切削液潤滑知識
金屬切削工藝的潤滑（金屬加工工藝的潤滑之二）
（二）、切削液使用中的問題及其對策。
1、切削波變質發臭的問題
切削液變質發臭的主要原因是：切削液中含有大量細菌，切削液中的細菌主要有耗氧菌和厭氧菌。耗氧菌生活在有礦物質的環境中，如水、切削液的濃縮液和機床漏出的油中，在有氧條件下，每20～30min分裂為二。而厭氧菌生存在沒有氧氣的環境中，每小時分裂為二，代謝釋放出SO2，有臭雞蛋味，切削液變黑。當切削液中的細菌大於106時，切削液就會變臭。
(1)細菌主要通過以下渠道進入到切削液中:
1）配制過程中有細菌侵入，如配制切削液的水中有細菌。
2）空氣中的細菌進入切削液。
3）工件工序間的轉運造成切削液的感染。
4）操作者的不良習慣，如亂丟臟東西。
5）機床及車間的清潔度差。
(2)控制細菌生長的方法
1）使用高質量、穩定性好的切削液。
2）用純水配制濃縮液，不但配制容易，而且可改善切削液的潤滑性，且減少被切屑帶走的量，並能防止細菌侵蝕。
3）使用時，要控制切削液中濃縮液的比率不能過低，否則易使細菌生長。
4）由於機床所用油中含有細菌，所以要盡可能減少機床漏出的油混入切削液。
5）切削液的pH值在8.3～9.2時，細菌難以生存，所以應及時加入新的切削液，提高pH值。
6）保持切削液的清潔，不要使切削液與汙油、食物、煙草等汙物接觸。
7）經常使用殺菌劑。
8）保持車間和機床的清潔。
9）設備如果沒有過濾裝置，應定期撇除浮油，清除汙物。
2、切削液的腐蝕問題
(1)產生腐蝕的原因
1）切削液中濃縮液所占的比例偏低。
2）切削液的pH值過高或過低。例如PH＞9.2時，對鋁有腐蝕作用。所以應根據金屬材料選擇合適的pH值。
3）不相似的金屬材料接觸。
4）用紙或木頭墊放工件。
5）零部件疊放。
6）切削液中細菌的數量超標。
7）工作環境的濕度太高。
(2)防治腐蝕的方法
1）用純水配制切削液，並且切削液的比例應按所用切削液說明書中的推薦值使用。
2）在需要的情況下，要使用防銹液。
3）控制細菌的數量，避免細菌的產生。
4）檢查濕度，註意控制工作環境的濕度在合適的範圍內。
5）要避免切削液受到汙染。
6）要避免不相似的材料接觸，如鋁和鋼、鑄鐵(含鎂)和銅等。
3、產生泡沫的問題
在使用切削液時，有時切削液表面會產生大量泡沫。
(1)產生泡沫的主要原因
1）切削液的液面太低。
2）切削液的流速太快，氣泡沒有時間溢出，越積越多，導致大量泡沫產生。
3）水槽設計中直角太多，或切削液的噴嘴角度太直。
(2)避免產生泡沫的方法
1）在集中冷卻系統中，管路分級串聯，離冷卻箱近的管路壓力應低壹些。
2）保證切削液的液面不要太低，及時檢查液面高度，及時添加切削液。
3）控制切削液流速不要太快。
4）在設計水槽時，應註意水槽直角不要太多。
5）在使用切削液時應註意切削液噴嘴角度不要太直。
4、操作者皮膚過敏的問題
(1)產生操作者皮膚過敏的主要原因
1）pH值太高。
2）切削液的成分。
3）不溶的金屬及機床使用的油料。
4）濃縮液使用配比過高。
5）切削液表面的保護性懸浮層，如氣味封閉層、防泡沫層。殺菌劑及不幹凈的切削液。
(2)在工作中，為了避免操作者皮膚過敏，應該註意以下幾點
1）操作者應塗保護油，穿工作服，帶手套，應註意避免皮膚與切削液直接接觸。
2）切削液中濃縮液比例壹定要按照切削液的推薦值使用。
3）使用殺菌劑要按說明書中的劑量使用。
還有，氟橡膠、脂橡膠受切削液影響變形較小，在用作機床密封件時，可優先考慮。為了防止變形，機床密封件所用橡膠含脂量壹般應大於35％。另外，為了有效防止切削液引起機床油漆脫落，可選擇環氧樹脂漆或聚腔酯漆。
