切削液技術的現(xiàn)狀和發(fā)展

切削液技術的現(xiàn)狀和發(fā)展

眾所周知，切削液是金屬切削加工的重要配套材料。人類使用切削液的歷史可以追溯到遠古時代。人們在磨制石器、銅器和鐵器時，就知道澆水可以提高效率和質(zhì)量。在古羅馬時代，車削活塞泵的鑄件時就使用橄欖油，16世紀使用牛脂和水溶劑來拋光金屬盔甲。從1775年英國的約翰威爾金森(J．wilkinson)為了加工瓦特蒸汽機的汽缸而研制成功鏜床開始，伴隨出現(xiàn)了水和油在金屬切削加工中的應用。到1860年經(jīng)歷了漫長發(fā)展后，車、銑、刨、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機床相繼出現(xiàn)，也標志著切削液開始較大規(guī)模的應用。

19世紀80年代，美國科學家就已首先進行了切削液的評價工作。FWTaylor發(fā)現(xiàn)并闡明了使用泵供給碳酸鈉水溶液可使切削速度提高對30%～40%的現(xiàn)象和機理。針對當時使用的刀具材料是碳素工具鋼，切削液的主要作用是冷卻，故提出“冷卻劑”一詞。從那時起，人們把切削液稱為冷卻潤滑液。

隨著人們對切削液認識水平的不斷提高以及實踐經(jīng)驗的不斷豐富，發(fā)現(xiàn)在切削區(qū)域中注入油劑能獲得良好的加工表面。最早，人們采用動植物油來作為切削液，但動植物油易變質(zhì)，使用周期短。20世紀初，人們開始從原油中提煉潤滑油，并發(fā)明了各種性能優(yōu)異的潤滑添加劑。在第一次世界大戰(zhàn)之后，開始研究和使用礦物油和動植物油合成的復合油。1924年，含硫、氯的切削油獲得專利并應用于重切削、拉削、螺紋和齒輪加工。

刀具材料的發(fā)展推動了切削液的發(fā)展，1898年發(fā)明了高速鋼，切削速度較前提高2～4倍。1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金，切削速度比高速鋼又提高2～5倍。隨著切削溫度的不斷提高，油基切削液的冷卻性能已不能完全滿足切削要求，這時人們又開始重新重視水基切削液的優(yōu)點。1915年生產(chǎn)出水包油型乳化液，并于1920年成為優(yōu)先選用的切削液用于重切削。1948年在美國研制出第一種無油合成切削液，并在20世紀70年代由于油價沖擊而使應用提高。

近十幾年來,由于切削技術的不斷提高，先進切削機床的不斷涌現(xiàn)，刀具和工件材料的發(fā)展，推動了切削液技術的發(fā)展。隨著先進制造技術的深入發(fā)展和人們環(huán)境保護意識的加強，對切削液技術提出了新的要求，它必將推動切削液技術向更高領域發(fā)展。

切削液的重要作用

在金屬切削加工中，合理使用切削液，能夠減小刀具與工件之間的摩擦，降低切削溫度，減少刀具磨損，從而提高切削效率和加工質(zhì)量，延長刀具使用壽命，降低加工成本。在切削加工中，切削液主要是起冷卻和潤滑作用。

(1)冷卻作用切削液澆注在切削區(qū)后通過切削熱的傳導、對流和氣化，把刀具、工件和切屑上的切削熱帶走，從而降低了切削區(qū)的溫度，達到冷卻作用，提高了刀具的耐用度和工件的加工精度。

(2)潤滑作用切削液滲透到切削區(qū)，在刀具與切屑和工件的接觸表面上產(chǎn)生吸附并發(fā)生化學反應，形成潤滑油膜而起到潤滑作用，抑制了積屑瘤的產(chǎn)生，有效地減小切削力，降低工件表面粗糙度。此外，切削液還有清洗、排屑和防銹作用。

切削液的現(xiàn)狀

目前，切削液的品種繁多，作用各異，但歸納起來分為兩大類，即油基切削液和水基切削液。

(1)油基切削液油基切削液即切削油，它主要用于低速重切削加工和難加工材料的切削加工。目前使用的切削油有以下幾種：

礦物油：常用作為切削液的礦物油有全損耗系統(tǒng)用油、輕柴油和煤油等。它們具有良好的潤滑性和一定的防銹性，但生物降解性差。

動植物油：常用作為切削液的動植物油有鯨魚油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。它們具有優(yōu)良的潤滑性和生物降解性，但易氧化變質(zhì)。

普通復合切削液：它是在礦物油中加人油性劑調(diào)配而成。它比單用礦物油性能好。

極壓切削油：它是在礦物油中加入含硫、磷、氯、硼等極壓添加劑、油溶性防銹劑和油性劑等調(diào)配而成的復合油。

(2)水基切削液水基切削液分為三大類，即乳化液、合成切削液和半合成切削液。

乳化液：它由乳化油與水配置而成。乳化油主要是由礦物油(含量為50%～80%)、乳化劑、防銹劑、油性劑。極壓劑和防腐劑等組成。稀釋液不透明，呈乳白色。但由于其工作穩(wěn)定性差，使用周期短，溶液不透明，很難觀察工作時的切削狀況，故使用量逐年減少。

合成切削液：它的濃縮液不含礦物油，由水溶性防銹劑、油性劑、極壓劑。表面活性劑和消泡劑等組成。稀釋液呈透明狀或半透明狀。主要優(yōu)點是：使用壽命長；優(yōu)良的冷卻和清洗性能，適合高速切削；溶液透明，具有良好的可見性，特別適合數(shù)控機床、加工中心等現(xiàn)代加工設備上使用。但合成切削液容易洗刷掉機床滑動部件上的潤滑油，造成滑動不靈活，潤滑性能相對差些。

半合成切削液：也稱微乳化切削液。它的濃縮液由少量礦物油(