淺談金屬加工中切削液的重要作用

鄭文清，楊 風(fēng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545027）

淺談金屬加工中切削液的重要作用

鄭文清，楊 風(fēng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545027）

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。

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。

表1　不同類型切削液對(duì)比

2　切削液的作用

2.1作用機(jī)理

在金屬機(jī)加工過程中，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。

以奧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(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。

圖1　金屬切削示意圖

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。

表2　不同類型切削液潤(rùn)滑作用對(duì)比

2.2.3清洗作用

金屬加工過程中切屑、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臟，清洗作用減退，定期更換切削液后問題發(fā)生頻次降低80%.圖2所示。

圖2　清洗效果對(duì)比圖

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］。

圖3　工件表面粗糙度隨速度的變化趨勢(shì)圖

3　結(jié)束語

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。

［1］王恒.金屬加工潤(rùn)滑冷卻液［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］馮菊芳，廖蓉蘇.水溶性合成切削液的研制［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，7（3）:40-43.

［3］曹玉泉.奧氏體不銹鋼車削工藝的研究［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，6（2）：56-58.

［4］王愛玲，魏源遷，趙躍文，等.油膜附水滴加工液的物理特性與加工性能［J］.金剛石與磨料磨具工程，2004，（1）：5-9.

Simple Analysis of the Important Role of Cutting Fluid in Metal Processing

ZHENG Wen-qing，YANG Fen
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545027，China）

Metal cutting lubricant as metal cutting fluid，is widely used in all kinds of metal processing，playing the role of lubrication，cooling，cleaning the workpiece and tool.According to statistics of the China metal cutting fluid in the amount of about 60 thousand tons，of which the water soluble metal cutting fluid and metal cutting fluid using pure oil amount of each half.The rational use of cutting fluid is helpful to improve the precision and reduce the roughness of parts and prolong tool life，improve processing efficiency.

cutting fluid；function；cutting tool

TG506

A

1672-545X（2016）07-0109-03

2016-04-10

鄭文清（1990-），男，河南商丘人，本科，助理工程師，主要研究方向發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)、刀具切削優(yōu)化。