào)配試驗。一般禁止使用處理后的污水、含化學(xué)物質(zhì)的水和二次水來

12、配制 乳化液。鍋爐用的軟化水也要慎用。 硬水地區(qū)的用戶可采納碳酸鈉法把水軟化后使用。軟化劑用量最好經(jīng)試驗確定 。要防止軟水后水的pH值過高。軟水劑使用過度會破壞乳化液的穩(wěn)定。 2.1.2 稀釋 切削液的稀釋關(guān)系到乳化液的穩(wěn)定。切削液在使用前，要先確定稀釋的比例和 所需乳化液的體積。然后算出所用切削液(原液)量和水量。 選取干凈的容器，將所需的全部水倒入容器內(nèi)，然后在低速攪拌下加入切削液 原液。配制乳化液時，原液的加入速度以不消失未乳化原液為準。切削液原液和水 的加入程序不能顛倒。不要在機床的油池(槽)內(nèi)直接調(diào)配乳液。 2.2 切削液的使用 切削液的使用效果，首先取決于正確選用適合加工工況的切削

13、品種，以及合理 地調(diào)配稀釋。但以下諸因素亦值得重視。 (1)循環(huán)液體總量 機加工過程中循環(huán)使用的切削液因飛濺、霧化、蒸發(fā)以及加工材料和切屑攜帶 ，不斷地消耗。這種消耗以a(攜帶值)表示。其定義是：為了維持機床油槽原有切削 液的體積，每月需補加切削液量，以原有體積倍數(shù)表示。例如，一個切削液循環(huán)系 統(tǒng)的a=1，是指一個V為20m3液體循環(huán)系統(tǒng)，每月需補充稀釋后的切削液(或 油)20 m3。歐洲汽車工業(yè)機加工的a值為11.5。個別切削液循環(huán)系統(tǒng)可低至0.25 ，即原來投入的切削液，假設(shè)不進行補充，4個月就會被攜帶完，也有高達a=4的。 攜帶值a與加工材料的外形關(guān)系很大。攜帶值a無疑與機加工費用相關(guān)。

14、但攜帶 值太小會增大切削液的維護費用。每立方米冷卻劑一年的總費用K為： K=k1+k2+k3（元/m3·年）式中，k1為變換冷卻劑的費用(原液+水)、廢冷卻液排放費用(勞力、清洗、 充入水以及停工時間)；k2為攜帶值費用(液體因工件、切屑攜出的損失及液 體霧化、蒸發(fā)的損失)；k3為冷卻劑的維護費用。從上式可知，攜帶值過大或過小都會增大費用。 冷卻液的漸漸消耗，使循環(huán)系統(tǒng)的液體削減，液體溫度上升甚至過熱，冷卻效 力下降。冷卻效力下降會影響加工件的精度，并使刀具硬度下降。切削液溫度上升 會加劇液體的霧化和蒸發(fā)，污染車間環(huán)境，進而增大液體消耗，形成惡性循環(huán)。通 常機床的液槽(油槽)如處于半

15、滿狀態(tài)就不能發(fā)揮液體的應(yīng)有功效，而且液體易變質(zhì) 。 當使用油劑切削液(凈切削油)的溫度過高，危害更為嚴峻。凈切削油的冷卻能 力較低，且多用在那些難加工、發(fā)熱量大的切削中。油槽內(nèi)凈切削油超溫不但具有 前述危害，還可能導(dǎo)致添加劑分解(分解可能產(chǎn)生有害物質(zhì))，損壞機床、加工材料 和刀具，惡化環(huán)境。特殊是含大量氯化物添加劑的凈切削油，大多用于苛刻的機加 工，產(chǎn)生的熱量大。這時油槽應(yīng)增多充油量，以增加熱容量。 (2)切削液的流量 一般的機加工應(yīng)保證壓力、大流量。鏜深孔和空心桿刀具可采納高壓噴射冷卻 液，以利于把切屑沖刷出來。有些中低碳鋼和鈦材的鉆孔加工采納脈沖式注射冷卻 液更有利，但要留意適合油泵的性能

