第8章 切削液.ppt

第八章切削油，第一节切削油及其选择，第一，切削油分类1:水溶性切削油水溶液主要成分水和冷却性能优良。乳化液乳化液乳化水稀释性能介于两者之间。2:非水溶性切削油切削油主要成分是矿油，润滑性能好。1)水溶液：主要成分是水，在水中加入一定量的防锈剂。其冷却性能良好，润滑性差，透明，常用于磨削。(2)油液：将乳化油稀释到水中，使其呈乳白色。为了均匀混合油和水，经常添加一定量的乳化剂(如油酸钠肥皂等)。液具有良好的冷却和清洗性能，具有适合粗加工和磨削的润滑特性。3)切削油：主要是矿油，在特殊情况下也使用移动、植物油或复合油，润滑性能好，但冷却性能不好，常用于整理过程。第二工作机制1。冷却功能：在工件加工过程中，可及时快速降低切削区域的温度。也就是说，通常摩擦引起的温升、冷却也会影响切削效率、切削质量和刀具寿命。切削液的冷却效果在刀具材料的耐热性下降、工作材料的热膨胀系数大、导热性下降的情况下更为重要。切削液冷却性能的好坏取决于其热导率、比热容、汽化热、蒸发速度、流量、流速等。一般来说，水溶液冷却性能最好，油类也最低，乳化液介于两者之间，接近水。切削液本身的温度对冷却效果有很大影响。过剩，冷却不足；太小，粘度大，冷却不良。2 .润滑：可减少切削刀具和工件之间的摩擦。润滑油渗入工具和工件及其芯片之间，减少摩擦和粘合，减少切削阻力，保证切削质量，延长刀具寿命。金属切削过程中芯片、工件和工具之间的摩擦可以分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。实际干摩擦仅发生在摩擦系数大的绝对干净摩擦表面之间。如果真空中两个金属表面之间的摩擦系数最大为10-100，则切削液的润滑只有在芯片、工件和刀具接口之间油膜形成流体润滑摩擦的情况下才能取得更好的效果。但是，在很多情况下，芯片、工件和刀具界面之间施加的载荷增加时，油膜厚度会随着温度的增加而减小。负载和温度持续增加，流体油膜厚度变薄，相当于金属表面的凹凸度，流体油膜被部分破坏，但直接接触凸起的金属尖头，不能产生良好的流体润滑效果。但是，由于润滑油的渗透和吸附作用(见下一页PPT)，某些接触面仍具有润滑油的吸附膜，起到减少摩擦系数的作用，这种状态称为边界润滑摩擦。边界润滑时的摩擦系数值大于流体润滑，但小于干切削。在金属加工中，大部分属于边界润滑。切削液渗透途径见教科书8-11前后刀面的毛细管现象2。芯片和前刀面的相对运动引起的泵吸入现象3。第一变形区域剪切面的渗透、边界润滑一般分为四种：低温和低压边界润滑、高温边界润滑、高压边界润滑和高温和高压边界润滑。一般切削液在约200 时失去润滑能力，因此仅适用于低温和低压边界润滑摩擦。在某些切削条件下，切削、刀具界面之间的温度在600 1000左右，高压力在1.5 2.0 GPA(150 200 kgf/mm2)下，可以进行高温高压边界润滑或极压润滑。在流体润滑中，润滑油的承载能力随着润滑油粘度的增加而增加。在边界润滑中，没有完整的油膜，因此其承载能力与润滑油的“油性”无关。“油性”是指动植物油中含有对金属具有强烈吸附性的原子团，在芯片、工件及工具界面之间形成物理吸附膜，即润滑膜。，在普通金属的低速精加工(低温低压)切削时，主要添加动植物脂肪的油性添加剂(或直接使用动植物油)。(称为物理吸附)但是大部分困难的金属加工属于极压润滑状态，此时含油添加剂在金属摩擦表面产生的润滑膜也受到高温高压的破坏，这需要依靠极压添加剂形成另一种性质的润滑膜。这种润滑膜是极压添加剂在高温高压下芯片、毛坯和工具界面之间、金属的化学反应产生的氯化铁、硫化铁等化学吸附膜，边界润滑层的润滑性很好。(称为化学吸附)如上分析表明，大多数金属切削过程是在边界润滑摩擦条件下进行的，使用适合于这种摩擦状态的切削油，可以改善切削过程的摩擦条件，提高切削效果。3 .清洗效果：切削液在金属切割中产生微细颗粒(如铸铁)或研磨等粉碎时需要良好的清洗效果。冲洗芯片或研磨粒子，使它们脱离工具和工件的加工区域，相互粘合，粘在工件、工具和机床上，从而防止加工过程正常进行。洗涤性能的好坏与切削的渗透性、流动性及使用压力有关。为了提高切削液的渗透性、流动性，加入大量表面活性剂和少量矿物油，以大稀释比(水的95%-98%左右)制作油液或水溶液，可以大大提高清洗效果。