淺談金屬加工中切削液的重要作用
2018-8-24 來源： 上汽通用五菱汽車股份有限公司 作者：鄭文清，楊 風
摘 要：金屬切削加工潤滑劑簡稱金屬切削液，被廣泛應用于各類金屬加工過程中，起到潤滑、冷卻、清洗工件及刀具等的作用。據統計目前我國金屬切削液的年用量約為 6 萬噸，其中水溶性金屬切削液和純油性金屬切削液使用量基本各占一半。合理使用切削液有助于提高工件精度、降低零件粗糙度、延長刀具耐用度、提升加工效率等。
關鍵詞：切削液；作用；刀具
1 、切削液分類
金屬切削液分類方式有很多，按照其化學成分可分為非水溶性液和水溶性液兩大類 （國家標準GB7631.5-89 中有詳盡的描述）。
不同類型的切削液在油性成分含量、乳化液顆粒大小及外觀上稍有不同[1]。如表 1 所示。
2 、切削液的作用
2.1 作用機理
在金屬機加工過程中，刀具與工件、刀具與切屑之間存在的摩擦運動會產生很大的熱量，這部分熱量如果不能及時排除會引起刀尖部分溫度急劇升高，從而導致刀具磨損加劇、工件質量降低[2]。
使用切削液則可以加速高溫切屑的排出，同時切削液本身也作為載體將熱量帶走。刀具、工件的溫度得以控制，就減少了兩者之間的粘結，便于獲得較高的表面質量，刀具耐用度隨之也會得到提升。
2.2 切削液作用
2.2.1 冷卻作用
冷卻作用是切削液最基本的作用。在加工時，切削液循環系統噴射出大量切削液包裹住切屑、刀尖部分，由于組成切削液的主要成分水和油的比熱容較大，熱量自然被其吸收并隨之流走。
提高切削液的冷卻作用可以從以下方面著手：改善切削液的熱參數值（主要為比熱容）；加強切削液循環時的流動性；提高切削液的滲透性；降低切削液的泡沫等。以奧氏體不銹鋼車削為例，研究表明加工時使用 40%的全損耗系統用油、20%的二硫化鉬、40%的酒精調制而成的切削液效果最佳[3]。
該配方切削液有效的起到了抗粘結的作用，降低了刀具加工硬化，減少切削熱的產生。切削液通過控制工件、刀具的表面溫度，有效地減少刀具表面材料的塑形流動，從而減少刀具非正常磨損，因此可實現高速、大進給加工，切削效率自然也就得以提升。
2.2.2 潤滑作用
金屬機加工過程中切削熱的主要來源是刀具與已切削面、刀具與切屑之間的摩擦，刀具與已切削面的摩擦是由于加工材料的回彈所致，可以通過優化刀具后角，配合使用吸附性較強的切削液便可以有效地減小摩擦獲得良好的加工表面。
而刀具與切屑之間的摩擦則有些不同，如圖 1 所示，切屑實際是由于受到來自前刀面的擠壓力被迫擠出的，因此接觸壓力大，產生的熱量也就隨之增多。當使用切削液時，切屑與刀具之間形成潤滑油膜，減少金屬之間的直接接觸面積，降低摩擦系數，同時低溫切削液能使高溫切屑迅速被冷卻，從而體積收縮，減少摩擦時的接觸面積。
使用切削液與否對變形系數、摩擦系數等的影響很大，同時不同類型的切削液潤滑作用也明顯不同。表 2 所示。
2.2.3 清洗作用
金屬加工過程中切屑、磨屑若不能及時排除，勢必對加工造成較大影響。以珩磨為例，缸孔在油石的磨削作用下產生大量鐵泥，這類鐵泥若殘留在珩磨頭上不僅會影響加工效率，嚴重時還會造成漲刀故障。柳州某車企加工 B 系列發動機時，珩磨工位機床頻繁出現漲刀軸故障報警，檢查漲刀機構及珩磨刀體未發現異常。
運用人機料法環原則分析后鎖定切削液過臟，清洗作用減退，定期更換切削液后問題發生頻次降低 80%.圖 2 所示
不同類型的切削液由于組成成分各異，所以清洗作用有所不同。粘度是衡量油基切削液清洗能力的主要特征，相同條件下粘度越低清洗能力越強。水基切削液中由于添加了表面活性劑，使之具備了較強的吸附能力，沖洗工件后能順利將各類雜質帶走，因此清洗能力高于同級別油基切削液。
2.2.4 防銹作用
統計顯示，工件生銹多半是發生了化學腐蝕和電化學腐蝕，而切削液中的防銹劑能切斷相關腐蝕因素與工件的接觸，從而實現良好的防銹作用。其防銹機理為：經過切削液的沖洗，工件表面便留下一層牢固的油膜隔絕了水及腐蝕介質的侵襲，如加工非鑄鐵件時，切削液中就含有的油溶性良好的十二烯基丁二酸。
相比如防銹油、溫濕度控制等其他防銹方案，切削液防銹簡單易行，無需額外增加人力物力且可以做到全面徹底。
2.2.5 其他作用
改善加工質量是切削液一個重要的作用，切削液類型、濃度、流量、噴射方式等均會對加工帶來影響。研究表明同等條件下，如圖 3 所示，隨著切削速度增大使用不同切削液得到的工件表面粗糙度 Ra值趨于減小。
同時對比使用不同類型切削液，油膜滴水的潤滑方式效果更優。使用霧狀油膜水滴可有效的摩擦，減輕切削區材料的變形，抑制積屑及鱗刺的產生，從而獲得較高的表面質量
[4]。
3 、 結束語
金屬切削液對機加工等金屬加工十分重要，具有冷卻、潤滑、清洗、防銹、提高刀具耐用度等作用。依據工件材料、制造公差等要求合理使用切削液，有助于在較低制造成本下取得較高的工件質量。
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