16、?？量痰募庸に褂玫暮葍羟邢饔?，要加大 流量。 流量的大小可用循環(huán)系數(shù)f表示。定義是每小時循環(huán)量為總?cè)萘康谋稊?shù)。切削液循環(huán)系統(tǒng)的溫度、泡沫、污染物含量對f都有影響。 (3)油嘴外形 油嘴的外形應(yīng)適合被加工件的外形和大小，以及刀具種類和操作程序。良好的油嘴應(yīng)使切削液始終保持液流平坦，使加工件各部分充分浴于液體內(nèi)。油嘴外形要按實際效果來調(diào)整，基本要求是使最需要冷卻和潤滑之處得到足夠的冷卻液。 (4)泡沫 水基切削液和凈切削油在使用中會發(fā)生泡沫過多的問題。泵速過大會造成液體 湍流，或者油管阻力形成噴射會增大液體的泡沫。特殊是水基切削液的泡沫性是其 主要性能指標之一。 不同性質(zhì)的切削液相混(如凈切削

17、油與乳化液相混)也會使泡沫增多。機床變更 切削液前要洗凈油槽和循環(huán)路線。此外配制乳化液時要避開激烈攪拌和空氣攪拌。 過度軟化的水和含堿的水會增加乳化液的泡沫。流體循環(huán)泵密封不嚴也會增大 液體的泡沫。泡沫的危害使冷卻潤滑液失效和油槽容積的鋪張。泡沫嚴峻的冷卻液 會造成機床、刀具和工件損壞。 (5)機床的密封 常常檢查機床的軸封(特殊是用乳化液作為冷卻劑時)，防止切削液串入機床齒 輪箱、床頭箱或其它密封的傳動機構(gòu)內(nèi)。乳化液假如進入礦物油潤滑系統(tǒng)將使機床 磨損。含極壓劑的凈切削油串入機床傳動或液壓系統(tǒng)，危害較小。 2.3 切削液的維護 大型機械加工車間常采納集中冷卻潤滑系統(tǒng)。這類循環(huán)系統(tǒng)的冷卻液不停

18、地循 環(huán)使用，油池壽命非常重要。延長油池壽命除了冷卻液的質(zhì)量和合理使用外，冷卻 液的維護也是重要的因素。冷卻液、切削液的維護工作主要包括以下幾項。 (1)確保液體循環(huán)路線的暢通 準時排解循環(huán)路線的金屬屑、金屬粉末、霉菌粘液、切削液本身的分解物、砂 輪屑，以免造成堵塞。 (2)抑菌 切削液(特殊是乳液)抑菌生長的重要性是人所共知的?？刹杉{定期投入殺菌劑 和用超微過濾等手段抑制細菌的繁殖。 (3)切削液的凈化 污染切削液的物質(zhì)主要是金屬粉末和砂礫細粉、飄浮油和游離水、微生物和繁 殖物，特殊是毛霉目真菌。 切削液內(nèi)所含的固體粉末來源于加工件和刀具。這類固體不但易堵塞管路并有 以下危害： (1)懸浮于

19、冷卻液內(nèi)的粒子損壞泵的密封，增大刀具磨損，損害人的皮膚 ，影響加工質(zhì)量； (2)固體沉淀在油池底部，與有機物聚結(jié)，形成一層有大量氣孔的 沉淀層，為微生物繁殖供應(yīng)了有利條件，而霉菌的細絲更穩(wěn)定了沉淀的固體； (3)切 削液中的金屬粉末具有很高的化學(xué)活性，可使切削液中的某些成分失效。菌污染使 切削液酸敗分解，霉菌的繁殖產(chǎn)生粘稠物，導(dǎo)致管路和噴嘴堵塞。 飄浮油是指機床傳動和液壓系統(tǒng)用油因機床密封不嚴漏入切削液系統(tǒng)的油。飄 浮油的危害是使切削液系統(tǒng)的某些材料膨脹變形，干擾了乳化液的乳化平衡，使乳 化液失去穩(wěn)定性。而且飄浮油常浮于乳液油表層，阻擋了乳化液和空氣的接觸，導(dǎo) 致乳化液缺氧，使厭氧菌快速繁殖，

