硕士学位论文-环保型切削液的研制及其工作机理的研究.pdf

i 摘 要 切削液用于金属及其合金切削、冲压、轧制和拉拔等各种加工过程中所使用的润滑 剂，是金属加工过程重要的配套材料。切削液在金属加工过程中具有润滑、冷却、防锈 和清洗等作用，因而能延长刀具的使用寿命，防止金属零件锈蚀，带走加工过程产生的 热量，有效清除零件和刀具表面上的切屑和其它粉粒，改善加工质量，提高生产效率。 本文通过查阅资料，分别选择链长不同的有机羧酸与三乙醇胺进行酯化反应，生成 有机羧酸三乙醇胺皂， 利用叠片试验对比其单独防锈性能和在表面活性剂干扰的情况下 的防锈性能。首先通过试验发现，磺化蓖麻油酸三乙醇胺、油酸（c15）三乙醇胺、癸二 酸三乙醇胺皂和硼酸酯具有更好的防锈性能； 接着采用正交试验的方法将这四种成分的 比例优化，得出了在叠片防锈性能达 20 小时的防锈性能优良的切削液防锈配方，在该 配方的基础上再添加硼砂、硫脲作为极压润滑剂，利用摩擦磨损试验机对比在不同成分 的油酸三乙醇胺、硫脲和硼砂的切削液的润滑性能。配制出的切削液在极压条件下受到 的摩擦力小于同条件下的润滑油。 该配方中的主要原料蓖麻油、 油酸均来自植物， 硼砂、 其它如消泡剂、杀菌剂、稳定剂等均选用性能优良的环保型试剂。通过性能试验，完全 满足 gb6144-85 的国家标准。 本文结合机械和化学原理全面解释了切削液工作机理；通过分析，发现切削液的防 锈作用主要是由碱性溶液抑制氢离子析出以及防锈剂的极性基团的吸附， 非极性集团形 成致密膜来实现。当切削液中的有机成分极性基团能牢固地吸附在金属表面上，非极性 基团能有效地覆盖全部的金属表面时，它们就有良好的防锈性能。通过 x 能谱分析，发 现在高压、高速摩擦情况下，硫和氧元素起了关键的作用。通过对金属切削机理分析中 发现，在刀具的前刀面和切屑摩擦区域可分为黏结区和滑动区，切削液的冷却和冲刷效 果可以缩短黏结区，从而也减少了摩擦和刀具的磨损；在刀具的后刀面与切屑摩擦区域 需要切削液中表面活性剂的渗透能力进入切削区从而在表面生成极压润滑膜。 关键词：切削液 环保 润滑 冷却 防锈 极压 切削机理 abstract cutting fluid is used for cutting, punching, rolling and drawing of metal or alloy. it is very important for assisting metal machining. cutting fluid has four functions: lubricating, cooling, rust proofing and cleaning. therefore, it can extend the tools life, prevent the metal parts form eroding, take away the heat from machining process, clean the surface of the machine parts and cutting tools. therefore, it can improve the quality of process and increase production efficiency. firstly, the paper sorts out different kinds of carboxyl acid and triethanolamine to synthesize carboxylic ester. secondly, their anti-rust capabilities are compared. it is found that sulfonic castor oil triethanolamine ester, oleic acid triethanolamine ester, sebacic acid triethanolamine ester all have good anti-rust capabilities. thirdly, with the orthogonal test method ，the paper