【数控刀具选用指南11】切削液的作用与选择
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编者按
在切削过程中，合理地使用切削液，可以减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，降低切削力和切削温度、减小刀具磨损、提高已加工表面质量。
（本篇选自《数控刀具选用指南》第一章第二节（四）切削液）
（一）切削液的作用
切削液进入切削区，可改善切削条件，提高工件加工质量和切削效率。与切削液有相似功效的还有某些气体和固体，如压缩空气、二硫化铝和石墨等。切削液的主要作用如下：
1. 冷却作用 切削液能从切削区域带走大量切削热，从而降低切削温度。冷却性能取决于其导热系数、比热容、汽化热、汽化速度、流量以及流速等。水溶液的冷却性能最好，切削液较差，如表1-14所示。
表1-14 水、油性能比较
2. 润滑作用 切削液的润滑性是指它减小前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间摩擦的能力。切削液的润滑作用是通过切削液的渗透作用到达切削区后，在刀具、工件、切屑界面上形成吸附膜实现的。切削液润滑的效果主要取决于切削液的渗透能力、吸附成膜的能力和润滑膜的强度等。
两金属表面之间的摩擦通常有三种状态：一种为干摩擦，它只发生在绝对清洁的两种表面间；第二种是流体润滑摩擦，它由油膜把两个摩擦表面完全分隔开来；第三种是介于前两种之间的边界摩擦，即两摩擦表面没有完全被油膜分开，而在部分凸出点处直接摩擦。在金属切削过程中，刀具前刀面与切屑、后刀面与加工表面间的摩擦大多属于边界润滑摩擦。
3. 清洗作用 切削加工中产生细碎切屑或磨料微粉时，要求切削液具有良好的清洗性能，来清除粘附的碎屑和磨粉，减少刀具和砂轮的磨损，防止划伤工件的已加工表面和机床导轨面。切削液大量的流动，可以冲走切削区域和机床上的细碎切屑和脱落的磨粒。
清洗性能的好坏，主要取决于切削液的流动性、渗透性、使用压力和切削液的油性。加入剂量大的表面活性剂和少量矿物油，且采用大稀释比（水占95%~98%），可增强切削液的渗透性和流动性。
4. 防锈作用 切削液应具有一定的防锈性，以减少工件、机床、刀具的腐蚀。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂的性质。在切削液中加入防锈剂，可在金属表面形成一层保护膜，对工件、机床、刀具和夹具等都能起到防锈作用。
5. 其他作用 除了以上作用外，切削液还应具备良好的稳定性，对细菌和霉菌有一定抵抗能力，不损坏涂漆零件，对人体无危害，无刺激性气味，使用过程中无烟雾或少烟雾，便于回收，低污染，经处理后可达国家规定的工业污水排放标准等。
（二）选择切削液的具体步骤
选择切削液的首要目的是满足切削加工过程的要求。需要根据具体的加工环境从切削加工工艺要求的角度去考虑问题。选择切削液时一般需要经过以下步骤（见图1-52）：
图1-52 切削液选择路线
1. 选择切削液的种别 即选择油基切削液还是水基切削液。考虑因素主要是工件材料、加工质量要求（加工精度和表面完整性）、刀具材料、机床状况、加工方法以及切削用量等。
2. 选择切削液的类型 要综合考虑切削液的加工性能、理化性能、环卫性能，决定选用哪类产品。这一过程主要依据决策人员对加工环境的理解和有关切削液的基础知识。当然，切削液生产企业的信誉度、供货能力、技术服务等商业因素也需要考虑。
3. 对预选出来的切削液产品进行环卫性能和理化性能检测。
4. 对环卫性能和理化性能都合格的切削液进行实际切削实验，评价其加工效能。
5. 对已经通过上述检测和试验的品种进行试用，在试用的基础上做出经济性评估。一般来说，需要经过较长时间（至少一个更液周期）的试用才能得出结论。
（三）切削液的分类
