试论切削液在深沟球轴承加工中的运用

刘洪强 关景慧 张国荣

（1.哈尔滨轴承集团公司 动能公司，黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨轴承集团公司 经营发展部，黑龙江 哈尔滨150036；3.哈尔滨轴承集团公司 通用轴承制造公司，黑龙江 哈尔滨150036）

0 前言

磨削是金属加工方法之一，磨削的切削速度很高，为车、铣切削速度的10～20 倍。 因此，被磨削金属的变形速度很快，并在极短的时间内，在磨削区域中产生1000～1500℃的高温。 如此高的磨削温度，将会引起工件磨削表面层的烧伤并且产生热应力， 从而造成裂纹和热变形，同时在高温下砂轮也会容易磨损。 为保证工件的加工质量和提高砂轮的耐用度，应合理选用切削液。

1 切削液的作用

1.1 冷却作用

切削液的冷却作用是依靠切削液的对流换热和汽化把切削热从固体中（刀具、工件和切屑）带走，降低切削区的温度，减少工件变形，保持刀具硬度和尺寸。通过切削液的传热作用，带走绝大部分磨削热，降低磨削区域的温度，避免或减少工件烧伤、裂纹、变形等现象。

冷却作用的好坏海域泡沫有关，由于泡沫内部是空气，空气的导热性差，泡沫多的切削液冷却效果会降低，所以一般表面含活性剂的合成切削液都加入了少量的乳化硅油，起消泡作用。

1.2 润滑作用

在切削加工中，刀具与切削、刀具与工件表面之间产生摩擦，切削液就是减轻这种摩擦的润滑剂。 磨屑、磨粒和工件表面经切削液浸润之后，粘附在工件表面上形成润滑油膜，减少磨粒和工件间的摩擦，从而降低工件表面粗糙度和提高砂轮使用寿命。当切削液中加入表面活性物质后，能提高它的润滑性。 此外，润湿性决定于切削液的粘度，低粘度液体易于进入工件和砂轮接触区。 所以，粘度和表面活性物质是切削液具有润滑性的重要因素。

1.3 清洗作用

在金属切削过程中，切屑、铁粉、磨屑、油污等易粘附在工件表卖弄和刀具、砂轮上，影响切削效果。 同时使工件和机床变脏，所以切削液必须具有良好的清洗作用，对于油基切削液，粘度越低，清洗能力越强，特别是含煤油、柴油等轻阻尼的切削液，渗透和清洗性能就更好。含有表面活性剂的水基切削液，清洗效果较好。 表面活性剂一方面能吸附各种粒子、油泥，并在工件表面形成一层吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、刀具和砂轮上，另一方面能渗入到粒子和油污粘附界面上把粒子和油污从界面上分离，随着切削液带走，从而起到清洗作用。

1.4 防锈作用

在切削液中加入防锈添加剂后， 能在金属表面上形成保护膜，使磨床和工件起到防锈作用，在切削液加入皂类和各种防锈添加剂如压下酸钠，苯甲酸按等均可起到防锈作用。在切削过程中，工件如果和水和切削液分解氧化变质所产生的腐蚀介质接触，就会受到腐蚀，机床与切削液接触部分也会因此产生腐蚀， 工件加工后或工序间存放期间，如果切削液没有一定的防锈能力，工件会受到空气中的水分及腐蚀介质的侵蚀而产生化学腐蚀和电化学腐蚀，造成工件生锈，因此，要求切削液具有良好的防锈性能。因此理想的磨削切削液还应具有良好的冷却、润滑、清洗和防锈等性能。 此外，切削液还应对人体无害和无刺激，不含有害的物质，对机床及砂轮无侵蚀作用，而且还具有化学性能稳定，不易变质等优点。

2 切削液的种类

切削液的种类很多，通常分为水基切削液和油基切削液，水基切削液以水为主要成分的切削液，其冷却、洗涤作用很好。 苏打水、乳化液、合成磨削液是目前在水基切削液中用的最多的，油基切削液的冷却、洗涤作用较差，但润滑、防锈作用好，其主要成分是矿物油、活性剂和极压添加剂等，常用的由10 号、20 号机油、煤油灯粘度较低的矿物油，以及蓖麻油，豆油等植物油。

2.1 苏打水

苏打水是碳酸钠，其配方主要成分：

无水碳酸钠：1%

亚硝酸钠：0.25%～0.6%

水：余量

配置时，将上述成分加3～4 倍重量的热水，水温40～50℃，搅拌3～5min 后，再加入剩余重量的水，再搅拌5min，即可使用。注意在该溶液中，无水碳酸钠不应多余1%。否则对人体皮肤有害。在使用的过程中，水分不断蒸发，浓度逐渐变浓，为了保持切削液成分的一定比例，使用二、三天后，应加入较低浓度的苏打水，使用10～15 天后，应重新更换一次，并清洗机床及切削液水箱。