optimizes the formula designing for a kind of environment-protect water-based synthesized cutting fluid which has not nitrite, phosphor, benzene and hydroxybenzene. this cutting fluid has the capability to prevent rust for 20 hours . it contains boric acid ester, borate and thiocarbamide as lubricating additives and ep additives. measured by ball-plate friction testing machine, the cutting fluid has better lubricating ability than lubricating oil. some of the materials of cutting fluid are from foliage. furthermore, bubble remove additives, sterilization additives and stabilization additives are all environment-protection. the paper also explains the mechanism of how the cutting fluid is working and finds that the performance of anti-rust depends on the alkalescence of cutting fluid and the adsorption capability of anti-rust additives. when the polar part of the cutting fluid can absorb the metal surface tightly, and the none-polar part of the cutting fluid can cover the surface densely and prevent the hydrogen hydronium and oxygen from absord the metal surface, the cutting fluid has good rust proving capability. the paper also finds that sulfur and oxygen play the key role in lubricating function by x-ray analysis. furthermore, it is found that the cooling and flushing of cutting fluid can reduce the area of felted zone. the infiltration of surfactant can help the cutting fluid to enter the cutting zone and form the ep lubricating film. key words: cutting fluid; environment-protection; lubrication; cooling; anti-rust; extreme pressure; cutting mechanism iii 目 录 摘要 abstract 第一章 绪论1 1.1 课题的来源及意义1 1.2 切削液的概述2 1.2.1 切削液的定义及分类2 1.2.2 切削液的作用4 1.2.3 环保型切削液的特点及评价指标4 1.3 研究背景及现存问题5 1.3.1 研究背景5 1.3.2 现存问题5 1.4 目前国内外的研究现状5 1.4.1 开发一些新型的添加剂5 1.4.2 研究可生物降解6 第二章切削液配方试验7 2.1 