金属加工液基础及应用

金属加工液基础及应用一、前言二、金属切削加工液（切削液）（一）金属的切削加工（二）金属切削加工的分类（三）加工刀具（四）切削冷却液三、金属切削液分类（一）切削液种类（二）分类标准四、不同类型切削液的区别（一）不同类型切削液的区别（二）水溶性切削液原液组成五、金属切削液的作用（一）冷却（二）润滑（三）防锈（四）清洗（五）产品共性（六）产品特点六、机加工对金属切削液的基本要求（一）功能要求（二）辅助功能七、金属切削液主要理化指标（一）油基（二）水基八、金属切削液选用（一）切削液的选择原则（二）影响选用的因素九、金属切削液应用（二）金属切削液的日常维护十、水溶性切削液的管理（一）原液管理（二）工作液配制浓度管理（三）防腐管理十一、水溶性切削液常见问题成因及解决方法（一）锈蚀（三）泡沫（四）杂油（五）固体杂质及残留物（六）工作液稳定性下降（一）水质调整剂（二）消泡剂（三）调整剂一、前言精度和表面质量、延长刀具、模具的使用寿命，除了要按照加工条件合理的选择刀具、模具材料、几何参数、热处理规范和加工量之外，还要正确地选择金属加工液。金属加工液包括金属切削加工液（通常我们称之为切削液）、金属塑性成型加工液两类。在这两类加工过程中，刀具、模具和被加工的金属工件之中都产生较大的摩擦与高温，因而金属加工液对润滑、冷却都有要求，但具体的要求常有侧重点不同。以下的讲述重点围绕的是金属切削加工液（切削液）这一主题。二、金属切削加工液（切削液）金属切削加工使用冷却液从17世纪开始距今已有几百年的历史了。从1718世纪的植物油、肥皂水、19世纪的菜籽油、硫化切削液、合成切削液，直到现代各类切削油和水溶性切削液使用，其发展趋势是功能性愈来愈强，持续使用时间愈来愈长，更加环保。（一）金属的切削加工切削加工是金属加工的一种工艺方式，它是利用带刃口的切削工具（刀具或砂轮）将工件的多余金属去掉，从而使工件获得规定的形状、尺寸和表面质量成品或半成品工件。金属切削加工的方法：锯、车、铣、刨、磨、钻、铰、镗、攻、拉，等。典型的加工表面：内圆、外圆、孔隙、平面。按表面质量：粗加工、半精加工、精加工、超精加工。表面粗糙度：用以表示加工表面质量，符号是Ra，单位μm。金属切削三要素：加工速度、进给量、切削深度。（二）金属切削加工的分类1、按所用切削刀具类型分：（1）刀具进行加工：锯、车、铣、刨、磨、钻、铰、镗、攻、拉等（2）磨料进行加工：磨、衍磨、研磨（3）特殊加工：线切割、电火花2（1）磨削（2）锯削（3）车削（4）刨削（5）铣削（6）钻孔（7）铰（8）高速浅进刀车螺纹（9）用成型刀具车螺纹（10）镗孔（（12）切齿（13（14）攻丝（15）外拉削（16）内拉削从切削加工分类看，磨削加工通常作为一个单独的分类，通常不和其他加工混在一起，一般作为半精和精加工锯削加工：是要求较低的切削工艺之一，同时相对加工强度也较小。车削加工：通常用单刃刀具来切割车床上旋转的表面或中心部分。铣削加工：通常利用多刃的旋转刀具对工件进行铣削加工。钻孔：在不同工件上利用钻具加工出洞，带有开槽或凹槽的钻具绕着钻体旋转。铰孔：操作被用来扩大并完成以前形成的洞。深孔钻：是钻孔加工的一种，通常被加工洞的深度最少是钻具直径的三倍，甚至更多。来实现的。攻丝加工：在事先加工好带孔的工件上用圆柱形螺纹切削刀具进行一个设计好的螺纹加工。拉削加工：属于较难的切削加工，是由粗加工和精加工组合而成，通常是对槽和平面进行加工。