試論切削液在深溝球軸承加工中的運用

劉洪強 關景慧 張國榮

（1.哈爾濱軸承集團公司 動能公司，黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團公司 經營發展部，黑龍江 哈爾濱150036；3.哈爾濱軸承集團公司 通用軸承制造公司，黑龍江 哈爾濱150036）

0 前言

磨削是金屬加工方法之一，磨削的切削速度很高，為車、銑切削速度的10～20 倍。 因此，被磨削金屬的變形速度很快，并在極短的時間內，在磨削區域中產生1000～1500℃的高溫。 如此高的磨削溫度，將會引起工件磨削表面層的燒傷并且產生熱應力， 從而造成裂紋和熱變形，同時在高溫下砂輪也會容易磨損。 為保證工件的加工質量和提高砂輪的耐用度，應合理選用切削液。

1 切削液的作用

1.1 冷卻作用

切削液的冷卻作用是依靠切削液的對流換熱和汽化把切削熱從固體中（刀具、工件和切屑）帶走，降低切削區的溫度，減少工件變形，保持刀具硬度和尺寸。通過切削液的傳熱作用，帶走絕大部分磨削熱，降低磨削區域的溫度，避免或減少工件燒傷、裂紋、變形等現象。

冷卻作用的好壞海域泡沫有關，由于泡沫內部是空氣，空氣的導熱性差，泡沫多的切削液冷卻效果會降低，所以一般表面含活性劑的合成切削液都加入了少量的乳化硅油，起消泡作用。

1.2 潤滑作用

在切削加工中，刀具與切削、刀具與工件表面之間產生摩擦，切削液就是減輕這種摩擦的潤滑劑。 磨屑、磨粒和工件表面經切削液浸潤之后，粘附在工件表面上形成潤滑油膜，減少磨粒和工件間的摩擦，從而降低工件表面粗糙度和提高砂輪使用壽命。當切削液中加入表面活性物質后，能提高它的潤滑性。 此外，潤濕性決定于切削液的粘度，低粘度液體易于進入工件和砂輪接觸區。 所以，粘度和表面活性物質是切削液具有潤滑性的重要因素。

1.3 清洗作用

在金屬切削過程中，切屑、鐵粉、磨屑、油污等易粘附在工件表賣弄和刀具、砂輪上，影響切削效果。 同時使工件和機床變臟，所以切削液必須具有良好的清洗作用，對于油基切削液，粘度越低，清洗能力越強，特別是含煤油、柴油等輕阻尼的切削液，滲透和清洗性能就更好。含有表面活性劑的水基切削液，清洗效果較好。 表面活性劑一方面能吸附各種粒子、油泥，并在工件表面形成一層吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、刀具和砂輪上，另一方面能滲入到粒子和油污粘附界面上把粒子和油污從界面上分離，隨著切削液帶走，從而起到清洗作用。

1.4 防銹作用

在切削液中加入防銹添加劑后， 能在金屬表面上形成保護膜，使磨床和工件起到防銹作用，在切削液加入皂類和各種防銹添加劑如壓下酸鈉，苯甲酸按等均可起到防銹作用。在切削過程中，工件如果和水和切削液分解氧化變質所產生的腐蝕介質接觸，就會受到腐蝕，機床與切削液接觸部分也會因此產生腐蝕， 工件加工后或工序間存放期間，如果切削液沒有一定的防銹能力，工件會受到空氣中的水分及腐蝕介質的侵蝕而產生化學腐蝕和電化學腐蝕，造成工件生銹，因此，要求切削液具有良好的防銹性能。因此理想的磨削切削液還應具有良好的冷卻、潤滑、清洗和防銹等性能。 此外，切削液還應對人體無害和無刺激，不含有害的物質，對機床及砂輪無侵蝕作用，而且還具有化學性能穩定，不易變質等優點。

2 切削液的種類

切削液的種類很多，通常分為水基切削液和油基切削液，水基切削液以水為主要成分的切削液，其冷卻、洗滌作用很好。 蘇打水、乳化液、合成磨削液是目前在水基切削液中用的最多的，油基切削液的冷卻、洗滌作用較差，但潤滑、防銹作用好，其主要成分是礦物油、活性劑和極壓添加劑等，常用的由10 號、20 號機油、煤油燈粘度較低的礦物油，以及蓖麻油，豆油等植物油。

2.1 蘇打水

蘇打水是碳酸鈉，其配方主要成分：

無水碳酸鈉：1%

亞硝酸鈉：0.25%～0.6%

水：余量

配置時，將上述成分加3～4 倍重量的熱水，水溫40～50℃，攪拌3～5min 后，再加入剩余重量的水，再攪拌5min，即可使用。注意在該溶液中，無水碳酸鈉不應多余1%。否則對人體皮膚有害。在使用的過程中，水分不斷蒸發，濃度逐漸變濃，為了保持切削液成分的一定比例，使用二、三天后，應加入較低濃度的蘇打水，使用10～15 天后，應重新更換一次，并清洗機床及切削液水箱。