切削液的相关原理7 2.1.1 大气腐蚀原理及影响因数7 2.1.2 电化学原理8 2.1.3 缓蚀剂作用机理9 2.1.4 切削液中润滑剂及极压剂工作机理11 2.2 切削液常用试剂的选择11 2.3 切削液防锈试验研究13 2.3.1 切削液配方原料选择13 2.3.2 试验方法简介14 2.3.3 防锈性对比试验15 2.3.4 正交试验22 2.4 润滑性能试验24 2.4.1 切削液中油性剂、润滑剂的选择24 2.4.2 润滑性能试验25 2.5 切削液配置小结28 第三章切削液性能试验30 3.1 消泡性能试验30 3.1.1 消泡机理简述30 3.1.2 消泡性试验方法介绍30 3.1.3 消泡性能对比试验结果30 3.2 腐蚀性试验30 3.3 切削液储存安定性试验30 3.4 抗菌性试验30 3.5 cod 试验30 3.6 小结33 3.7 切削液的管理与废液处理33 3.7.1 切削液的管理33 3.7.2 废液的处理33 第四章 切削液相关作用原理分析与验证35 4.1 切削液的防锈机理分析35 4.1.1 切削液防锈电化学机理分析35 4.1.2 切削液防锈吸附机理分析36 4.1.3 切削液协同防锈作用分析38 4.2 金属切削过程分析38 4.3 切削液冷却作用对提高金属表面加工精度的机理分析40 4.3.1 积屑瘤的生成对机械产品的影响40 4.3.2 积屑瘤形成的原因及在切削加工中的作用40 4.3.3 切削液冷却作用对积屑瘤的影响41 4.4 切削液的润滑机理的分析与论证41 4.4.1 扫描电镜分析42 4.4.2 x 射线能谱仪分析43 4.5 小结46 第五章 结论与展望47 5.1 结论47 5.2 展望47 致谢48 参考文献49 读研期间发表的论文清单51 第一章 绪论 1.1 课题的来源及意义 1.1 课题的来源及意义 制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是推动国家技术进步的主要力量，是创造社会财富 的支柱产业，是一个国家综合国力的重要体现。 “现代制造业在给人类带来空前物质文明的同时，在 自然资源开采和加工过程中，在工业品的使用过程中，产生的废气、废渣、废液等废弃物任意抛向 大自然，也造成了环境的严重污染，导致了以资源枯竭和环境恶化为特征的生态危机1。 ”据统计2， 造成环境污染的排放物的 70%以上来自制造业，它们每年约产生 55 亿吨无害废物和 7 亿吨有害废 物。 可持续发展问题已经成为 21 世纪人类社会面对的中心问题之一。 实现制造业可持续发展的先进 制造模式绿色制造3是制造业未来的发展方向。传统切削方式及其对外部系统的影响传统的金属 切削加工，尤其是在自动化程度较高的数控机床加工中心及自动化生产线上零件的加工，是以大量 使用切削液的湿切削方式进行的，切削液的应用非常广泛。切削液具有冷却、润滑和辅助排屑等功 能，起着延长刀具使用寿命、提高工件表面质量的重要作用。目前使用的切削液主要分为不含水的 油基切削液和主要成分为水的水基切削液两大类，油基切削液润滑性能好，冷却性能差，水基切削 液则相反，湿切削加工中切削液的大量使用，对外部系统造成的负面影响也日益凸显出来，主要包 括以下几个方面： (1) 污染生态环境 切削液是机械加工工业对生态环境造成污染的根源，严重影响着绿色制造、循环经济和可持续 发展战略的实施。切削液对环境的危害主要是其废液对水资源的污染。矿物油4是切削液的主要成 分之一，其生物降解性差，能长期残留在水和土壤中，水中含油量大于 10-5，就会使海洋植物死亡， 含油量达到 310-4可使淡水鱼死亡。此外,切削液中还含有 s、p、cl 等对环境有害的添加剂，未经 处理的切削液排入江河湖海，会对生态环境造成严重破坏；即使排放的废液经过严格的矿物油回收 处理，其在水中的长期积累也不容忽视。切削液还会或多或少的残留在切屑上，大量堆积的切屑对 土壤造成污染；切屑回收利用时，切削液的有毒有害化学成分还会污染环境。 (2) 危害人体健康 使用切削液时产生的油雾以及切削液散发的刺激性气味会对操作工人的呼吸系统产生危害，水 基切削液中为改善切削性能而加入的添加剂如亚硝酸钠防锈剂、苯酚类杀菌剂、甲醛类化合物等均 具有毒性,长期接触会致癌。