淺談切削液對金屬加工的影響

林一

淺談切削液對金屬加工的影響

林一

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007）

機械制造行業，金屬切削液被廣泛應用于各類金屬加工過程中，是機械零部件加工不可或缺的元素。闡述了切削液的基本分類、基本作用等，并以某車企B系列發動機鋁合金氣缸蓋氣門導管底孔加工為例，淺談乳化型切削液濃度高低對鋁合金工件加工表面的影響。

切削液；濃度；加工表面；粗糙度

隨著數控機加工業的發展，切削液也得到了極為廣泛的應用。在切削過程中，刀具和被加工金屬工件接觸表面會產生大量熱能，可使兩者接觸表面的溫度達到800℃以上，對被加工金屬工件的表面粗糙度、加工表面尺寸精度、刀具的壽命消耗及生產效率都有很大的影響，使用切削液，能及時帶走工件加工產生的熱量，使工件達到加工質量要求。而若沒有切削液的沖洗，切削過程中產生的切屑會造成如刮花已加工表面（刀痕、震紋等）、堵塞加工孔、燒結、影響工件的裝夾等對加工的不良影響[1]。合理選擇并正確使用切削液，能夠有效地降低加工工件表面粗糙度，提升工件表面質量，降低切削溫度，減少切削阻力，提高刀具的使用壽命，從而達到提升工件質量和生產效率的目標。本文通過簡要闡述金屬加工中切削液的基本分類及主要作用，并以實例進行分析切削液對加工的影響，論證了合理選擇并正確使用切削液的重要性。

1 切削液的主要分類

在金屬加工行業內，習慣以油品化學組成部分將切削液的分為兩大類：水溶性（水基）切削液和非水溶性（油基）切削液。水溶性切削液冷卻性能較好而潤滑性能較差，非水溶性切削液則相反，冷卻性能較差而潤滑性能較好。市場上常見的水溶性切削液主要有乳化型切削液、半合成型切削液、合成型切削液，而非水溶性切削液主要為切削油。表1主要對幾大類切削液的組成成分、礦物油性含量、乳化顆粒大小、適用刀具材料等方面進行對比。

表1 不同種類金屬切削液的對比情況[2]

2 切削液機理作用的簡單介紹

使用切削液加工，可以起到的作用主要有：冷卻、清洗、潤滑、防銹等，經試驗驗證，金屬機加工過程中，合理、正確的使用切削液，可使切削溫度降低60～150℃，切削阻力減少15%～30%，加工工件的表面粗糙度降低1～2級，并且能極大限度的提升刀具的使用壽命[3]。下面對切削液的幾大主要作用進行簡單闡述：

1）冷卻作用

作為切削液在金屬機加工過程的基本作用之一，冷卻作用對工件質量提升和刀具耐用度提升是有很大效果的。在金屬機加工過程中，切削區會局部產生大量的熱，若熱量無法及時導出或者冷卻，會極大可能的產生退火、燒傷等現象，不僅僅使刀具產生燒結、磨損過大的問題，對工件表面質量也會造成較大影響。

通過熱傳導、熱對流等傳播方式，把熱量從切削區快速而及時地帶走，是切削液冷卻作用的主要方式。由于切削液的主要成分（水或油）比熱容較大，可以有效地吸收、傳導切削工件和刀具表面的熱量；而且，加工過程中切削液循環系統會以較高的壓強噴出大量的切削液，以較大的流量迅速流過切削區，靠著切削液的對流帶出大量的熱；另外，切削液包裹著切削工件表面和刀刃部分時，也會減小摩擦帶來的熱量，達到冷卻效果。

2）清洗作用

金屬在加工過程中會產生大量的切屑、磨屑，若不能將其及時地排出沖洗掉，使其停留在切削區或者粘附在刀具上，會對加工過程產生極大的影響；以加工鋁合金材料為例，此種材料具有一個明顯的特點：比較低的屈服強度，柔韌性強。而加工此種材料時，由于較高的柔韌性和粘附性，容易使加工出來的鋁屑粘結到刀具切削刃或者刀體導條的表面，形成積屑瘤，繼續加工時，會產生刀痕、震紋等現象，大大降低了加工件表面的粗糙度。

切削液的清洗作用，便是對加工過程中所產生的切屑、磨屑、油脂、粉塵、灰砂等雜質進行沖刷，消除這些雜質在加工過程中造成的負面影響，而合理的選擇切削液類型、濃度及沖洗壓力，可使清洗功能達到最佳，達到提升加工質量、刀具耐用度的效果。

3）潤滑作用

金屬機加工過程中，刀具與金屬表面切削時產生的摩擦力是影響加工質量的一大因素，它是由刀具前后端面與切削表面加工材料的回彈接觸所產生。切削液的潤滑作用，是指切削液滲透到刀具前前后端面與加工金屬工件表面之間，并且在兩者接觸部位形成潤滑油膜，減少了刀具與加工工件表面的直接接觸面積，從而減少了兩者的摩擦與粘結，降低摩擦系數；同時切削液帶走熱量，能使工件表面迅速被冷卻，使其體積收縮，減少接觸面積以達到減少摩擦，起到潤滑效果。

