切削液论文 正文.doc

切削液供给、净化与回收处理技术新进展前 言切削液在常规使用中都会遇到变质以及废液的处理及排放等问题。机床设备在工作过程中会有大量导轨油、主轴油、液压油以及铁屑、灰尘等各种杂物混入切削液，这其中包含大量的细菌微生物，结果会对切削液带来很大危害，不仅降低了切削液的性能和加工效率，还直接影响环境。金属切削加工过程中，必须合理使用切削液。切削液的使用效果除与正确地选用切削液的品种和牌号有关外，还与它的供给与净化处理方法有关。正确的供给和净化处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粗糙度和提高工件的加工精度，延长刀具使用寿命。而使用过的废切削液中含有大量矿物油料及表面活性剂（乳化剂），过去由于对它的危害性认识不足，所以都采用直接排放。随着工业的迅速发展，这种含油污水的排放量与日俱增。据不完全统计，中国大陆仅机械工业废切削液的日排放量已达2亿多吨。含油污水造成的环境污染日益严重，大至江河、小至溪流，几乎都受到不同程度的污染，严重地影响了水生动植物的生长、农业灌溉和人们的生活用水。此外，废切削液中的表面活性剂由于其作用是使矿物油料高度分散在水中，所以更难清除，而且不少乳化剂有增加致癌物的副作用，其危害性比分散的油污更为严重。因此，未经处理的废切削液不得任意排放。废切削液的回收处理，既符合环保要求，又可节约能源，降低生产成本。 1 切削液历史介绍及作用1.1 切削液历史介绍切削液是金属切削加工的重要配套材料。人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代，车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油，16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从1775年英国的约翰威尔金森（Jwilkinson）为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。到1860年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。19世纪80年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。FWTaylor发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%40%的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂”一词。从那时起，人们把切削液称为冷却润滑液。随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。20世纪初，人们开始从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。在第一次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。1924年，含硫、氯的切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。刀具材料的发展推动了切削液的发展，1898年发明了高速钢，切削速度较前提高24倍。1927年德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高25倍。随着切削温度的不断提高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基切削液的优点。1915年生产出水包油型乳化液，并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。1948年在美国研制出第一种无油合成切削液，并在20世纪70年代由于油价冲击而使应用提高。近十几年来,由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的发展，推动了切削液技术的发展。随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强，对切削液技术提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。1.2 切削液的作用1.2.1 润滑作用金属切削加工液（简称切削液）在切削过程中的润滑作用，可以减小前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，形成部分润滑膜，从而减小切削力、摩擦和功率消耗，降低刀具与工件坯料摩擦部位的表面温度和刀具磨损，改善工件材料的切削加工性能。 在磨削过程中，加入磨削液后，磨削液渗入砂轮磨粒工件及磨粒磨屑之间形成润滑膜，使界面间的摩擦减小，防止磨粒切削刃磨损和粘附切屑，从而减小磨削力和摩擦热，提高砂轮耐用度以及工件表面质量。