淺談金屬加工中切削液的重要作用
2018-8-24 來(lái)源： 上汽通用五菱汽車股份有限公司 作者：鄭文清，楊 風(fēng)
摘 要：金屬切削加工潤(rùn)滑劑簡(jiǎn)稱金屬切削液，被廣泛應(yīng)用于各類金屬加工過(guò)程中，起到潤(rùn)滑、冷卻、清洗工件及刀具等的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)金屬切削液的年用量約為 6 萬(wàn)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(zhǎng)刀具耐用度、提升加工效率等。
關(guān)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(xué)成分可分為非水溶性液和水溶性液兩大類 （國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(jī)理
在金屬機(jī)加工過(guò)程中，刀具與工件、刀具與切屑之間存在的摩擦運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，這部分熱量如果不能及時(shí)排除會(huì)引起刀尖部分溫度急劇升高，從而導(dǎo)致刀具磨損加劇、工件質(zhì)量降低[2]。
使用切削液則可以加速高溫切屑的排出，同時(shí)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(jié)，便于獲得較高的表面質(zhì)量，刀具耐用度隨之也會(huì)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(shí)，切削液循環(huán)系統(tǒng)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(shù)值（主要為比熱容）；加強(qiáng)切削液循環(huán)時(shí)的流動(dòng)性；提高切削液的滲透性；降低切削液的泡沫等。以?shī)W氏體不銹鋼車削為例，研究表明加工時(shí)使用 40%的全損耗系統(tǒng)用油、20%的二硫化鉬、40%的酒精調(diào)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(jié)的作用，降低了刀具加工硬化，減少切削熱的產(chǎn)生。切削液通過(guò)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(dòng)，從而減少刀具非正常磨損，因此可實(shí)現(xiàn)高速、大進(jìn)給加工，切削效率自然也就得以提升。
2.2.2 潤(rùn)滑作用
金屬機(jī)加工過(guò)程中切削熱的主要來(lái)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(guò)優(yōu)化刀具后角，配合使用吸附性較強(qiáng)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(shí)際是由于受到來(lái)自前刀面的擠壓力被迫擠出的，因此接觸壓力大，產(chǎn)生的熱量也就隨之增多。當(dāng)使用切削液時(shí)，切屑與刀具之間形成潤(rùn)滑油膜，減少金屬之間的直接接觸面積，降低摩擦系數(shù)，同時(shí)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?xí)r的接觸面積。
使用切削液與否對(duì)變形系數(shù)、摩擦系數(shù)等的影響很大，同時(shí)不同類型的切削液潤(rùn)滑作用也明顯不同。表 2 所示。
2.2.3 清洗作用
金屬加工過(guò)程中切屑、磨屑若不能及時(shí)排除，勢(shì)必對(duì)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(chǎn)生大量鐵泥，這類鐵泥若殘留在珩磨頭上不僅會(huì)影響加工效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成漲刀故障。柳州某車企加工 B 系列發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，珩磨工位機(jī)床頻繁出現(xiàn)漲刀軸故障報(bào)警，檢查漲刀機(jī)構(gòu)及珩磨刀體未發(fā)現(xiàn)異常。
運(yùn)用人機(jī)料法環(huán)原則分析后鎖定切削液過(guò)臟，清洗作用減退，定期更換切削液后問(wèn)題發(fā)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(qiáng)。水基切削液中由于添加了表面活性劑，使之具備了較強(qiáng)的吸附能力，沖洗工件后能順利將各類雜質(zhì)帶走，因此清洗能力高于同級(jí)別油基切削液。
2.2.4 防銹作用
統(tǒng)計(jì)顯示，工件生銹多半是發(fā)生了化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，而切削液中的防銹劑能切斷相關(guān)腐蝕因素與工件的接觸，從而實(shí)現(xiàn)良好的防銹作用。其防銹機(jī)理為：經(jīng)過(guò)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(zhì)的侵襲，如加工非鑄鐵件時(shí)，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(jiǎn)單易行，無(wú)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(zhì)量是切削液一個(gè)重要的作用，切削液類型、濃度、流量、噴射方式等均會(huì)對(duì)加工帶來(lái)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(shí)對(duì)比使用不同類型切削液，油膜滴水的潤(rùn)滑方式效果更優(yōu)。使用霧狀油膜水滴可有效的摩擦，減輕切削區(qū)材料的變形，抑制積屑及鱗刺的產(chǎn)生，從而獲得較高的表面質(zhì)量
[4]。
3 、 結(jié)束語(yǔ)
金屬切削液對(duì)機(jī)加工等金屬加工十分重要，具有冷卻、潤(rùn)滑、清洗、防銹、提高刀具耐用度等作用。依據(jù)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(zhì)量。
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