切削液能起到潤滑作用，主要是由于其兩個特性：浸潤性和吸附性。良好的侵潤性，可以使切削液能最大限度地滲透到刀具前后端面與工件切削加工表面之間，充分的潤滑以減少切削阻力；而良好的吸附性，是指切削液的表面活性物質最大程度增加切削液在加工表面的吸附能力，使切削液在加工表面很好的粘附和充分的展開，形成一層牢固且有極高強度的吸附膜，達到減少加工過程中摩擦及粘結的作用[4]。

4）防銹作用

當在加工過程中，金屬工件極易受到周圍環境中的水分、酸性或堿性物質、顆粒雜質、氧氣等介質的影響，由于化學腐蝕或者電化學腐蝕作用，使工件產生銹跡，影響工件最終的質量和性能。在切削液中加入適量的防銹蝕溶劑，使切削液在加工過程中沖洗工件表面時，在工件表面形成一層均勻牢固的油膜或者氧化膜，隔絕空氣中的腐蝕性介質與加工工件表面的直接接觸，抑制了化學腐蝕或者電化學腐蝕作用，防止了腐蝕性介質對工件的侵蝕，起到了對加工工件表面的防銹作用，并且對刀具的防銹和機床的保養也都起到了積極的作用。

3 切削液濃度對加工表面的影響

金屬工件的加工過程中，切削液的濃度大小也會對加工質量產生影響，只有把切削液濃度維持在合理的范圍內，才能使其發揮較高的功效。當切削液的濃度過低時，浸潤性和吸附性，以及防腐蝕性均會降低，無法完好地形成附膜，則切削液的潤滑作用、防銹作用等功能都會降低，易造成由于摩擦力過大導致的工件表面出現刀痕、震紋和刀具磨損增大，以及由于防銹功能下降導致的工件、刀具生銹等問題；而若是切削液濃度過高，可能導致切削液的清洗能力和冷卻能力下降，會造成刀具燒結、磨損過大，以及加工工件表面形成積屑瘤等問題，而且高濃度的切削液也意味著加工成本的增加。

以某企業B系列發動機的氣缸蓋加工為例，該企業生產的氣缸蓋材質為鋁合金，適用的切削液類型為乳化型切削液，在其加工氣門座圈及導管底孔的機床，原有的切削液設定的濃度范圍為7%～9%.

某年8月，該企業質檢在抽檢氣缸蓋氣門導管底孔粗糙度時發現，工件粗糙度達到Ra2.02（公差要求≤Ra1.6），查詢歷史數據（如圖1所示），粗糙度是突然發生了變異。

圖1 導管底孔粗糙度抽檢數據示意圖

查找原因并分析，其中機床狀態、工件來料、刀具狀態及加工參數均未發生變化，而切削液濃度，在8月份以前一直是在8%～9%之間波動，在8月份時下降到了7.3%左右。為驗證工件表面粗糙度變化是由于切削液濃度變化造成的，做了如下驗證：分別對幾種濃度下加工出來的底孔刀痕情況以及其底孔粗糙度進行了檢測，結果如圖2所示。

圖2 不同濃度切削液對工件表面質量影響對比

從以上數據可得，該企業B系列發動機的氣缸蓋氣門導管底孔在加工時，當切削液濃度低于8%，工件表面會產生刀痕，并且粗糙度超差；當切削液濃度大于8%時，工件表面質量得到了顯著的提升，而當切削液濃度大于10%之后，工件表面質量的提升程度變得不明顯；故綜合考慮，該加工切削液濃度的合理選擇范圍應為8%～10%.

4 結束語

通過以上的論述，可以知道，切削液在金屬加工工藝中，有著很大的影響。合理地選擇切削液類型，精確地控制切削液濃度，最大功效地發揮出切削液在加工過程中的作用，可以更好地控制加工產品的品質，對提升加工工件表面質量及提高刀具使用壽命都有著良好的成效，可以有效地降低加工成本，提高生產效率。

[1]楊紅兵.乳化切削液在鋁合金加工中的應用[J].摩托車技術，2013（9）：104-104.

[2]鄭文清，楊風.淺談金屬加工中切削液的重要作用[J].裝備制造技術，2016（7）：109-111.

[3]張治國.切削液在機加工中的作用和影響[J].華東科技，2013（2）：297-297.

[4]陳蓉，劉瑩.切削液的作用機理介紹[J].哈爾濱軸承，2007，28（3）：47-48.

Simple Analysis of the Influence of Cutting Fluid in Metal Processing

LIN Yi
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545027，China）

In the machine-building industry，metal cutting fluid is widely used in metal processing，it is the essential elements of mechanical parts processing.This paper briefly deals the basic sort and effect of cutting fluid. And take a certain car enterprise B series engine aluminum alloy cylinder cover valve tube bottom hole processing as an example.Simple analysis about the influence of emulsified cutting fluid concentration on the machining surface of aluminum alloy workpiece.

cutting fluid；concentration；finished surface；roughness

TG501.4

B

1672-545X（2017）07-0092-03

2017-04-13

作者信息：林一（1988-），男，廣西柳州人，學士，刀具工程師，助理工程師，主要研究方向：刀具切削優化、新型刀具的應用、刀具成本分析。