20、加速乳化液的腐敗變質(zhì)。 切削液被上述三類物質(zhì)污染后，如實行分別去除污染的方法，手續(xù)非常繁瑣。 近年來開發(fā)了超細過濾方法，可除去固、液和大部分菌類污染物。但被超細過濾的 切削液只限于含油少的微乳液或合成液，其成分在低濃度時不會構(gòu)成膠束或其它凝 聚物。 有一種循環(huán)再生系統(tǒng)可把上述三類污染物在一個整體系統(tǒng)內(nèi)清除。這種系統(tǒng)包 括多種設(shè)備，分別用來除去不同的污物。例如用撇油輪除去表面飄浮油；用高速離 心機或紙質(zhì)過濾器除去金屬粉末和泥砂；用高壓巴氏殺菌器滅菌。這類整體的冷卻 劑再生系統(tǒng)如圖所示。 整體的冷卻劑再生系統(tǒng) 在循環(huán)再生過程中要向系統(tǒng)內(nèi)補充10%15%的新奇冷卻液，以彌補蒸發(fā)、漏損和 加工件攜帶走

21、的損失和添加劑的消耗。采納分批再生方式定期從切削液循環(huán)系統(tǒng)中 抽出肯定體積的液體，進行上述處理后再返回循環(huán)系統(tǒng)。 這種再生系統(tǒng)的特征是：配套完整，效率高，可從切削液中除去1m以上的 固體顆粒和大部分飄浮油。主要優(yōu)點是采納高壓巴氏滅菌，省去了定期投放殺菌劑 的麻煩，削減了殺菌劑對人身和環(huán)境的危害。 3、 勞動衛(wèi)生與環(huán)境 影響人身健康和環(huán)境的主要緣由是切削液所含的基礎(chǔ)油和各種添加劑。這些物 質(zhì)對健康的危害主要有以下幾方面。 (1)致癌 切削液所含的高密度礦物油(相對密度大于0.9)屬高芳烴含量的礦 物油，易被乳化。但其中的多環(huán)芳烴(PCAH)是致癌成分。亞硝酸鈉和三乙醇胺曾被 廣泛用于乳化液中，是

22、有效的防銹劑。由于亞硝基二乙醇胺被證明為致癌物質(zhì)，70 年月有些國家已禁止使用。 (2)油疹 由于皮膚接觸切削液中的油、菌類和金屬屑而產(chǎn)生的油疹，是最常 見的皮膚病。 (3)毛囊炎 由于皮膚汗毛囊管受到油及外來物剌激所致，主要發(fā)生在手臂。 （二）、切削液使用中的問題及其對策。 1、切削波變質(zhì)發(fā)臭的問題 切削液變質(zhì)發(fā)臭的主要緣由是：切削液中含有大量細菌，切削液中的細菌主要有耗氧菌和厭氧菌。耗氧菌生活在有礦物質(zhì)的環(huán)境中，如水、切削液的濃縮液和機床漏出的油中，在有氧條件下，每 2030min分裂為二。而厭氧菌生存在沒有氧氣的環(huán)境中，每小時分裂為二，代謝釋放出SO2，有臭雞蛋味，切削液變黑。當切削液中

23、的細菌大于106時，切削液就會變臭。(1) 細菌主要通過以下渠道進入到切削液中:1）配制過程中有細菌侵入，如配制切削液的水中有細菌。2）空氣中的細菌進入切削液。3）工件工序間的轉(zhuǎn)運造成切削液的感染。4）操的不良習慣，如亂丟臟東西。5）機床及車間的清潔度差。 (2)掌握細菌生長的方法 1）使用高質(zhì)量、穩(wěn)定性好的切削液。2）用純水配制濃縮液，不但配制簡單，而且可改善切削液的潤滑性，且削減被切屑帶走的量，并能防止 細菌侵蝕。3）使用時，要掌握切削液中濃縮液的比率不能過低，否則易使細菌生長。4）由于機床所用油中含有細菌，所以要盡可能削減機床漏出的油混入切削液。5）切削液的pH值在8.39.2時，細菌難以生存，所以應(yīng)準時加入新的切削液，提高pH值。6）保持切削液的清潔，不要使切削液與污油、食物、煙草等污物接觸。7）常常使用殺菌劑。8）保持車間和機床的清潔。9）設(shè)備假如沒有過濾裝置，應(yīng)定期撇除浮油，清除污物。2、切削液的腐蝕問題 (1)產(chǎn)生腐蝕的緣由 1）切削液中濃縮液所占的比例偏低。 2）切削液的pH值過高或過低。例如PH9.2時，對鋁有腐蝕作用。所以應(yīng)依據(jù)金屬材料選擇合適的pH值。3）不相像的金屬材料接觸。4）用紙或木頭墊放工件。5）零部件疊放。6）切削液中細菌的數(shù)量超標。7）