1.2.2 冷却作用切削液的冷却作用是通过它和因切削而发热的刀具（或砂轮）、切屑和工件间的对流和汽化作用把切削热从刀具和工件处带走，从而有效地降低切削温度，减少工件和刀具的热变形，保持刀具硬度，提高加工精度和刀具耐用度。切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度（或流动性）有关。水的导热系数和比热均高于油，因此水的冷却性能要优于油。1.2.3 清洗作用在金属切削过程中，要求切削液有良好的清洗作用。除去生成切屑、磨屑以及铁粉、油污和砂粒，防止机床和工件、刀具的沾污，使刀具或砂轮的切削刃口保持锋利，不致影响切削效果。对于油基切削油，粘度越低，清洗能力越强，尤其是含有煤油、柴油等轻组份的切削油，渗透性和清洗性能就越好。含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好，因为它能在表面上形成吸附膜，阻止粒子和油泥等粘附在工件、刀具及砂轮上，同时它能渗入到粒子和油泥粘附的界面上，把它从界面上分离，随切削液带走，保持切削液清洁。1.2.4 防锈作用在金属切削过程中，工件要与环境介质及切削液组分分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀，与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐蚀。此外，在工件加工后或工序之间流转过程中暂时存放时，也要求切削液有一定的防锈能力，防止环境介质及残存切削液中的油泥等腐蚀性物质对金属产生侵蚀。特别是在我国南方地区潮湿多雨季节，更应注意工序间防锈措施。1.2.5 其它作用除了以上4种作用外，所使用的切削液应具备良好的稳定性，在贮存和使用中不产生沉淀或分层、析油、析皂和老化等现象。对细菌和霉菌有一定抵抗能力，不易长霉及生物降解而导致发臭、变质。不损坏涂漆零件，对人体无危害，无刺激性气味。在使用过程中无烟、雾或少烟雾。便于回收，低污染，排放的废液处理简便，经处理后能达到国家规定的工业污水排放标准等。2 切削液的分类及选用 2.1 切削液的分类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，乳化液的缺点是空易使细菌、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。2.2油基切削液的分类 （1） 纯矿物油（L-MHA）：使用煤油、柴油等轻质油和L-AN7、L-AN10、LAN15、L-AN22、L-AN32等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长。点可达-30以下，但价格较贵。 （2）脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）：脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。 （3）非活性极压切削油（L-MHC）：由矿油加非活性极压添加剂组成。 （4）活性极压切削油（L-MHD）：由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。 （5）复合切削油（L-MHE和L-MHF）：由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。油基切削液即切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。目前使用的切削油有以下几种：(1)矿物油：常用作为切削液的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。 它们具有良好的润滑性和一定的防锈性，但生物降解性差。(2)动植物油：常用作为切削液的动植物油有鲸鱼油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。它们具有优良的润滑性和生物降解性，但易氧化变质。(3)普通复合切削液：它是在矿物油中加人油性剂调配而成。它比单用矿物油性能好。(4)极压切削油：它是在矿物油中加入含硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂和油性剂等调配而成的复合油。2.2.1 纯矿物油（L-MHA） 使用煤油、柴油等轻质油和L-AN7、L-AN10、LAN15、L-AN22、L-AN32等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。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，即使有少量切削油漏入齿轮箱、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，其凝点可达-30以下，但价格较贵。