按金属材料的被可切削角度可分为易切削材料普通材料难切削材料有色金属：镁锌合金黄铜铅青铜有色金属：铜高强度青铜黑色金属：铸铁中、低碳钢有色金属：钛、镍高合金钢：耐热钢、高速钢、不锈钢高碳低合金钢：锰钢，镍铬钢、轴承钢、碳素钢、镍铬铜合金钢上面讲到是各种金属材料相对可切削性，在一般情况下，都是选定以刀具磨损的快慢为基础的耐用度与切削速度关系作为判定可切削性的指标，通常采用刀具耐用度分钟时的切削速度V表示可切削性，而以被测验材料的V60相比较，就得到对测验材料的相对可切削性。以抗拉强度δb=61公斤/平方毫米的45号钢测得的可切削性作为100%，则各种材料的相对可切削性如下表：【各种金属材料的相对可切削性】等级程度相对可切削性%材料名称1易切削大于300铝合金、镁合金、巴氏合金等2很易削250-300锌合金、易切削黄铜等3易削160-250Y124不难削100-16045号钢、硼钢、灰铸铁等5稍难削65-100锰钢、硅锰钢、铬锰钢、碳素2号钢等6较难削50-65耐热钢、子氏体不锈刚、调质合金纲等7难削15-50奥氏不锈刚、钛合金、淬火钢、高锰钢8极难削小于15高温合金钢等无论任何材料金属都具有它本身的金属特性，金属的特性通常可分为两大类型：物理特性和机械特性。物理特性是指那些在金属被加工过程中保持不变的特性，它们包括密度、传导性、热膨胀和弹性系数。机械特性是指那些由于加工和热处理而彻底改变的特性，如在金属切削加工工艺中金属性能的硬度、强度、展延性和韧性。（三）加工刀具理想的切削刀具应该非常硬，耐磨损，抗破裂，抗热软化，适合大多数金属，有最小的热膨胀，能满足加工需要的形状，易磨锐，成本低，所有的切削刀具是以上这些性能综合和折中，因为条件和要求的范围大，没有一种单一的刀具能达到所有加工的要求。等。（一般工具钢200~300℃、高速钢600℃、硬质合金10002000。（四）切削冷却液屑产生阶段）、刀具与切屑（切屑消除阶段）之间的很大摩擦，这种摩擦力消耗大量能并转变为热，从而影响加工效率和工件质量，甚至损坏刀具和设备。（例如，在磨削加工中，磨削速度高达1000米/分以上，温度高达1000的切削加工切削速度小于200米/刀具的刃数有限，所以产生的切削温度稍低。为了冷却和润滑刀具及工件，必须使用冷却介质，及时带走切削时所产生的热量，降低刀具和工件的温度并起润滑作用，降低工件表面的粗糙度，延长刀具使用寿命，这种介质就是切削冷却液（即切削液）。型和加工余量，正确选择机床刀具、夹具，正确制订加工方案和工艺路线，规定工件在工序间和安放运输方式，同时选用合适的切削、冷却、润滑剂，也是保证加工质量和切削效率的重要方面。率、工件精度和表面质量，延长刀具的使用寿命，除了要按照加工条件合理地选择刀具、模具的材料，几何参数，热处理规范和加工量之外，还要正确地选用切削液。三、金属切削液分类（一）切削液种类：油基、水基（乳化液，微乳化液，合成液）切削液1）油基植物油矿物油动物油纯矿物油（机械油）混合油（矿+动，植物油）极压油（矿+EP剂+动，植物油）2）水基乳化油（液）微乳化液合成液（二）分类标准金属加工润滑剂的分类国际最具权威分类标准ISO6743/7—1986共有17类品种，其中8类（—MHH）非水溶性金属加工液、9MMAA—MAI挤压、拔丝、锻造和轧制等种各种不同的加工工艺条件。在我国等效采用ISO6743/7—1986制定了国家标准GB7631.５—89L第5部分：M组（金属加工）》以润滑要求为主的产品是纯油类即MH类（还包括MHG脂膏蜡皂粉末固体润滑剂或其混合物）以冷却要求为主是水溶类即MA类。