總之，在正常生產中使用切削液，如果能註意以上問題，可以避免不必要的經濟損失，有效地提高生產效率。
1切削液技術的發展趨勢
眾所周知，切削液具有潤滑、冷卻、清洗及防銹等作用，對提高切削加工質量和效率、減少刀具磨損等均有顯著效果。近十多年來，我國的切削液技術發展很快，切削液新品種不斷出現，性能也不斷改進和完善，特別是20世紀70年代末生產的水基合成切削液和近幾年發展起來的半合成切削液(微乳化切削液)在生產中的推廣和應用，為機械加工向節能、減少環境汙染、降低工業生產成本方向發展開辟了新路徑。歸納起來，切削液技術主要有以下特點：
1)最小潤滑技術
幹式切削加工是不采用任何切削液的加工，它可以從根本上消除傳統濕式加工易汙染環境的弊端，是切削技術的壹場深刻革命。由於幹式切削符合當今發展綠色制造技術的要求，因而是壹種非常有前途的切削新技術。但幹式切削具有溫度高、切削力大等特點，又出現了壹系列濕式加工中沒有的問題。目前，幹式切削技術還很不成熟，其應用範圍也很有限。而傳統的濕式切削又有諸多不足。因此有人提出了準幹式切削加工技術。準幹式切削是壹種介於濕式切削和純粹幹式切削之間的切削方式，又稱為最小潤滑技術。準幹式切削采用噴霧冷卻方式，它用極少的切削液而起到較好的冷卻和潤滑作用。
2)液氮冷卻技術
利用液氮進行低溫(超低溫)切削加工，就是利用液氮使工件、刀具或切削區處於低溫冷卻狀態進行切削加工的方法。氮氣是大氣中含量最多的成分，液氮作為制氧工業的副產品，來源十分廣闊。使用液氮作為切削液，應用後直接揮發成氣體返回到大氣中，沒有任何汙染物，從環保方面看，是壹種有前途的切削掖替代品。
液氮冷卻有直接和間接兩種應用方法。
a.直接應用。即將液氮作為切削液直接噴射到切削區。壹般來說，由於刀具磨損嚴重，金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國壹學者采用液氮冷卻系統對不銹鋼用金剛石刀具進行車削加工，由於低溫抑制了碳原子的擴散和石墨化，大大減少了刀具磨損，並取得了極好的加工質量，其表面粗糙度達到Ra25μm。磨削加工時會因磨削區高溫常常對工件表面造成熱損傷，如燒傷、微裂紋等，為有效解決這些問題，印度工學院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材，結果表明：正確合理地使用液氮冷卻，可有效控制磨削區溫度，使磨削溫度保持在材料發生相變溫度之下而不發生磨削燒傷；並且在材料塑性增大和較大進給量情況下，這種效果更加顯著。對於非金屬材料和復合材料的液氮冷卻切削加工,國外也開展了廣泛研究。如FRP(FiberglassReinfcedPlastics)是壹種高強度/重量比、耐疲勞的復合材料，用傳統切削方法加工非常困難，因而限制了這種材料的使用。新西蘭學者對其進行超低溫冷卻加工，使用液氮不間斷冷卻(0.4-0.5L/min)，極大地改善了這種材料的切削加工性，不但獲得了滿意的加工表面質量，還在很大程度上延長了刀具壽命。采用低溫切削熱固性塑料、合成樹脂、石墨、橡膠和玻璃纖維等材料時也均顯示出良好的切削性能。
b.間接利用。主要是刀具冷卻法，即在加工中不斷地冷卻刀具，使切削熱快速從刀具上、特別是刀尖處被帶走，刀尖始終保持在低溫狀態下工作。美國林肯大學的學者利用壹種配備新型冷卻系統的PCBN刀具進行了試驗研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內儲存液氮，由進口輸人，從出口流出。試驗表明，使用液氮冷卻時，車刀壽命延長to倍，磨損降低1/4，並可獲得較低的表面粗糙度。