2.2 乳化液

又称肥皂水，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：

石油硫酸钡：10%

硫化蓖麻油：10%

油酸：2.4%

三乙醇胺：10%

氢氧化钠：0.4～0.6%

7# 或5# 高速机油：余量

配制时，取1.5%～2.5%左右的乳化油，先用少量的温水溶化，然后倒入贮有足量水的水箱调匀即可使用。当要求有较高防锈、防腐蚀时，还可加入少量的无水碳酸钠和亚硝酸钠（各为0.2%左右）。 一般来说，精磨时乳化液的浓度比粗磨时高些，以提高防锈性能，并对降低粗糙度值有一定好处。

2.3 合成磨削液

GMY-3 合成型磨削液，也称为高磨液，它由三乙醇胺、聚醚、油酸钠皂，亚硝酸钠按一定比例配置而成，使用时，可取5%左右的高磨液与足够的水调匀后即可使用。 当砂轮线速度在80～120m/s，取高磨液浓度为5%，当砂轮线速度在50～60m/s，取高磨液浓度为4%。

高磨液具有优良的冷却、清洗、防锈、润滑性能。在磨削过程中，对改善工件的粗糙度和精度（特别是圆度），有极明显的效果。 同时对砂轮来说，由于高磨液冷却润滑性能好，保证了砂轮切削性能，从而延长砂轮的使用寿命达3～5 倍。高磨液配制后，其化学性能较稳定，不受磨削中各种因素的影响，只是要求在平时使用一段时间后，增添一定分量的水，以补充水分的蒸发，所以配制高磨液一次使用期限可达半年之久，但是高磨液价格较贵，目前主要用于高速磨削及精密轴承加工。

3 切削液的使用方法

3.1 浇注法

将切削液以一定的压力和流量喷射在切削区，用低压泵把磨削液输送到冷却喷嘴，借助磨削本身的重力作用，浇注在砂轮和工件接触部位。

3.2 喷雾冷却法

利用喷雾原理使切削液雾化，并随高速气流喷射到磨削区。

3.3 砂轮的内冷却法

切削液从砂轮内孔或侧面进入到砂轮体内，依靠砂轮回转时的离心力作用，将磨削液通过砂轮内的气孔甩出，有效的使切削液进入磨削区域，实现冷却与润滑作用。

4 金属切削液选择方案

4.1 根据工件材料选择

对于难加工的材料应选用活性高、含抗磨、极压添加剂的切削液，对于容易加工的材料选用不含极压添加剂的切削液。切削有色金属和轻金属时，切削力和切削温度都不高，可选用矿物油和高浓度乳化液。切削合金钢时，若果切削量较低，表面粗糙度要求较小时，可选用极压切削油和高浓度乳化液。 切削铸铁与青铜等脆性材料时，切屑中常形成崩碎状切屑，容易随切屑到处流动，流入机床导轨之间造成部件损坏，可使用冷却和清洁性能好的低浓度乳化液。

4.2 根据加工工件方法选择

较高切削速度的粗加工中（车削、铣削、钻削），要求且足额也具有良好的冷却性能，选用水基切削液以及低浓度乳化液。 在一些精密高强度加工中（拉削、攻丝、齿轮加工），要求切削液具有优异的润滑性能，选用极压切削油和高浓度乳化液。

4.3 根据刀具材料选择

工具钢刀具：此类刀具的耐热温度在200～300℃，耐热性能差，高温会失去硬度，因此要求采用冷却性能好的切削液，以低浓度乳化液为宜。

高速钢刀具：高速切削时，切削量大，产生大量的切削热，为避免工件烧伤而影响加工质量，应采用冷却性好的水基切削液。

硬质合金刀具：此类刀具熔点和硬度较高，化学和热稳定性好，切削和耐磨性能比高速钢刀具要好得多，可选用油基切削液。

5 结束语

在金属切削过程中，为提高切削效率，提高工件的精度和降低表面粗糙度，延长刀具使用寿命，达到最佳经济效果，就必须减少刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，及时带走切削区域内因材料变形而产生的热量。要达到这些目的，一方面是通过开发高硬度、耐高温的刀具材料和改进刀具的聚合形状， 使金属切削的加工效率得到迅速提高，另一方面采用性能优良的切削液往往可以明显提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延长刀具使用寿命，取得良好的经济效益。