其中：MH类：油类L—MHA纯矿物油、煤油、柴油、轻质油和LAN利于铁粉沉降）L—MHB+矿油多用于精车丝杠、滚齿、剃齿、拉削L—MHC非活性板压切削油，矿油+非活性极压添加剂L—MHD活性极压切削油，矿油+反应性强的硫系极压添加剂L—MHE和L—MHF复合切削油，矿油+油性添加剂和极压添加剂MA类：水溶性切削液L—MAA防锈乳化液（油50—80%）L—MAB防锈润滑乳化液，具有动植物脂肪或长链脂肪酸（如油酸）具有良好的润滑性。L—MAC极压乳化液，含有极压剂，攻螺纹，拉削等重载切削L—MAD极压乳化液，含有极压剂，攻螺纹，拉削等重载切削L—MAE—30%）0.1微米以下L—极压微乳液，含极压剂，可用于中重载切削加工L—MAG化学合成切削液两种液润滑性差，表面残留多，只适用于一般磨削。另一种由表面活性剂、水溶性防锈剂、水溶性润滑剂，组成润湿性好，渗透力强，冷却清洗性好，有一定润滑性。L—MAH极压化学合成切削液，加入水溶性极压添加剂，提高极压润滑性。L—MAI润滑脂及膏与水混合物。四、不同类型切削液的区别（一）不同类型切削液的区别（直观，简便）类型原液油含量%工作液乳化颗粒大小（微米）工作液外观油基100——透明乳化液60~80大于1乳白色微乳液10~300.1~1.0乳状浅蓝色液0.05~0.1半透明灰茶色0.05透明合成液0——透明水溶性切削液原液组成组成乳化液%微乳化液%合成液矿物油50~8010~300润滑油性剂0~505~205~20润滑极压剂0~500~200~20表面活性剂13~3520~8020~80防锈剂0~55~305~30防霉杀菌剂0~30~30~3消泡剂0~0.50~0.50~0.5五、金属切削液的作用（一）冷却1）为了解决切削热。2）冷却作用与切削液组成、类型、浓度、切屑、刀具、流量、给液方式及角度有关。（二）润滑1）在摩擦体间加入介质（油、切削液），部分降低摩擦热，但对塑性变形无影响，阻止切削瘤产生，保护已加工表面。2）而加入EP（如硫、磷、氯），在金属表面产生了化学反应形成一种反应膜。（三）防锈防锈作用为两方面：1）工件，一般要求加工后8~243~5天不锈。2）设备，使用任何一种切削液都应对设备提高防锈保护，普通的防锈切削液可直接用作水基防锈剂。（四）清洗1）冲走切屑，清洗砂轮。判断清洗性好坏，一是去污能力，一是自身析油的自复能力。2）全合成磨削液可直接作为防锈清洗剂。（五）产品共性切削油——防锈油超精磨油——乳化油——合成液——水基防锈剂，防锈清洗剂（六）产品特点油基液：优点：稳定、良好的润滑性和切削性、寿命长、维护工作量小，不受细菌侵蚀，防锈好。缺点：冷却性差，产生油雾，污染环境等。水基液：优点：冷却性好，散热快，成本低（使用浓度3~15%）。缺点：易受细菌影响，排放需专业处理。选产品，也可用于一般普通的切削加工。乳化液：突出了润滑性和极压性，一般多用于较难加工材质。微乳化液：是集合成切削液与乳化液的优点，综合性能最佳，适用范围最广。（七）各类水溶性切削液的特点比较水基切削液特性对比表（优、良、一般）类型冷却润滑清洗防锈寿命适用范围全乳液一般优一般优一般中重载难切削微乳液良良良良良广（切削、磨削）合成优一般优一般优磨削随着现代科学的进步，EP和抗菌剂研究和废液后处理的完善，水溶性切削液在越来越多的场合取代非水溶性切削液。六、机加工对金属切削液的基本要求（一）功能要求由冷却、润滑、防锈、清洗这四个基本功能可决定被加工件项目有：表面粗糙度Ra，刀具耐用度，工件耐蚀性（防锈期），设备耐蚀性，加工件尺寸精度。（二）辅助功能泡沫、环保、经济性：包括价格、寿命、废液处理成本。