還有壹種特殊的間接利用方法為噴氣冷卻。日本壹些學者研制出噴氣冷卻系統。該系統使用的冷卻氣體是由液氮在熱交換器中冷卻過的，其溫度低於—50℃冷卻氣體直接噴射於磨削點。實驗發現，磨削後工件材料的殘余壓應力比使用磨削液磨削時要大，殘余壓應力的分布區域也變寬了。而殘余壓應力可提高零件的抗疲勞壽命，這對壹些零件，如飛機零件等十分重要。采用固體潤滑劑處理過的CBN砂輪，或加工中添加極少量(101向的超精植物油，可在加工中起到較好的潤滑作用。
由此可見，在有關環保法規越來越嚴格、切削液使用和處理費用日益升高的情況下，液氮有可能在壹定範圍內成為切削液的替代品。
3)集中冷卻潤滑系統
集中冷卻潤滑系統是把多臺機械加工設備各自獨立的冷卻潤滑裝置合並為壹個冷卻潤滑系統。這種系統的主要優點是：(1)延長切削液的使用壽命；(2)易於實現對切削液性能指標的自動控制，確保切削液質量；(3)廢液量較少且便於集中處理，有利於保護生態環境，(4)便於維護、保養和管理；(5)便於切屑運輸和進行集中處理等等。
4)實現切削液質量管理自動化
保證切削液長期穩定地滿足各種質量要求和充分發揮經濟效益，關鍵在於嚴格而科學的日常管理。隨著機械加工自動化程度的不斷提高和無人化工廠(車間)的出現，在冷卻潤滑系統中實現對切削液的自動檢測和自動控制已勢在必行。這種檢測和控制系統可自動檢測和控制切削液的工作溫度、使用濃度、PH值、微生物數量和氣味等，並可對切削液的失效進行預報。
5)高性能、長壽命、低汙染切削液及其廢液處理技術
隨著機械工業整體技術的發展，機床切削速度更快，切削負荷更大，切削溫度更高，同時不斷有新工藝出現來適應新材料的加工，這都需要新型的高性能切削液滿足加工要求；同時根據勞動衛生和環境保護的要求，切削液中應盡量不含有危害人體健康和生態環境的物質。近年來我國進口的數控機床、加工中心等先進設備越來越多，其使用的切削液若從國外進口，運輸不便，成本很高，因此，研制高性能切削液以替代進口產品已是當務之急。在我國，水基切削液使用範圍越來越廣，且已開始從乳化液向性能好、壽命長的合成切削液、微乳化液過渡。在發達國家，微乳化液已普遍使用，正大力研制環保型切削液。
研制長壽命切削液，研究延長切削液使用壽命的方法，從而減少切削液廢液排放量；研究更有效和更經濟的廢液處理方法，減少有害汙染物在環境中的積累，是國內外切削液研究的壹個重要內容。
2切削液添加劑
切削液性能的優劣、廢液處理的難易、對操作者的危害和對環境的汙染程度均取決於這些添加劑的種類及性能。作為未來的切削液添加劑，必須性能優良，對人體和環境無害。大量的應用實踐表明，在使用中應嚴加限制的添加劑有以下幾類：亞硝酸鹽及類似的化合物、磷酸鹽類化合物、氯化合物、甲醛及類似的化合物。提高切削液質量的有效途徑是研究開發新型高效無毒添加劑。這壹點已引起國內外學者的關註，而且做了不少工作，研制出了壹些新型的添加劑：
1)硼酸酷類添加劑
硼酸醋是壹種多功能環保型添加劑。①硼酸醋的油膜強度高，摩擦系數低，具有優良的減摩抗磨性能；②具有良好的防銹性能；③具有抗菌和殺菌功能，且無毒害作用川。
2)鉬酸鹽系緩蝕劑
鉬酸鹽是陽性緩蝕劑，添加到切削液中能在金屬表面生成Fe-MoO4-Fe2O3鈍化膜，可獲得良好的緩蝕效果。通常認為，鑰酸鹽作為防銹劑是無毒的，也不汙染環境，但它價格昂貴，影響了使用的廣泛性。為了推廣應用，人們研究了鑰酸鹽和其它有機、無機緩蝕劑配伍使用時的協同效應。
3)新型防腐殺菌劑