矿物油、表面活性剂的脱脂作用均会使皮肤干燥、裂口、红肿从而诱发 多种皮肤病。美国通用汽车公司5的专门调查研究表明，直接接触切削液的操作工人比不直接接触 切削液的装配工人和从未在机床上工作的工人患呼吸系统疾病的多。 根据金属变态反应诊断学科组提供的信息， 2001 年德国接触性皮炎研究组编写了分别使用以前 及现在金属加工液成分进行系列斑贴试验方案。根据6皮肤科网络信息数据，斑贴试验进行 2 年后， 作者从此系列试验中得到了现在的结果。2002/2003 年间怀疑有金属加工液皮炎 251 例金属加工工 人接受了斑贴试验，现对数据进行回顾性分析。206 名工人用现在的金属加工液测试，155 名工人用 传统的金属加工液试验。 在现在的金属加工液的过敏原中， 出现阳性反应， 列第一位的是乙醇胺 （占 11.6%） ，其次为二乙醇胺（占 3% ） ，其他包括三乙醇胺（1.1%） ，甲醛的阳性反应是 3%。 绿色切削是未来制造业可持续发展的必然选择。传统的环境治理方法是末端治理,全球生态日益 恶化的现实证明,这种治理方法不能从根本上实现对环境的保护。 要想解决该问题,必须从源头上进行 治理。具体到制造业,就是要求考虑产品整个生命周期对环境的影响,最大限度地利用原材料、能源, 减少有害废弃物和固体、液体、气体的排放物，选用绿色材料，实施绿色设计、绿色工艺、绿色包 装、绿色使用和绿色回收。由此可见,绿色切削是制造业可持续发展的重要环节。1996 年,国际标准 化组织正式颁布了 14000 环境管理系列标准，为实施 14000 环境管理系列标准,在产品生命周期的每 一个阶段,均应实行绿色制造。因此,绿色切削也是实施 14000 环境管理系列标准之要求。 但在目前,不使用切削液的干式切削法只在有限的加工范围内得到了成功应用,而对于众多切削 工艺及被加工材料而言,在今后相当长一段时期内,切削液的使用仍是不可避免。 近几年来,国内市场 上生产、 销售、 使用的化学合成切削液,其中的防锈剂有相当一部分仍然采用致癌物质亚硝酸钠, 有的还含有磷、氯、甲醛及类似化合物等有害元素,从维护操作者的健康出发,研制出一种不含亚硝 酸钠及其它有害元素的高稀释倍数的多效高水基化学合成切削液是完全必要的。 因此,在保证切削液 使用性能的基础上,研究开发使用中对人体无害、处理后废液不污染环境的绿色切削液(或称环保型 切削液)就成为实现绿色制造的一个重要内容。 1.2 切削液的概述 1.2 切削液的概述 1.2.1 切削液的定义及分类 金属材料按预定规格进行切削、磨削加工时,为了减轻工具与工件之间的磨擦，增加润滑性和带 走因磨擦而产生的热量，提高生产率，需要在工具与被切削、磨削的金属材料之间注入润滑冷却液， 简称切削液。金属切削液能延长刀具和磨具的使用寿命，提高工件的光洁度，降低切削、磨削力等。 金属切削液按介质状况分为油基型(straight oil)和水基型(water fluid)。 1.2.1.1油基切削液的分类 切削液是以矿物油为主要成分，根据加工工艺和加工材料的不同，可以用纯矿物油，也可以加 入各类油性添加剂和极压添加剂以提高其润滑效果。 (1) 纯矿物油主要采用用煤油、柴油等轻质油。轻质油主要用于铸铁的切削及珩磨、研磨加工， 有利于铁粉的沆降。纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长。在使用过程中，即 使有少量切削液漏入齿箱、轴承和液压系统中或部分润滑油漏入切削油中，都不致影响机床的使用 性能。但纯矿物油由于不含润滑添加剂，润滑效果较差，承载能力低，一般只适用于轻负荷切削及 易切削钢材和有色金属的加工。对于要求低温流动性能好的切削油，可用聚烯烃等合成油，凝点可 达-30以下，但价格较贵。 ()脂肪油（或油性添加剂）矿油 脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杠、滚齿、 剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。脂肪油主要由脂肪酸组成，对金属表面有 较强的吸附性能，具有良好的润滑性能，其缺点是易氧化变质，并在机床表面形成难于清洗的粘膜 （即“黄袍”） 。