2.2.2 脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于精车丝杆、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甘油酯组成，对金属表面有强的吸附性能，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（质量分数，下同约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，货源较少，近年来已逐渐被油性添加剂所替代。如15%的JQ-1精密切削润滑剂+85%矿油，摩擦系数可达到菜籽油的水平，用于精车丝杆、插齿、刨齿、拉削等均获得良好效果。中国润滑油大全+pc1MM3B3、非活性极压切削油（L-MHC）我们专业、专心、专事、专人：关注汽车后市场，提供汽车美容养护最全的营销资讯、管理新知，打造365*7*24永不落幕的“润滑油销售网”和汽车行养护业的“知识百科”。所谓非活性极压切削油是指切削油在100、3小时的腐蚀试验中，铜片腐蚀在2级以下（中等程度均匀变色）。氯化石蜡、磷酸酯、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好，对有色金属不腐蚀，使用方便，被广泛用于多种切削加工。2.2.3 活性极压切削油（L-MHD）由矿物油和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，可以提高高温和高压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。硫化切削油的行业标准是SH0364-92。5、复合切削油（L-MHE和L-MHF）由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。使用油性添加剂如高级脂肪酸、脂肪油等，能在金属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，但这类添加剂只有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，这时需要由极压添加剂发挥作用。同时含有油性剂的硫、磷、氯极压添加剂的复合切削油，可以在很宽的温度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切削加工。2.3油基切削液性能特点油基切削液是使用最早的切削液品种。初期，主要采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。随着石油炼制工业的发展，矿物润滑油占据了主导地拉，同时也使用矿物油和动植物油合成的复合油。现在油基切削液普遍采用含硫、氯的润滑添加剂，应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。 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。在高速切削时，多用水基切削液。油基切削液对防止机床和工件生锈的性能很好，且不易劣化，使用时的管理也较方便。而水溶性切削液去除切屑的性能很好，防止发生火灾的性能很好，作业环境清洁。总的来说，油基切削液的润滑性好些，水基切削液的冷却性好些。油基切削液在高温时易产生烟雾，易着火；水基切削液易生菌腐败，使用期短，容易生锈。2.3.1 切削油的质量检测的项目切削油的主要质量控制指标有粘度、闪点、倾点、脂肪含量、硫含量、氯含量、铜片腐蚀、水分、机械杂质、四球试验等。关于测定方法可参考有关的试验方法标准，在此仅对部分项目给予简单说明。 (1)脂肪含量脂肪是切削油中的油性添加剂，是划分切削油类别的一个重要指标。脂肪在切削油中可起到降低摩擦系数、减少刀具磨损的作用(对防止后刀面的磨损尤为有效)。加有较多脂肪的切削油特别适合于有色金属加工以及切削量不大但产品精度及光洁度要求高的场合(如精车丝杠)。一般可用皂化值来大致判定其脂肪含量。切削油中脂肪含量过高或其质量控制不当，容易在机器上形成粘性物质造成机件运动不灵活，严重时会变成漆膜即所谓“穿黄袍”。 (2)氯含量切削油中氯主要来自含氯的极压剂。氯需要在较高含量(大于1)时，方可显现出有效的极压作用。如果氯含量不足1，可以认为它不是为了提高润滑性。一般含氯极压切削油其氯含量都在4以上，最高时可达30一40。但出于职业卫生及环保方面的考虑，有些国家已对切削油中氯的最高含量做了规定，如日本的JIS规定氯含量不得超过15。氯对不锈钢的加工以及在拉拔成型加工中都非常有效。其缺点是不够稳定，遇水或温度过高时会分解产生HCl引起腐蚀、生锈。 (3)硫含量切削油中硫来自两个方面。一个是加入的含硫极压剂，另一个是来自其他没有极压作用的含硫化合物，如基础油中原有的天然硫化物以及防锈剂、抗氧剂等。有效的硫只需很低含量(0。1)即可产生明显的极压效果。含硫极压剂对抑制积屑瘤特别有效，但可惜现在还没有简单的方法能分别测出有极压性的硫和没有极压性的硫。所以很难仅仅依据其硫含量(特别是硫含量不高时)判断其极压性如何。