为了提高精炼能力，经常及时冲掉碎片和粉盒，在使用过程中施加一定的压力，保持足够的流量。4 .防锈效果：要有一定的防锈性能，以免工件和机床生锈。提高防锈性能的时候，还可以部分代替过程间防锈。在气候潮湿的地区，对防锈效果的要求显得更加明显。切削液的添加剂、1油性添加剂和极压添加剂、油性添加剂主要用于低压低温边界润滑状态，在金属切削过程中主要起到渗透和润滑作用，减少油和金属的界面张力，使其快速渗入切削液切削区域，在特定切削温度作用下进一步形成物理吸附膜，减少前刀面、芯片、后刀面和工件之间的摩擦。在极压润滑状态下，切削液要添加极压添加剂，以保持润滑膜强度。常用的极压添加剂是硫、磷、氯、碘等有机化合物，在高温下对金属表面进行化学反应，产生比物理吸附膜熔点高得多的化学吸附膜，防止在极压润滑状态下金属摩擦界面直接接触，减少摩擦，保持润滑效果。(1)含硫极压添加剂：切削液中引入硫元素的方法有两种。一种是元素硫，直接是硫化氢的矿物油。二是在矿物油中加入硫化动物油、硫化烯烃和硫、氯化动植物油等含硫添加剂，制造极压切削油。硫化切削液对铜及铜合金有腐蚀作用，加工时气味大，逐渐被极压切削液取代。含硫极压切削液在金属切削过程中与金属发生化学反应，产生硫化铁。硫化铁与氯化铁没有相同的层状结构，比氯化铁的摩擦系数大，但熔点高(硫化铁的熔点为1193，二硫化铁的熔点为117)，硫化薄膜在高温下不容易被破坏，因此切割钢时可以在1000左右的高温下保持润滑性能。(2)含氯极压添加剂：常用氯极压添加剂包括氯化石蜡(氯含量40%-50%)、氯化脂肪酸或酯等。氯的化学性很强，能在200 300与金属表面发生化学反应。氯化物的摩擦系数低于硫化物，因此氯极压添加剂具有良好的润滑性，包括氯极压添加剂在内的切削油可以经受约600 的高温，特别适用于合金钢、高强度钢、钼和其他切削材。氯化石蜡等具有腐蚀性，应与实用性防锈添加剂一起使用。，(3)含磷极压添加剂：切削液中常用的含磷添加剂是有机磷酸酯或硫磷酸锌。这种添加剂具有中等极压特性，与钢接触后，产生吸附、化学反应、磷酸铁化学润滑膜，减少摩擦、减少磨损的效果优于含硫含氯极压添加剂。为了获得效果好的切削液，通常在一种切削液中加入上述两种或三种添加剂，复合使用，使切削液快速进入高温切削液，形成坚固的化学润滑膜。2 .防锈添加剂，1)水溶性防锈添加剂：水溶性防锈添加剂是在乳液和水溶液中广泛使用亚硝酸钠的品种。亚硝酸钠基本上没有润滑性，在碱性介质中对钢有防锈效果，用量一般控制在0.25%左右，浓度再高，对操作员皮肤有害。亚硝酸钠的防锈效果对铜、铝及其合金等有色金属不起作用，甚至起腐蚀作用。在加工铜的乳化液或水溶液中，使用苯三氮唑作为防锈添加剂，添加0.01%-0.1%即可见效。要注意，水溶性防锈剂用作乳化液时，大部分是电解质，使用过量的量会损害乳化剂，使油水分离，不能过度使用。在切削液中添加防锈添加剂，防止机床、工具和工件腐蚀。在金属表面有强大附着力的极性强化合物，优先吸附在金属表面形成保护膜，或熔化在金属表面形成钝化膜，保护金属表面不接触腐蚀介质，起到防锈作用。常用的防锈添加剂可分为水溶性和实用性两类。(2)可用性防锈添加剂：可用性防锈添加剂主要用于防锈乳化液和切削液。在使用过程中，经常复合使用具有多种特性的防锈剂，取得综合防锈的好效果。添加氧化石油酯和肥皂可以提高大气腐蚀的抗力。添加酰胺类可以提高油的抗氧化作用，中和酸性物质，添加羊毛脂和肥皂，提高吸附性。3，长期使用真菌添加剂乳化剂后，由于细菌繁殖的结果，容易受伤发臭。添加几万抗真菌添加剂可以起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果。但是真菌添加剂对操作员皮肤会产生红斑、痒等，所以一般不用。4 .抗泡沫添加剂切削液一般加入防锈添加剂、乳化剂等表面活性剂，这些物质与空气混合，提高了产生泡沫的可能性。泡沫过多会降低切削油效果。加入数百万分之几的防泡沫添加剂，例如二甲基硅油，可以有效地防止泡沫形成。高速强力研磨的时候会产生较多的泡沫，所以要在研磨液中加入适量的发泡剂，进行扫荡试验。5 .乳化剂(表面活性剂)、乳化剂是光油和水乳化形成稳定乳化液的关键物质。它吸附在油和水的界面上，形成坚固的吸附膜，使油均匀分布在水中，形成稳定的乳化液。