脂肪油也可按一定比例（约 10%-30%）加入矿物油中，以提高矿物油的润滑效果， 但由于脂肪油为食用油，货源少，近年来已逐渐被油性添加剂所替代，其摩擦系数可达到菜籽油的 水平，用于精车丝杠、插齿刨齿、拉削等均获得良好效果。 ()非活性极压切削油由矿物油非活性极压添加剂组成。所谓非流活性极压切削油是指切削 油在 100，3h 的腐蚀试验中，铜片腐蚀在 2 级以下（中等程度均匀变色） 。氯化石蜡、磷酸脂、高 温合成的硫化脂肪油等属非活性极压添加剂。这类切削油的极压润滑性能好，对有色金属不腐蚀， 使用方便，被广泛用于多种切削加工。 ()活性极压切削油由矿物油反应性强的硫系极压添加剂配制而成。这类切削油对铜片的腐 蚀为 3-4 级，对有色金属有严重腐蚀。它有良好的抗烧结性能和极压润滑性，可以提高高温条件下 刀具使用寿命，对刀具积屑瘤有强的控制能力，多用于容易啃刀的材料和难加工材料的切削。 ()复合切削油由矿物油油性添和极压添加剂配制而成。油性添加剂，如高级脂肪酸、脂肪 油等，这些化合物在表面产生物理吸附和化学吸附，形成一个分子膜吸附层，可降低切削时的摩擦 阻力，但这类添加剂只在较低的温度时才有效，当温度高于 200时，极性化合物产生解吸和分解 而失去润滑作用，这时，需要极压添加剂发挥作用，在上面已提到，此处不再重复。同时，含有油 性剂和硫、磷、氯极压添加剂的复合切削油，可以在很宽的范围内保持良好的润滑状态，适合于多 工位切削及多种材料的加工。 1.2.1.2 水基切削液的分类 () 防锈乳化液由矿物油、乳化剂、防锈剂等组成，矿物油的含量约为 50%-80%，在水中形成 水包油型乳化液。与油基切削液相比，乳化液的优点在于冷却效果好，一般稀释为 5%-10%的水溶液 使用，成本低，使用安全。乳化液最大的缺点是稳定性差，易受细菌的侵蚀而发臭变质，使用周期 短。 ()防锈润滑冷却液这类乳化液含有动植物脂肪或长链脂肪酸（如油酸） ，具有较好的润滑性。 缺点是这些动植物脂肪或长链不饱和脂肪酸更易受微生物的侵蚀而分解，使用周期很短。为了延长 其实用周期， 可在乳化液中加入少量的碳酸钠、 硼砂或苯甲酸钠 （约为水稀释后乳化液的0.1%-0.3%） , 可提高乳化液的 ph 值和增强抗霉菌的能力，延长使用周期。 (）极压乳化液这类乳化液含有油溶性的硫、磷、氯型极压添加剂，具有强的极压润滑性，可 用于攻丝、拉削、带锯等重切削加工，也用于不锈钢、耐热合金钢等难切削材料的加工。 ()微乳液这类乳化液含油量较少（约 10-30）含表面活性剂量大，可在水中形成半透明 状的微乳液，乳化颗粒在 0.1m 以下，一般乳化液的颗粒1m） 。微乳液的优点是稳定性较乳化液 大大提高，使用周期也比乳化液长。 (）极压微乳液含有硫、磷、氯型极压添加剂，具有较好的极压润滑性，可用于重型负荷切削 材料的加工。含有硫、磷、氯型极压;添加剂的乳化液或微乳液，要特别注意提高其防锈性能。氯离 子的存在很容易对黑色金属产生腐蚀，因此，要选择在水中不易分解的含氯极压添加剂，含硫极压 剂的乳化液不适合用于加工铜合金。 (）化学合成切削液，化学合成切削液包括二种：一种是含有水溶性防锈剂的真溶液，如亚硝 酸钠、碳酸钠、三乙醇胺等组成的水溶性液。这类溶液具有一定的冷却、清洗、防锈性，不易变质， 使用周期较长，但其润滑性和润湿性较差，表面张力较大（与水接近） ，并且在水份蒸发后，金属表 面会留下硬的结晶残留物，所以这类切削液只适合于一般的磨削加工。另一种合成液是由表面活性 剂、水溶性防锈剂和水溶性润滑剂组成，是一种颗粒极小的胶体溶液。这种切削液表面张力低，一 般小于 400pa，其润湿性好，渗透能力强，冷却和清洗性能好，也有一定的润滑作用。合成切削液 由于是单体系，其稳定性较乳化液好，使用周期长，但由于不含油，且清洗能力强，很容易把机床 导轨面上的润滑油清洗掉，造成刀架移动困难，并在这些可移动部件的接触面容易产生锈蚀，所以 在使用合成切削液时要注意加强设备的防锈管理。 本文主要研究对象就是环保型的水基合成切削液。 1.2.1.3 油基切削液和水基切削液的区别 通常来说油基切削液的润滑性能较好，冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能 相对较差，冷却效果较好。