不过现在多数切削液制造厂家在其产品说明书中都标明加入的极压剂硫含量。 (4)铜片腐蚀测定的方法是铜片法。腐蚀活性的大小用级数表示，l一2级为低活性或非活性，34级为高活性。级数越大，腐蚀活性越强。铜对硫很敏感，用此法可以判断切削油中有没有含硫极压剂和极压剂的活性大小(注意：此法不能判断含硫剂的多少)。此项目也是划分切削油类别的一个重要指标。 (5)四球试验可测定最大无卡咬负荷。用此法可大致判断切削油的极压性，特别是用结合硫、氯含量及铜片腐蚀进行综合分析时，可以对其润滑性有更全面的了解。但应强调说明，四球试验所给出的极压性只是在标准条件下的评定结果，此结果与切削性能优劣并没有严格的对应关系。24 水基切削切削液的分类水基切削液分为乳化液、合成切削液和半合成切削液（微乳化液）三大类。分别为： 2.4.1 乳化液 乳化液的浓缩液主要是由矿物油或合成油（含量为50%80%）、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂和防腐剂等组成。浓缩液使用时直接加水稀释即成乳化液，稀释液不透明呈乳白色。由于其工作稳定性差，使用周期短，溶液不透明，很难观察工作时的切削状况，故用量量减少趋势。2.4.2合成切削液 合成切削液的浓缩不含矿物油，由水溶性防锈剂、油性剂、极压抗磨添加剂、表面活性剂、防腐剂和消泡剂等多种添加剂组成。稀释液呈透明状或半透明状。它有优良的冷却和清洗性能，适合高速切削；溶液透明，具有良好的可见性，特别适合数控机床、加工中心等现代加工设备使用，使用寿命长。但合成切削液容易洗刷机床滑动部件上的润滑油，造成滑动不灵活，润滑性能相对较差。2.4.3 半合成切削液 半合成切削液也称微乳化切削液，它的浓缩液由少量矿物油或合成油（含量为5%30%），油性剂、极压抗磨添加剂、防锈剂、表面活性剂、消泡剂和防腐剂等组成。稀释液油滴直径小于1m，稀释液呈透明状或半透明状。它具备乳化液和合成切削液的优点，同时又弥补了两者的不足，是切削液的发展趋势。2.5 水基切削液的性能特点2.5.1我们使用水溶性金属切削液的主要目的（1）延长刀具的使用寿命;（2）保证和提高工件的加工尺寸精度;（3）改善工件表面的光洁度;（4）及时排除金属屑，确保切削过程顺利进行;（5）及时带走切削热，迅速均匀冷却刀具和工件等;（6）防止机床和工件产生腐蚀和锈蚀;（7）提高切削加工效率，降低成本。为实现上述目的，要求水溶性金属切液必须具备下列几方面主要性能：2.5.2冷却性能在金属切削加工过程中，所消耗的能量，绝大部分(90%以上)都转变成切削热，它不但使刀具容易磨损，而且使工件容易产生局部烧伤或发暗，影响工件的表面的加工精度及加工质量。因此，要求水溶性金属切削液必须具有良好的冷却性能。 润滑性能。刀具在切削工件的瞬间，通常承受着极大的切削力作用，水溶性金属切削液良好的润滑性能可以减小刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦与磨损，延长刀具的使用寿命，从而使工件获得良好的加工精度和粗糙度；更重要的是减少切削过程中产生积屑瘤(即刀瘤)的机会。 2.5.3清洗性能金属在切削(或磨削)过程中，油污、细小的切屑、金属粉末和砂轮砂粒等互相粘结，并粘附在工件、刀具和机床上，影响工件的加工质量，降低刀具和砂轮的使用寿命，影响机床的精度。因此，水溶性切削液应具有良好的清洗作用，减少细小的切屑及金属粉末等的粘结以利清洗，同时迅速将细小的切屑及金属粉末等及时冲走。 2.5.4 防锈性能水溶性金属切削液在使用过程中大部分是水(约占80%-98%)，为锈蚀的产生提供了有利的环境，而水溶性金属切削液中的极压剂和某些表面活性剂往往会加剧金属的锈蚀；同时，水溶性金属切削液必须具备一定的防锈性能，使工件在加工过程中和加工后的短时间内不产生锈蚀；同时，水溶性金属切削液良好的防锈性能，也可保证切削液循环系统和机床内部不产生锈蚀及腐蚀现象，起到保养设备的功能。 同时，因为水溶性金属切削液的组成成分中含有如表面活性剂、基础油、油性剂和杀菌剂等，以及其与水混合的应用方式特点，要求水溶性金属切削液还必须具备良好的抗泡/消泡、抗菌性能，以及低毒/无毒性、硬水适应性和气味柔和等特点。2.6 切削液的选用种类主要成分冷却性润滑性应用水溶液水+防锈剂+添加剂磨削常用乳化液矿物油+乳化剂+添加剂粗加工常用切削油矿物油+添加剂精加工常用 2.6.1 切削液的选用规则 (1)切削液应无刺激性气味，不含对人体有害添加剂，确保使用者的安全。(2)切削液应满足设备润滑、防护管理的要求，即切削液应不腐蚀机床的金属部件，不损伤机床密封件和油漆，不会在机床导轨上残留硬的胶状沉淀物，确保使用设备的安全和正常工作。(3)切削液应保证工件工序间的防锈作用，不锈蚀工件。加工铜合金时，不应选用含硫的切削液。加工铝合金时应选用pH值为中性的切削液。(4)切削液应具有优良的润滑性能和清洗性能。选择最大无卡咬负荷PB值高、表面张力小的切削液，并经切削试验评定。(5)切削液应具有较长的使用寿命。这对加工中心尤为重要。(6)切削液应尽量适应多种加工方式和多种工件材料。(7)切削液应低污染，并有废液处理方法。