纵观各种分类标准，有两个共同特点。其一是分类都依据切削液的组分及其相应的性能；其二是都将油基切削液和水基切削液截然分开。在GB/T 7631. 5-1989中，应用于“首先要求润滑性的加工工艺”的属于油基切削液；应用于“首先要求冷却性的加工工艺”的属于水基切削液（见表1-15）。
表1-15 切削液的分类及适用范围
（四）切削液添加剂
为改善切削液的各种性能常在其中加入添加剂。常用的添加剂有以下几种。
1. 油性添加剂 它含有极性分子，能在金属表面形成牢固的吸附膜，在较低的切削速度下起到较好的润滑作用。常用的油性添加剂有动物油、植物油、脂肪酸、胶类、醇类和脂类等。
2. 极压添加剂 它是含有硫、磷、氯、碘等元素的有机化合物，在高温下与金属表面起化学反应，形成耐较高温度和压力的化学吸附膜，能防止金属界面直接接触，从而减小摩擦。
3. 表面活性剂 它是使矿物油和水乳化，形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是一种有机化合物，由可溶于水的极性基团和可溶于油的非极性基团组成，可定向地排列并吸附在油水两相界面上，极性端向水，非极性端向油，将水和油连接起来，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成乳化液。表面活性剂还能吸附在金属表面上，形成润滑膜，起油性添加剂的润滑作用。常用的表面活性剂有石油磺酸钠、油酸钠皂等。
4. 防锈添加剂 它是一种极性很强的化合物，与金属表面有很强的附着力，吸附在金属表面上形成保护膜，或与金属表面化合形成钝化膜，起到防锈作用。常用的防锈添加剂有碳酸钠、三乙醇胺、石油磺酸钡等，如表1-16所示。
表1-16 切削液添加剂
（五）常用切削液的种类
1. 水溶液 水溶液的主要成分是水，其中加入了少量的有防锈和润滑作用的添加剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削和其他精加工。配成液呈透明状，便于操作者观察。但单纯的水容易使金属生锈，且润滑性能欠佳。因此，经常在水溶液中加入一定的添加剂，使其既能保持冷却性能又有良好的防锈性能和一定的润滑性能。
2. 乳化液 乳化液是将乳化油用水稀释而成。乳化油是由矿物油、乳化剂及添加剂配成，用95％~98％水稀释后即成为乳白色或半透明状的乳化液。乳化液具有良好的冷却作用，但因为含水量大，所以润滑、防锈性能均较差。为了提高其润滑性能和防锈性能，可再加入一定量的油性、极压添加剂和防锈添加剂，配制成极压乳化液或防锈乳化液。乳化剂是一种表面活性剂，是使矿物油和水乳化形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是由亲水极性基团和亲油非极性基团两部分组成。乳化剂加入油与水中，它能定向地排列并吸附在油水两界面上，极性端向水，非极性端向油，把油和水连接起来，降低油-水的界面张力，使油以微小的颗粒稳定地分散在水中，形成稳定水包油乳化液，金属切削时应用的就是这种水包油的乳化液，如图1-53所示。
图1-53 水包油与油包水乳化液示意图
低浓度的乳化液冷却效果较好，主要用于磨削、粗车、钻孔加工等。高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精车、攻螺纹、饺孔、插齿加工等。
3. 切削油 切削油的主要成分是矿物油，少数采用动植物油或复合油。纯矿物油不能在摩擦界面上形成坚固的润滑膜，润滑效果一般。在实际使用中常常加入油性添加剂、极压添加剂和防锈添加剂以提高其润滑和防锈性能。动植物油有良好的油性，适于低速精加工，但是它们容易变质，因此最好不用或少用，而应尽量采用其他代用品，如含硫、氯等极压添加剂的矿物油。普通车削、攻螺纹时，可选用机油。精加工有色金属或铸铁时，可选用煤油。加工螺纹时，可选用植物油。在矿物油中加入一定量的油性添加剂和极压添加剂，能提高其高温、高压下的润滑性能，可用于精铣、铰孔、攻螺纹及齿轮加工。
数控刀具选用指南
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