2.2 乳化液

又稱肥皂水，是由乳化油加水配制而成的，常用的69-1 乳化液其主要成分：

石油硫酸鋇：10%

硫化蓖麻油：10%

油酸：2.4%

三乙醇胺：10%

氫氧化鈉：0.4～0.6%

7# 或5# 高速機油：余量

配制時，取1.5%～2.5%左右的乳化油，先用少量的溫水溶化，然后倒入貯有足量水的水箱調勻即可使用。當要求有較高防銹、防腐蝕時，還可加入少量的無水碳酸鈉和亞硝酸鈉（各為0.2%左右）。 一般來說，精磨時乳化液的濃度比粗磨時高些，以提高防銹性能，并對降低粗糙度值有一定好處。

2.3 合成磨削液

GMY-3 合成型磨削液，也稱為高磨液，它由三乙醇胺、聚醚、油酸鈉皂，亞硝酸鈉按一定比例配置而成，使用時，可取5%左右的高磨液與足夠的水調勻后即可使用。 當砂輪線速度在80～120m/s，取高磨液濃度為5%，當砂輪線速度在50～60m/s，取高磨液濃度為4%。

高磨液具有優良的冷卻、清洗、防銹、潤滑性能。在磨削過程中，對改善工件的粗糙度和精度（特別是圓度），有極明顯的效果。 同時對砂輪來說，由于高磨液冷卻潤滑性能好，保證了砂輪切削性能，從而延長砂輪的使用壽命達3～5 倍。高磨液配制后，其化學性能較穩定，不受磨削中各種因素的影響，只是要求在平時使用一段時間后，增添一定分量的水，以補充水分的蒸發，所以配制高磨液一次使用期限可達半年之久，但是高磨液價格較貴，目前主要用于高速磨削及精密軸承加工。

3 切削液的使用方法

3.1 澆注法

將切削液以一定的壓力和流量噴射在切削區，用低壓泵把磨削液輸送到冷卻噴嘴，借助磨削本身的重力作用，澆注在砂輪和工件接觸部位。

3.2 噴霧冷卻法

利用噴霧原理使切削液霧化，并隨高速氣流噴射到磨削區。

3.3 砂輪的內冷卻法

切削液從砂輪內孔或側面進入到砂輪體內，依靠砂輪回轉時的離心力作用，將磨削液通過砂輪內的氣孔甩出，有效的使切削液進入磨削區域，實現冷卻與潤滑作用。

4 金屬切削液選擇方案

4.1 根據工件材料選擇

對于難加工的材料應選用活性高、含抗磨、極壓添加劑的切削液，對于容易加工的材料選用不含極壓添加劑的切削液。切削有色金屬和輕金屬時，切削力和切削溫度都不高，可選用礦物油和高濃度乳化液。切削合金鋼時，若果切削量較低，表面粗糙度要求較小時，可選用極壓切削油和高濃度乳化液。 切削鑄鐵與青銅等脆性材料時，切屑中常形成崩碎狀切屑，容易隨切屑到處流動，流入機床導軌之間造成部件損壞，可使用冷卻和清潔性能好的低濃度乳化液。

4.2 根據加工工件方法選擇

較高切削速度的粗加工中（車削、銑削、鉆削），要求且足額也具有良好的冷卻性能，選用水基切削液以及低濃度乳化液。 在一些精密高強度加工中（拉削、攻絲、齒輪加工），要求切削液具有優異的潤滑性能，選用極壓切削油和高濃度乳化液。

4.3 根據刀具材料選擇

工具鋼刀具：此類刀具的耐熱溫度在200～300℃，耐熱性能差，高溫會失去硬度，因此要求采用冷卻性能好的切削液，以低濃度乳化液為宜。

高速鋼刀具：高速切削時，切削量大，產生大量的切削熱，為避免工件燒傷而影響加工質量，應采用冷卻性好的水基切削液。

硬質合金刀具：此類刀具熔點和硬度較高，化學和熱穩定性好，切削和耐磨性能比高速鋼刀具要好得多，可選用油基切削液。

5 結束語

在金屬切削過程中，為提高切削效率，提高工件的精度和降低表面粗糙度，延長刀具使用壽命，達到最佳經濟效果，就必須減少刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦，及時帶走切削區域內因材料變形而產生的熱量。要達到這些目的，一方面是通過開發高硬度、耐高溫的刀具材料和改進刀具的聚合形狀， 使金屬切削的加工效率得到迅速提高，另一方面采用性能優良的切削液往往可以明顯提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延長刀具使用壽命，取得良好的經濟效益。