(8)切削液应价格适宜，配制方便。综上所述，用户在选用切削液时，可根据本厂特定的加工情况，先初选认为综合性能较好的23种切削液，经工厂试用后，确定出性能满足本厂加工工艺要求，价格适宜的切削液。2.6.2 各种材质刀具的切削液选用（1） 工具钢刀具其耐热温度约在200-300之间，只能适用于一般材料的切削，在高温下会失去硬度。由于这种刀具耐热性能差，要求冷却液的冷却效果要好，一般采用乳化液为宜。 （2）高速钢刀具这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒(有的还含有铝)为基础的高级合金钢，它们的耐热性明显地比工具钢高，允许的最高温度可达600。与其他耐高温的金属和陶瓷材料相比，高速钢有一系列优点，特别是它有较高的坚韧，适合于几何形状复杂的工件和连续的切削加工，而且高速钢具有良好的可加工性和价格上容易被接受。使用高速钢刀具进行低速和中速切削上，建议采用油基切削液或乳化液。在高速切削时，由于发热量大，以采用水基切削液为宜。若使用油基切削液会产生较多油雾，污染环境，而且容易造成工件烧伤，加工质量下降，刀具磨损增大。（3）硬质合金刀具用于切削刀具的硬质合金是由碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和5-10%的钴组成，它的硬度大大超过高速钢，最高允许工作温度可达1000，具有优良的耐磨性能，在加工钢铁材料时，可减少切屑间的粘结现象。在选用切削液时，要考虑硬质合金对骤热的敏感性，尽可能使刀具均匀受热，否则会导致崩刃。在加工一般的材料时，经常采用干切削，但在干切削时，工件温升较高，使工件易产生热变形，影响工件加工精度，而且在没有润滑剂的条件下进行切削，由于切削阻力大，使功率消耗增大，刀具的磨损也加快。硬质合金刀具价格较贵，所以从经济方面考虑，干切削也是不合算的。在选用切削液时，一般油基切削液的热传导性能较差，使刀具产生骤冷的危险性要比水基切削液小，所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液为宜。在使用冷却液进行切削时，要注意均匀地冷却刀具，在开始切削之前，最好预先用切削液冷却刀具。对于高速切削，要用大流量切削液喷淋切削区，以免造成刀具受热不均匀而产生崩刃，亦可减少由于温度过高产生蒸发而形成的油烟污染。 （4）陶瓷刀具采用氧化铝、金属和碳化物在高温下烧结而成，这种材料的高温耐磨性比硬质合金还要好，一般采用干切削，但考虑到均匀的冷却和避免温度过高，也常使用水基切削液。 （5）金刚石刀具具有极高的硬度，一般使用于切削。为避免温度过高，也象陶瓷材料一样，许多情况下采用水基切削液2.7 选用切削液注意事项硬质合金刀具：一般不用切削液；要用就必须连续浇淋。切铸铁：一般不用切削液；铰孔、攻丝时可加煤油切铝合金：不用切削液切铜合金：有色金属：不能用含硫的切削液切镁合金：严禁使用乳化液，可用煤油或4%氟化钠做切削液3 切削液供给方法及其改进 3.1 常用供给方法及其改进 目前生产中常用的切削液供给方法有浇注法和内冷却法两种。前者是利用齿轮泵或低压泵（0.10.2MPa）通过管道和喷嘴将切削液直接浇注到刀具前刀面与切屑和刀具后刀面与工件接触区的界面上。此法最为简单，但供液效果差，且切削液消耗大。内冷却法多用于油孔钻、深孔钻、喷吸钻、套料刀和单刃镗铰刀等孔加工刀具上，需在刀体内作出供液孔，然后将高压（110MPa）、高速的切削液流引入刀体内部，射向切削表面，此法的供液效果好，但需有一套专门的切削液供给系统，使用受到局限。 现在的研究表明，切削液采用近乎干式切削的“汽束”喷雾冷却法最为有效，而且切削液消耗少，加工成本低。众所周知，采用湿式切削时切削液的使用与回收费用在机械加工中占有相当大的比重。据德国一项统计资料表明，在高生产率的工业部门，切削液及其管理费用加在一起，要占加工费用的16%，而刀具费用仅占4%，在与切削液有关的总费用中，有22%是切削液的处理费用，而采用干式切削就节省了这部分的开支。 “汽束”喷雾冷却是以一定压力（0.31.0MPa）的空气使切削液雾化，并以很高的速度喷向切削区域，使在该区域高温下呈雾化状的切削液滴很快汽化。由于液体在汽化时会吸收大量热量，因而可使切削区域内的温度大幅度下降，同时切削液还能带走切削区域和空间的热量和粉末，改善作业环境。实践证明，在使用等量切削液情况下，“汽束”喷雾冷却在相同时间内所吸收的热量是浇注法的1000倍。所以，它不但可提高刀具使用寿命，而且可使切削液的消耗大大减少。据德国格林（Guhring）公司试验证实，在汽车一些生产线上采用“汽束”喷雾冷却，每班只需耗用半杯油，并且可用廉价的工厂派生油。“汽束”喷雾冷却既适用于自动生产线上，也适用于一般的金属切削加工中。图3-1所示为在普通钻床上利用“汽束”供给切削液的一种装置。 图3-1 利用“汽束”供给切削液的装置 1贮液箱 2、3过滤器 4、7、10管道 5集液箱 6喷嘴 8箱盖 9喷吸器 11汽阀 12节气阀 13水管该装置由贮液箱1（包括工作部和溢流部）、过滤器2和3、集液盘5、喷嘴6、箱盖8、喷吸器9、气阀11、节气阀12、水管13及管道4、7和10等组成。