安全性：浓烟、火灾、对人体无毒害、无刺激、场地安全性、符合法律法规等。七、金属切削液主要理化指标PB值（最大无卡咬合），PD值（最大烧结值）。水基：原液：密度、外观。稀释液（3~5%）值、腐蚀、防锈、泡沫、。八、金属切削液选用：（一）切削液的选择原则结论鉴定第二步：选择种类第一步：选择结论鉴定第二步：选择种类第一步：选择（油基、水基）安全卫生（冒烟起火）消防法废液处理措施的有无安全卫生（冒烟起火）消防法废液处理措施的有无及处理能力加工工序机床切削液管理体制润滑性抗粘度性渗透性冷却性其他加工精度刀具耐用度防锈性清洗性切削液寿命废液处理性经济性其他切削液特性加工方法加工方法要求精度被加工材料刀具材料切削条件（限制项目）（判定项目）（二）影响选用的因素根据不同加工要求选择最适合的切削液种类是正确应用的前提。影响选用的因素有如下几个方面：A加工方式及工艺车、铣……等16种；粗、半精、还是其他特殊加工B工件材质可切削性（易加工，难加工，特殊金属，一般材质）；材料的腐蚀性及电化学性C刀具材料D工艺条件转速、进给量、切削深度、表面粗糙度E设备机床种类F给液系统循坏泵喷嘴压力（泡沫问题）G水质情况80%~99%可能是水，但水质情况往往是不同的，而水质情况对切削液的影响是非常大的：硬度（水中钙、镁离子含量，单位PPM，影响泡沫高低）、PH值、氯离子含量（影响防锈、使用周期），所以对每一用户的水质进行检测分析是非常重要的。H其他成本、环保、安全、水质、原用品牌及类型。九、金属切削液应用：指导用户正确清槽，消毒和配制新液。A排空原液尽可能完全排空原工作液。B清渣彻底清除工作液系统和存有工作液的液槽、机床表面、泵和循环管道系统及过滤系统，清除对象包括切屑、污渣、杂油、污泥等杂质，不留死角。C清洗杀菌用1~2%的切削液和0.1~0.3%的杀菌剂配制清洗液，循环清洗系统至少不低于14D排空，检查清洗效果E配制新液首先测量槽体体积（长×宽×高），按要求确定配比浓度；液槽注入新水，开启循环系统，按比例缓慢加入切削液（定量的）原液使其完全混匀；使用折光仪（糖量仪）测定浓度，使其达到规定的使用浓度。F进入加工（二）金属切削液的日常维护1．保证工作液的浓度，在补充新水的同时按比例添加切削液。2．最好现场有专职人员对切削液进行管理维护，每日进行检测，检测项目包括：浓度（折光）、PH值（8.5~9.2）、气味、浮油、泡沫情况、工件及机床锈蚀情况、铁屑的清除情况、定期漂出杂油。3．保持切削液的洁净，严禁向系统抛杂物、洗涤物品及流入脏水（洗衣、洗手等）。4．根据日检情况，认真填写《切削液日常维护记录表》。5．水溶性切削液监测内容外观稳定、均匀有条件每日一次PH值大于8.2浓度按规定浮油小于2%泡沫小于2毫升分钟防锈性铸铁单片小时合格叠片8小时合格每月一次（季节性强）细菌含量小于105/毫升氯离子含量小于70PPM（三）水溶性切削液对配制水质的要求项目基准值影响内容外观无色、无味、透明PH值6.5~7.5对稀释液PH值影响硬度100~300PPM过高：会分层、产生浮渣、细菌生长快;过低：消泡性降低氯离子小于10PPM影响防锈性降低硫酸根离子小于10PPM影响防锈性降低磷酸根离子无稀释液腐败铁离子无稀释液着色（四）关于切削液的腐败劣化现象（导致更换工作液的主要原因）1找到。在腐败的切削液中经常有以下几种代表性污损菌：A铜绿色极毛杆菌鱼肉腐败的代表性菌株，也是切削液腐败的主要菌属之一。B硫酸还原菌切削液发臭的另一主要菌株，在无氧条件下繁殖，存在铁屑瘤、水垢下。它能还原硫酸根，生成硫化氢，放出臭味；硫化氢腐蚀铁生成硫化铁，去浮油、清洗液箱时要除去锈片和水垢的主要原因。