(1)乳状液的形成机制(表面活性剂的作用):油水本来是互不相容的，可以高速搅拌，形成分散体，但在硫化后立即分离。添加表面活性剂后搅拌混合，油会分散成细小的颗粒，在水中成为稳定的乳化剂，静静地放在一起也很难分离。因为表面活性剂是由极性组和非极性组两部分组成的有机化合物。极性基因是亲水性的，称为亲水性，可溶于水。非极性组是亲油，因亲油或疏水发生而溶于油。添加到油和水中的表面活性剂可以定向排列吸附在油-水两相界面上，极性端面向水，非极性端面向油，连接油和水，减少油-水的界面张力，使油作为小颗粒安全地分散在水中，形成稳定的物-油(0/w)乳化液。此时，水被称为分散介质或外部相。油是被称为分散相或内相的不连续相。而是油包水(w/o)的乳化液。用于金属切割的是水旁油(o/w)的乳化液。表面活性剂除了在乳化液中起到乳化作用外，还吸附在金属表面，形成润滑膜，润滑油性添加剂。(2)表面活性剂的种类：表面活性剂的种类和等级很多，但根据其性质和分子结构，可以大致分为负离子、阳离子、两性离子、非离子型四类。制油液最广泛使用的是负离子及非离子型表面活性剂。负离子表面活性剂乳化特性好，有一定的清洗和润滑特性，具有防止生锈的特性，但如果硬水能力下降，就容易产生泡沫。非离子表面活性剂不会在乳化液和水溶液中产生离子，因此不怕硬水，也不受ph (ph的大小)的限制，可以根据需要调整分子内的亲水性、亲油系。(3)乳化稳定剂：在乳化剂中添加稳定剂的作用有两个方面。一是在乳化油中与稳定剂一起溶解肥皂，提高乳化油和乳化液的稳定性。二是扩大表面活性剂的乳化范围，提高稳定性。但是，使用乳化稳定剂低分子量酒精时，要特别注意像服用计量剂一样，它也是乳化剂，并且会发生油和水的分层。第4节切削液的选择和使用，1 .浇注方法：速度慢、压力低、温度最高区域困难。浇注后的刀面比浇注前的刀效果好得多。2 .高压冷却方法：例如，用于深孔加工。3 .喷雾冷却方法：雾化装置、切削液雾化、小水滴快速汽化。使用方法，切削液性能要求：1 .热容量、导热性好，冷却效果好。吸附在高油性或金属表面。形成的吸附薄膜具有高强度，能牢固地吸附在金属表面，起到良好的润滑作用。3.防锈性好，不会对金属产生腐蚀，腐蚀不会破坏机床和工件的准确性和表面粗糙度。4.表面张力低，易均匀扩散，冷却和洗涤效果好，润滑性好。5 .使用方便，价格便宜，配置方便，最适合多种金属材料和各种加工方法，如汽车、小麦、刨床等，具有提高切割速度时不冒烟的一定透明度。对人体无害，无毒，没有气味。不伤害皮肤或鼻粘膜，不刺激眼睛等。7.稳定性好，寿命长。在长期使用和保管期间，不分层沉淀物，不沉淀沉淀物，不发霉变质。8.截断废液量，考虑废液处理，可以避免环境污染。在一些不使用冷却剂的情况下：1 .硬质合金刀具通常不使用切削油。由于硬质合金的热硬化高，切削温度高，可以适当增加小合金的韧性，防止刀片倒塌。2 .铸铁青铜等一般不使用切削油。因为效果不好。3 .铝合金加工通常不使用切削油。因为铝的热导率很好。4 .加工镁合金不使用切削油。因为容易燃烧。选择切削液(详见课本第141页详细内容)，1。粗加工：切削量，切削热量，主要是冷却。带有离子切削液或乳化液的高速钢刀具。硬质合金刀具，无切削液。精加工：主要提高准确度。钢零件加工，极压切削油加工铜，铝，铸铁：离子切削油，铜注，铝不含s的切削油。高速：热磨损、离子切削液或乳液。低速：机械磨损主要是润滑。难加工的材料：高温高压，极压切削油。研磨：使用乳液。，切削油的负面影响，1)加工过程中产生的高温导致切削油形成雾挥发，污染环境，威胁操作员的健康。2)对于特定的切削油和棒带切削油，必须用有毒有害物质处理，处理成本很高。3)切削液泄漏、泄漏对安全生产有很大影响；4)切削液中的添加剂(如硫、氯等)会损害工人的健康，影响加工质量。干切削技术创造背景，加强全球环境意识，环境监管要求越来越严格，对切削液环境的负面影响越来越大。据统计，20年前切削液的费用不到工件成本的3%。目前，在高产生产企业中，切削油的供应、维护和回收处理成本均占工件制造成本的13%-17%，工具成本仅为2%-5%。与切削油相关的总成本中，约有22%是切削油处理成本。估计，如果20%的加工是干加工，则总制造成本可以降低1.6%。因此，以后的