工作时，开动气阀11，压缩空气将以Pc=0.4MPa的压力从管路中压出，产生高压气流。高压气流在水管13的上部通过时会产生负压，而将切削液从贮液箱中吸出，并击成雾滴状。上述高压气流带着微小液滴的切削液渗透到切削区。在高温下会迅速汽化，吸收大量的热量，从而能有效地降低切削温度。而在集液盘中收集的废液经过滤器过滤后可流回贮液箱继续使用。节气阀12是用来改变管路中的压力，以便调整切削液的流量。而气阀11则可利用电信号（通过直流电压U=24V）操纵。使用表明，该装置结构简单，使用方便。 图3-2所示为美国一家汽车制动器厂在自动生产线上用的一种靠重力排屑的“汽束”冷却钻削新方法。它将工件翻过来安装，采取钻头从下往上钻的方法，使切屑靠重力落下，同时利用“汽束”来喷雾冷却刀具和工件。据报道，此法比用切削液高压冲洗法好，可使刀具有较长的使用寿命。图3-2 靠重力排屑的 “汽束”冷却钻削方法据报道，俄罗斯“罗士技术”科研生产公司已经开发出在30多个国家获得专利发明的静电冷却干式切削（风冷的一种）生态净化工艺，并已在美国、德国、日本、和瑞士等工业发达国家中应用。静电冷却干切技术的实质在于向切削区域输送经过放电处理的空气，它可以在许多情况下取代切削液的使用。在进行切削加工时，产生的热电流通过切削区域，并导致工件与刀具的硬度降低。在正确选择装置工作规范情况下，可减小通过刀具的电流（可减至零），而扩大通过工件的电流（扩大一倍）。这样，便可减小刀具硬度的降低，加大工件被切削层硬度的下降，从而可提高刀具的寿命（可提高1.54倍）和改善工件加工表面的质量。在切削不锈钢和钛合金等难加工材料时，这一效果尤为显著。 3.2 切削液集中供给方法 目前一些工业发达国家已有将切削液采用集中供给的方式。所谓集中供给就是将多台湿式加工的、相同的切削方式和材料的，每台机床上各自独立的切削液供给装置，合并为一个供给系统，如图3-3所示。图3-3 切削液集中供给示意图 L切削液集中供给净化装置 L1含杂质切削液流 L2净化切削液流 C内循环 M1、M2Mn机床集中供液由于采用了大循环、大流量、大行程液体回流，所以切削液的热量散发快，供液系统温度低，并且在周末和节假日等停工期间还设有内循环（见图3-3中C回路），使大流量的切削液能不间断地流动，有效地抑制了细菌的生长，同时也易于对切削液的性能指标（如PH酸碱值、浓度以及泡沫等）实现自动控制，确保切削液的质量。此外，集中供液也便于污液的集中净化处理，保护生态环境。中国上海大众汽车有限公司发动机厂对切削液采用集中供液后，使切削液的平均寿命比单机分散供液时提高了2.5倍，取得了显著的经济效益。但集中供液一次性投入的成本较高。 3.3 切削液的合理使用 切削液按成份大致可以分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液如轴承厂的超精加工使用的以煤油为主添加少量机械油的切削液。油基切削液通过加工部位后一般只含有磨粒、切屑等固体杂质，实用中只需要分离掉固体杂质就能获得清洁的切削液，因此其处理相对比较简单。另一类是水基切削液，以乳化液为代表，在乳化液中细微的油滴高度分散地分布在水中，乳化液中还含有各种表面活性剂及防锈剂等添加剂。乳化液通过加工部位后除含有磨粒、切屑等固体杂质外，还容易滋生微生物。微生物包括细菌、霉菌、真菌等，这些都是影响乳化液品质的主要因素，正常的乳化液含菌量不超过1000个/mg，当含菌量达到10000100000个/mg时，乳化液就会变黑发臭，冷却润滑效果迅速下降，发出令人不愉快的气味，腐蚀设备，甚至菌体会将过滤器堵塞，这时必须更换全部乳化液并彻底清洗循环系统。4 切削液净化处理及其装置 4.1 切削液净化重要性及其处理方法 过去人们认为，只有在精密加工，例如滚压和研磨时，才须使用经过精细过滤净化的切削液，但近几年来研究表明，如将切削液中的杂质（如碎屑、砂轮粉末等）从40m降低到10m，刀具耐用度可延长13倍。由于人们的肉眼看不见小于40m的微粒，所以切削液中的杂质，当其尺寸小于20m，尤其是210m的微粒常被人们所忽视，然而这些不可见的杂质对金属切削加工有着不可低估的影响，因为在切削加工时，它们将进入到刀具前刀面与切屑以及刀具后刀面与工件接触区的界面上，由此而产生强烈摩擦，使切削温度增加，并使刀具耐用度大大降低，同时使加工表面质量变差。因此，目前的研究认为，无论是精密加工，还是在钻削、扩孔、铰孔和镗孔等普通加工中，为了提高刀具耐用度和可靠性，改善零件加工质量，均应使用净化的切削液。此外，清洁的切削液还可防止微生物的生长。 切削液的净化处理就是将它在工作中带入的碎屑、砂轮粉末等杂质及时去除。常用的净化方法有过滤法和分离法。过滤法是使用多孔材料，如铜丝网、布质网、泡沫塑料等制成过滤器，以除去在工作时切削液产生的杂质.分离法是应用重力沉淀、惯性分离、磁性分离等装置，除去在工作时切削液产生的杂质。实际生产中常将几种方法综合使用。 4.2 切削液净化处理装置切削液的过滤净化即将切削液中一定比例、相对较大的固体颗粒，从切削液中去除的过程。经过过滤净化后的切削液能够再用于机械加工中达到循环使用的目的。