C酵母菌、枯草菌、新月孢子菌菌体内产生强酵素，使切削液发粘、值下降、腐败。D青霉菌食品、工业材料变质的代表性菌。E大肠菌能腐蚀铝箔和多种工业材料。2．微生物快速繁殖的条件A营养源充分水溶性切削液为微生物繁殖提供了充分的有机物（碳水化合物、矿油、以及含硫、磷、氯的物质（极压剂EP）。B氧气嗜痒菌（硫氧菌、铁细菌）厌痒菌（硫酸还原菌）兼性厌氧菌（硫酸盐还原菌）——轻臭C温度气温较高。细菌在30~37℃宜繁殖；霉菌在20~30℃宜繁殖。DPH值PH6.0~8.5PH4.5~6.5适宜繁殖。PH9时，细菌、霉菌繁殖概率最低。3．水溶性切削液腐败劣化后现象产生轻微的腐臭味，“星期一现象”；工作液变成灰褐色或红色；PH值、防锈性突然急剧下降；产生胶质物质（菌皮）堵塞滤网、管道，乳化液分层；加工性能下降；产生恶臭、污染环境。十、水溶性切削液的管理（一）原液管理1、避免酷冷，暴晒和长期存放。2、冬季53、夏季防止阳光直射，最好在三个月内使用。4、乳化液低温破乳后不可恢复。（二）工作液配制浓度管理的正常发挥，如果从防腐败角度看，浓度适当增加一些为好。大量事实表明，水溶性切削液浓度在2%~4%5%~10%5%时，6~7个月后开始变质；浓度为10%时，10~12（三）防腐管理1、选用清洁的水源——自来水、地下水，必要时对配液用水进行杀菌处理和水质调整处理，配液用水硬度100~300PPM为最佳。2、尤其是换液前的切削液已腐败，换液后有可能几天之内就会腐败。3、正在使用切削液的管理1、保持规定浓度，切削液消耗后，及时补充新液。2、保持清洁，防止异物和灰尘进入。3、及时清除浮油和切屑。4、每日开车循环切削液至少1~2小时，尤其节假日更要注意。5、经常测试PH值，当PH值低于8.5时及时补充新液并加以调整。（水溶性切削液PH值的参考值）8——切削液最低值8.5——属细菌繁殖临界值9.3当PH值大于9时细菌，霉菌繁殖速度慢，所以国际上标准稀释液PH=9、原液为上限标准。都有影响，还有可能影响新液寿命。当PH值低于8时，要根据现场情况分别加入原液、杀菌剂、PH值调整剂进行调整；PH值大于8.2时，加入原液调整。节省工时、费用和对环境的污染。十一水溶性切削液常见问题成因及解决方法锈蚀：产生原因处理方法浓度偏低添加原液，提高浓度PH值降低添加PH调整剂，提高PH值细菌含量增高添加杀菌剂进行杀菌处理配制用水氯离子含量过高应选用含氯量低的清洁水配制氯离子含量增加添加去离子水，部分更换防锈添加剂减少添加防锈成分（有条件的应经实验室小试确定）金属颗粒影响改善过滤效果酸性污染/环境大气改善环境条件操作前发生腐蚀检查零件质量细菌增加，产生难闻气味：产生原因处理方法停机时间长每日定时循环，加强通风，增氧光照和通风不良加强循环，通风，增氧污染，杂物太多避免污染，清洁系统PH值降低添加PH调整剂，提高PH值监控不良应及时添加杀菌剂浓度太低调整浓度污水渗漏排除污水渗入系统的途径泡沫：产生原因处理方法浓度太高调整浓度喷口压力过大检查喷嘴，改善喷嘴压力水质硬度低提高水质硬度系统清洗性能下降适当添加消泡剂细菌增加进行灭菌处理液位太低，泵产生空穴提高液位到正常位置，清除空穴现象杂油：产生原因处理方法工件带入解决泄漏点，减少泄漏液压油泄漏人工除油导轨油泄漏离心机除油固体杂质及残留物：产生原因处理方法除渣和过滤变差或损坏改善过滤和除渣系统细菌繁殖进行灭菌处理水质硬度过高使水软化杂油过多除油处理外界注意保持系统清洁工作液稳定性下降产生原因处理方法水质较添加微乳液调整剂切削液本身问题十