慢速切削要求切削液的润滑性要强，一般来说，切削速度低于30m/min 时使用切削油。含有极压添加剂的切削油，不论对任何材料的切削加工，当切削速度不超过60m/min 时都是有效的。在高速切削时，由于发热量大，油基切削液的传热效果差，会使切削区的温度过高， 导致切削油产生烟雾、起火等现象，并且由于工件温度过高产生热变形，影响工件加工精度，故多 用水基切削液。 乳化液把油的润滑性和防锈性与水的极好冷却性结合起来，同时具备较好的润滑冷却性，因而 对于大量热生成的高速低压力的金属切削加工很有效。与油基切削液相比，乳化液的优点在于较大 的散热性，清洗性，用水稀释使用而带来的经济性以及有利于操作者的卫生和安全而使他们乐于使 用。实际上除特别难加工的材料外，乳化液几乎可以用于所有的轻、中等负荷的切削加工及大部分 重负荷加工，乳化液还可用于除螺纹磨削、槽沟麻削等复杂磨削外的所有磨削加工，乳化液的缺点 是容易使细菌、霉菌繁殖，使乳化液中的有效成分产生化学分解而发臭、变质，所以一般都应加入 毒性小的有机杀菌剂。 化学合成切削液的优点 7在于经济、散热快、清洗性强和极好的工件可见性，易于控制加工尺 寸，其稳定性和抗腐败能力比乳化液强。润滑性欠佳，这将引起机床活动部件的粘着和磨损，而且， 化学合成留下的粘稠状残留物会影响机器零件的运动，还会使这些零件的重叠面产生锈蚀。一般在 下列的情况下应选用水基切削液： ()对油基切削液潜在发生火灾危险的场所； ()高速和大进给量的切削，使切削区超于高温，冒烟激烈，有火灾危险的场合。 ()从前后工序的流程上考虑，要求使用水基切削液的场合。 ()希望减轻由于油的飞溅护油雾和扩散而引起机床周围污染和肮脏，从而保持操作环境清洁 的场合。 ()从价格上考虑，对一些易加工材料护工件表面质量要求不高的切削加工，采用一般水基切 削液已能满足使用要求，又可大幅度降低切削液成本的场合。 当刀具的耐用度对切削的经济性占有较大比重时（如刀具价格昂贵，刃磨刀具困难，装卸辅助 时间长等） ；机床精密度高，绝对不允许有水混入（以免造成腐蚀）的场合；机床的润滑系统和冷却 系统容易串通的场合以及不具备废液处理设备和条件的场合。均应考虑选用油基切削液。 1.2.2 切削液的作用 8 在金属加工过程中，使用切削液，有以下几种目的： (1) 延长刀具（或砂轮）的使用寿命； (2) 降低工件表面粗糙度和提高工件精度； (3) 使切屑和灰末从切削区域冲走； (4) 降低切削力和提高切削效率。 因此，良好的切削液必须具有润滑、冷却、清洗、防锈四个主要作用。 (1) 润滑作用：当代的切削机床，向着程控化、自动化、加工中心的方向发展。机械加工要求 高精度、高生产率。生产过程中更换刀卡具和机床调整是保证加工质量的关键，要求很高，占用的 工时很多，因之提高生产率的一个切实可行的重要途径，是尽量延长刀具的使用寿命，减少机床调 整时间。切削液的润滑作用是通过切削液渗入到切屑，工件与刀具的接触表面以后，粘附在金属表 面上，形成润滑膜而产生的，这种润滑膜减少了切屑与前刀面和工件与后刀面之间的摩擦系数，减 轻粘结现象和抑制切屑瘤，从而降低表面粗糙度和提高刀具耐用度。所以润滑作用的好坏，直接关 系到刀具的使用寿命和工件的表面粗糙度和精度。 (2)冷却作用：在切削加工过程中所消耗的功，绝大部分都转变成切削热。在任何情况下，热量 对切削刀具和加工表面都是有害的，刀具抵抗作用于刀具上力的能力，随着温度的上升而很快降低。 切削液通过热传导、对流、汽化热而起到冷却作用，它能有效改善散热条件，将已产生的切削热迅 速地从切削区带走，使切削区域的温度下降，从而减少工件的热变形，提高刀具的耐用度和产品的 加工精度。 (3)清洗作用：在金属切削过程中，切削、铁粉、磨屑、油污等物易粘附在工件表面和刀具、砂 轮上，影响切削效果，同时使工件和机床变脏，不易清洗所以切削液必须有良好的清洗作用，对于 油基切削液，粘度越低，清洗能力越强，特别是含有柴油、煤油等轻组份的切削液，渗透和清洗性 能就更好。