对切削液过滤净化的优点主要表现在以下几个方面： （1） 延长切削液的更换周期：根据我厂的实践证明，经过滤净化后的切削液的更换周期可以大大加长。 （2） 提高刀具及砂轮的使用寿命：近几年的研究表明，如将切削液中的杂质（如碎屑、砂轮粉末等）从40m降低到10m以下，刀具（或砂轮）寿命可延长1-3倍。 （3） 提高工件表面粗糙度，降低废品率。 （4） 延长管路及泵组使用寿命，切削液中的固体颗粒等切屑会加速管路及泵等部件的磨损。 对切削液的过滤净化大致可以分为过滤和分离两大类，但在实际生产中常将他们结合使用。 4.2.1 分离装置 （1） 沉淀箱 如图4-1，在沉淀箱内设有隔除悬浮污物和浮油的分离挡板和隔板，切屑和固体污物则沉淀于箱底。经沉淀和隔离浮悬物和浮油的净化液，流过隔板上方流入沉淀箱的净液存储部分。这种装置适用于净化各种切削液的切屑和磨屑，特别适应切屑大和比重大的切屑分离。图4-2是另一种沉淀箱，它带有刮板链，可将沉淀于箱底的细切屑和固体污物刮出箱外，落入污物箱。它适合于水基切削液的集中冷却系统，特别适合于净化磨削铸铁时的磨削液，沉淀箱对切屑细末、细粒子和高粘度的切削油的分离效果不好。 图4-1 沉淀箱图4-2 刮板式沉淀箱（2）磁性分离器：磁性分离器早已应用于磨削加工过程净化磨削液，它利用磁性吸附原理，依靠连续转动的磁鼓清除铁屑和其他导磁金属末。分离过程：当脏的磨削液流过缓慢旋转的磁鼓吸附区域时，在磁场作用下磁性的固体粒子被磁化，吸附到磁鼓表面，并被带出磨削液流动区，经橡胶压辊挤压脱水，然后依靠贴着磁鼓的刮板把磁鼓上的磨屑刮下。这种磁性分离器在分离出磁性的固体颗粒的同时，也能清除部分其他非磁性杂质。见图4-3。它适用于乳化液、水基合成液和低粘度切削油的净化。 图 4-3 磁性分离器（3）离心分离器：离心式分离器是依据冷却润滑液和切屑的比重差，通过分离器的高速回转产生离心力来分离切屑的。同样依据不同液体的比重差来分离油和水。其净化过程是带细末粒子的冷却润滑液由污液管进入转子内部，并随转子一起高速旋转，靠旋转而产生的离心力，促使细末粒子抛向壁周，净液由顶部溢出。当分离器转子内部切屑积聚过多时，要停止过滤，清理转子。分离器的性能是由其回转数、回转半径所决定。手动卸料和半自动卸料离心分离器可用于乳化液、合成液及低粘度切削油的净化。离心式分离器分离精度高，但高速回转易发生气泡，故不适合大容量分离。 图4-4 离心分离器（4）涡旋分离器：它能分离出切屑细末和细粒子，但不能分离出轻的污物和浮油。涡旋分离器原理如图4-5。其净化过程是：带细末粒子的冷却润滑液沿着圆柱段内壁切向压入，并在圆柱段充分旋转，顺着内壁盘旋而下进入圆锥段分离区，在分离区其盘旋强度愈往下愈快，靠盘旋而产生的离心力，促使细末粒子抛向壁周，而后细末粒子顺着内壁下落，由底流口流出。作用于细末粒子的离心力往往大于细末粒子身重量的几倍至几十倍，所以细末粒子很易抛出。圆锥体中心由于盘旋而形成一个空气柱，并在此相邻处出现低压区，促使净化过的切削液上升，由顶端的溢流口流出。这种分离器一般供给压力为0.250.4Mpa，出口压力为0.040.06Mpa。用来分离含切屑量大或含大切屑的切液时，为了防止圆锥体底流口被堵塞，必须预先把切削液作重力沉淀或磁性分离处理后才能进行。这种分离器适用于高速磨削、强力磨削、一般精磨加工中净化合成液、乳化液和低粘度油基切削液。 图4-5 涡旋分离器各种沉淀箱和分离器在选择时可以合并使用以提高净化率和净化程度，例如沉淀箱与磁性分离器并用，可以清除浮油、磨屑、切屑和砂轮末，磁性分离器、沉淀箱和涡旋分离器串联使用，可获得10m左右的精度。但这种方式只适合单机小流量的工况，处理量一般不大。 4.2.2 过滤装置 （1） 重力式纸带过滤机 如图4-6，用于轴承磨削加工中对磨削液净化处理的单机循环系统。该系统采用磁性分离器与重力式纸带过滤机，过滤机过滤介质采用无纺布，过滤精度20m。来自机床的污液自然回流至磁性分离器，经过磁性分离器的初级过滤，其中大部分磁性颗粒被吸附出来，然后由磁性分离器出水口流入过滤机带漏网的接水盘中，并流到过滤纸上，过滤纸铺设在输送网上，输送网根据液位开关的开关信号自动输送污纸。乳化液经过过滤纸进入过滤机下部的净水箱，而杂质和污油则被截留到过滤纸上表面。当过滤纸被堵塞后，液位开关的浮球升起，接通液位开关，驱动输送链网输出脏纸，同时走入新纸，滤纸上面的液面很快下降，浮球复位，走纸结束，滤纸和滤渣落入污纸箱。该系统可以自动独立控制，操作简单易行，应用最为广泛，过滤精度根据滤纸的选择而定，我公司生产的该系列过滤机规格有25L/min2000L/min。 1.净水箱 2.过滤纸 3.液位开关4.滤液池 5.输送网 6.接水盘 7.磁性分离器 8.污纸箱图4-6 重力式纸带过滤机（2） 平床纸带过滤机（正压纸带过滤机） 正压式平床过滤机本体由活动的上箱体和固定的下箱体组成。我公司生产的平床纸带过滤机各部分结构名称如图4-7所示。上箱体与两个油缸连接，可垂直升降。工作时由油缸或气缸夹紧。上箱体与下箱体之间有滤纸和金属钢带，钢带有支撑和输送滤纸的作用。过滤机上箱体和下箱体结合处装橡胶密封件。