切削液本身具有微生物和菌類滋生繁衍的條件，容易腐敗變質。防腐殺菌劑的作用在於抑制細菌和黴菌的滋生，殺滅液體中已存在的細菌，藉以延長切削液的使用壽命。近年來，由於環境保護法規的頒布和施行，許多國家都在限制使用有毒的防腐殺菌劑，研究開發新型防腐殺菌劑。據日本專利介紹，選用油酸、硬脂酸等梭酸制取的銅鹽，具有1年以上的抗腐敗能力。據美國資料介紹，檸檬酸銅也具有較好的抗菌效果，添加量為300PPM。美國Mobil化學公司研制出壹種名叫MobilmentAquaRho的乳化油，添加了含磷、氮和硼的合成物，乳化液的使用壽命達4個月以上。
3結語
近年來，國內外學者研究的重點都放在無切削液的切削加工工藝上，但對多數材料和加工種類而言，全面取代濕式切削和濕式磨削即使可能，也很遙遠。今後在很長壹段時間內我們無法回避使用切削液這壹現實。解決機械制造過程的潔凈化問題應該雙管齊下，即在研究無切削液技術的同時，重視切削液自身的改造和創新，使幹式加工和濕式加工兩者優勢互補。因此，我們提出“從切削液本身的環境無害化做起，同時開發無切削液加工新技術”的研究方針。研究工作的重點應該放在以下幾個方面：
開發對人和環境完全無害的綠色切削液；
優化供液方法和供液參數，減少切削液消耗量；
研究科學的切削液使用管理技術，盡量延長其使用壽命減少廢液排放；
研究切削液廢錐的回收利用和無害化處理技術；
研究考慮環境影響的切削液的綜合評價方法，為企業正確選擇切削液提供技術支持；
研究各種無切削液的加工方法，尤其是幹式切削工藝。研究切削刀具、工件和機床的最佳工藝參數，擴大幹式切削工藝的應用範圍；
研究開發新型高效無毒添加劑。
金屬切削液在金屬切削、磨削加工過程中具有相當重要的作用。實踐證明，選用合適的金屬切削液，能降低切削溫度60~150℃，降低表面粗糙度，1~2級，減少切削阻力15~30%，成倍地提高刀具和砂輪的使用壽命。並能把鐵屑和灰末從切削區沖走，因而提高了生產效率和產品質量。故它在機械加工中應用極為廣泛。
切削液應具備以下幾方面的作用：
冷卻作用在工件切削加工過程中，能及時而迅速的降低切削區的溫度，即降低通常因摩擦引起的溫升、冷卻也影響切削效率，切削質量及刀具壽命。
潤滑作用能減少切削刀具與工件間摩擦。潤滑液能浸潤到刀具與工件及其切屑之間，減少摩擦和粘結，降低切削阻力，保證切削質量，延長刀具壽命。
洗滌作用使切屑或磨料粒子被沖洗而離開刀具和工件的加工區，以防它們相互粘結及粘附在工件、刀具和機床上妨礙
防銹作用應有壹定的防銹性能，防止工件和機床生銹。如提高防銹性能，還可部分取代工序間防銹。
上述的冷卻、潤滑、洗滌、防銹四個性能不是完全孤立的，它們有統壹的方面，又有對立方面。如切削油的潤滑、防銹性能較好，但冷卻、清洗性能差；水溶液的冷卻、洗滌性能較好，但潤滑、和防銹性能差。因此，在選用切削液時要全面權衡利弊。
切削液性能要達到以下要求：
熱容量大，導熱性好，具有較好的冷卻作用。
具有較高的油性或在金屬表面的吸附作用。能使形成的吸附薄膜具有較高的強度，牢固的吸附在金屬表面，起到良好的潤滑作用。
防銹性好，對金屬不起腐蝕作用，不會因腐蝕而損壞機床和工件的精度及表面粗糙度。
表面張力低，易於均勻擴散，有利於冷卻和洗滌作用並具有較好的潤滑性。
使用方便，價格低廉，要求容易配置並最好適用於多種金屬材料和多種加工方式（如車、磨、刨等），有壹定的透明度，在提高切削速度時不冒煙。
對人體無害，無毒、無異味。不會傷害皮膚及鼻腔粘膜，不刺激眼睛等。
穩定性好，使用壽命長。在長期使用和貯存期間，不分層、不析出沈澱物，不發黴變質。
切削廢液量較大，考慮廢液處理，避免造成環境汙染。