含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好表面活性剂一方面能吸附各种粒子、油泥， 并在工件表面形成一层吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、刀具和砂轮上，另一方面能渗入到粒 子和油污粘附的界面上把粒子和油污从界面上分离，随切削液带走，从而起到清洗作用。切削液的 清洗作用还应表现在对切屑、磨悄、铁粉、油污等有良好的分离和沉降作用。循环使用的切削液在 回流到冷却槽后能迅速使切屑、铁粉、磨屑、微粒等沉降于容器的底部油污等物悬浮于液面上，这 样便可保证切削液反复使用后仍能保持清洁，保证加工质量和延长使用周期。 (4) 防锈作用：为了使加工件，机床和刀具不受周围介质（如空气、水分、手汗等）腐蚀，要 求切削液具有良好的防锈作用。防锈作用的好坏，取决与切削液本身的性能和加入防锈添加剂的作 用。切削液防锈性能好坏，在我国对与很多行业（如轴承，仪表等）和一些地区（潮湿地区）来说， 是一项十分重要的指标。 切削液的作用机理比较复杂，润滑、冷却、清洗、防锈四个作用并不是孤立的，它们有统一的 一面，又有对立的一面，而且各类切削液的作用，均有它的侧重性和针对性，所以要具体情况具体 分析。 1.2.3 环保型切削液的特点及评价指标 9 1.2.3.1 绿色切削液的四大特点 (1) 原料绿色化，采用无毒无害和可再生资源为原料； (2) 化学反应绿色化，使化学反应具有极高的选择性，极少的副产物，甚至达到“零排放” ； (3) 反应条件绿色化，使用无毒无害的溶剂和催化剂等； (4) 产品绿色化，使切削液产品成为在使用中对人体健康和环境无害，而处理后废液不污染环 境的绿色切削液。 1.2.3.2 绿色切削液的具体评价指标 (1)切削液的毒性 （包括切削液的各种添加剂,如苯、 酚及其化合物、 共存的亚硝酸钠和醇胺等） ； (2)对设备安全性的影响（包括由切削液引起的生锈、滑动面摩擦增大、电器系统故障等） ； (3)对皮肤的危害性（包括矿物油的脱脂和刺激作用引起的油疹、表面活性剂脱脂以及防腐剂、 杀菌剂等添加剂造成的皮炎等） ； (4)对呼吸系统的危害性 （包括油基切削液形成的油雾和水基切削液气化(或雾化)形成的微液滴 刺激呼吸系统粘膜而引起的炎症、切削液腐败产生的恶臭对呼吸的影响等） ； (5)火灾危险性（油基切削液产生的油雾的潜在威胁） ； (6)对水质的污染（废液排放造成难降解的矿物油对水质的长期污染以及添加剂对水的污染,如 含磷酸盐的废液排放会导致河流、湖泊发生赤潮） ； (7)对土壤的污染（由带有残留切削液的切屑引起） 。 1.3 研究背景及现存问题 1.3 研究背景及现存问题 1.3.1 研究背景 切削加工（包括磨削）是用刀具或砂轮在工件表面切去一层余量，使工件达到所要求的尺寸精 度、形状精度和表面质量的一种加工方法。美国和日本每年消耗在切削和磨削加工方面的费用分别 高达1000亿美元和10000亿日元 10。目前我国所拥有的金属切削机床已超过300万台。而在机械制造 行业中,绿色制造正席卷全球，而切削液是金属切削加工中的主要污染源,除使用时对操作人员的身 体健康构成威胁外,废液的排放对环境也造成严重污染。目前,不使用切削液的干式切削法只在有限 的加工范围内得到了成功应用,而对于众多切削工艺及被加工材料而言,在今后相当长一段时期内, 切削液的使用仍不可避免。 1.3.2 现存问题 近几年来,国内市场上生产、销售、使用的化学合成切削液,其中的防锈剂有相当一部分仍然采 用致癌物质亚硝酸钠,有的还含有磷、氯、甲醛及类似化合物等有害元素。出于环保的要求，目 前国内进口数控类机床以及一些精密设备的同时，也需进口大量的进口切削液。而这些进口切削液 的价格往往是国内同类产品的十几倍甚至几十倍。 从维护操作者的健康出发,研制出一种不含亚硝酸 钠及其它有害元素的高稀释倍数的多效高水基化学合成切削液来取代进口是完全必要的。 1.4 目前国内外的研究现状 1.4 目前国内外的研究现状 1.4.1 开发一些新型的添加剂 大量的应用实践表明，在使用中应严加限制的添加剂有以下几类 11：亚硝酸盐及类似的化合物、 磷酸盐类化合物、氯化合物、甲醛及类似的化合物。提高切削液质量的有效途径是研究开发新型高 效无毒添加剂。这一点已引起国内外学者的关注，而且做了不少工作，研制