工作时，污浮液以一定压力经管道进入上箱体，污浮液中的颗粒杂质被滤纸截留，过滤后的净液体收集到净液箱。当滤纸使用一段时间后，浮液的通过能力降低，内压升高到一定程度时，系统将自动切断乳液的输入，通过压缩空气，将上箱体中乳液驱除，经过一段设定时间，油缸将上箱体升起，过滤网带做水平移动，输入新纸，然后上箱体压下闭合，开始下一循环周期。整个控制过程由PLC控制完成预定动作，控制方式有压力控制和时间控制可供选择，实现连续过滤，可调预设值并自动换纸。 图4-7 平床纸带过滤机 1污液入口 2 入口自动控制阀门 3 柔性软管 4 过滤网带 5 气囊 6 上箱体 7 下箱体 8 净液出口 9 压力控制阀门10 集污车 11压缩空气入口 12 四位阀门13 污液分配器 14 清洗喷嘴 15 清洗液回流管 16 清洗液收集箱 17 净液箱（3)负压过滤机 负压过滤机是目前应用最为广泛的一种过滤形式，负压过滤机又有多种形式。负压过滤机主要有纸带负压过滤机、霍夫曼负压过滤机等几种形式。 （3.1）纸带式负压过滤机 图4-8为我公司生产的纸带负压过滤机。纸带负压过滤机是一个大箱体，在箱体的底部有一个负压室，负压室上部与脏液箱之间用一个不锈钢滤纸支架分开。污液进入污液箱后，切削液通过过滤介质进入负压室，泵从负压室抽走净液供给机床使用。在泵的抽吸作用下，负压室会形成一个负压，加速介质的过滤速度，当杂质在滤纸上堆积形成的“滤饼”，达到一定厚度时，负压室内的真空继电器会启动排污刮板驱动滤纸运行一段距离，使脏纸走出过滤区，同时走入一段新纸，继续过滤。纸带负压过滤机过滤速度快，过滤精度高，对切削液无要求。 图4-8 纸带负压过滤机（3.2） 霍夫曼过滤机 污液进入过滤介质上部，过滤介质以金属排链作为托架，使用风机在负压室抽吸空气，从而形成负压，迫使切削液通过过滤介质，进入负压室。切削液表面的浮油等杂质可以被吹到滤饼末端，随滤饼一起排出过滤区。当滤饼增厚，阻力增加，负压达到设定值时，排链拖动滤布走出过滤区，同时走入新纸，继续过滤。整机由PLC可编程序控制器自动控制，具有故障自诊断功能，适合现代无人加工环境的要求。如图4-9所示。图 4-9 霍夫曼过滤机（4） 切削液的集中过滤 切削液的循环方式有单机过滤和集中过滤两种型式。单机循环过滤就是每台机床的过滤系统各自独立。单机循环过滤系统一般是轴承加工机床出厂时设备自带的，一般比较简陋，过滤精度比较低，只能满足低精度轴承生产要求，不能满足高精度、低噪音轴承的需要。这种独立的过滤循环方式，一般适合与机床数量不多或使用不同切削液的工况。对于采用湿式加工的大型机械加工厂，推荐采用集中过滤方式。集中过滤系统是现代湿式加工过滤的趋势，与单机循环系统相比，集中过滤的优越性表现在以下几个方面： （1)占地面积小：大型集中过滤系统比单机过滤相对占地面积小得多。 （2)便于管理：添加切削液时点数少，可以减少切削液管理人员，废切削液可以集中处理，环境污染小；排出的铁屑集中，便于运输处理；切削液的使用情况可以集中检测。 （3)过滤精度容易控制； （4)容易实现自动控制。 第5章 切削液添加剂 切削液是一种复杂的化合物，它含有几种乃至几十种不同成分的添加剂。添加剂的成分不但直接影响切削液的切削性能(润滑、冷却和清洗性能)，而且还影响切削液的非切削性能(毒性、腐蚀性、污染性、使用周期性和废液可处理性)。切削液常用的添加剂主要有极压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。所以切削液的这些添加剂不仅要性能优良，而且要无毒无害。5.1 极压润滑剂 目前仍在使用的权压润滑剂主要是含有硫、磷、氯类的化合物，如硫化烯烃、硫化动植物油、硫脲、磷酸酯。氯化石蜡等，它们在高温下与金属表面发生化学反应生成化学反应膜，在切削中起极压润滑作用。它们的润滑性能很好，但对环境有污染，对操作者有害。随着人们环保意识的加强，现在已限制使用此类添加剂。国内外正在着手研究它的替代物。近年来，无毒无害的硼酸盐(酯)类添加剂系列受到了广泛的重视。5.2 防锈添加剂防锈添加剂的作用在于防止工件生锈，它有水溶性和油溶性两类，分别用于水基切削液和切削油。常用的油溶性防锈添加剂有石油磺酸钡、石油磺酸钠等。对于水溶性防锈添加剂，亚硝酸钠是长期被认为有效的防锈添加剂，但人们已逐渐认识到它对人体有致癌的可能性。铬酸盐、重铬酸盐对钢铁也有良好的防锈作用，但有毒、污染环境，它们的使用都受到限制。磷酸盐类防锈剂会污染环境，它们的使用也应受到限制。因而开发新型无毒无害防锈剂是发展趋势。目前利用多种无毒添加剂的协同效应，如由机胺、硼酸盐、苯丙三氮唑等复配成的高效防锈添加剂已取得好的效果。钼酸盐也是防锈性能优良且无毒的防锈剂。5.3 防腐剂 切削液本身具备着微生物和菌类生长繁殖的条件，容易腐败变质发臭。防腐剂(或杀菌剂)的作用在于杀灭或抑制细菌和霉菌的生长，以达到延长切削液的使用期限。常用的防腐剂是酚类化合物、甲醛类、含氯和含苯化合物。虽有较强的杀菌作用，但会伤害操作者，并污染环境，刺激人的眼、鼻，使操作者患有皮肤病和呼吸道疾病。近年来由于受到环保法规的限制，许多国家对含酚类、