金属切削加工工艺的润滑研究应用

刘 宇，张纪亮

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

1 金属切削液的选用

通常，在金属切削加工工艺中需要切削液作为润滑剂。切削液的应用具有较早的历史，在1883年，F.W.泰勒(Taylor)曾证明用切削液冲洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。金属切削液主要分为三类：油和油基液体；水基乳液及分散体；化学溶液(真溶液及胶体溶液)。

（1）选择切削液前应充分了解下列情况。①加工材料的性质。被加工的材料物理化学性质各异，反映在切削操作上就会有切削的难易和与切削液相容性等新问题。例如铝：质软，切割易粘切具。乳化液如碱性强，与铝产生化学反应，造成乳液分层。应选用专用乳化液或石蜡基矿物油作冷却润滑剂。②加工工况。刀具的作用是在主剪切区域把加工材料用强剪切力切除剥落。刀具的推进面和暴露的新鲜金属面之间，由于强烈的附着作用使推进面受到高的应力。因切割剥落的屑要移过刀具推进面，从而形成了第二剪切区域。在第二剪切区域产生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。润滑和冷却作用在此时同样重要。但属于金属去除的机 械加工种类很多，又各有其独特的工况。一般认为，在低速加工(螺纹切削、扩孔和 齿面切削)时，切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结，作为边界润滑剂。在高速切削加工时，切削液的主要作用是降低摩擦热，带走热量。那些切削液难以到达剪切区域的加工作业，给润滑、冷却造成很大的困难。通常对扩孔、齿轮切削(特别是滚齿)、深孔钻和镗孔、攻丝(特别是盲孔)、深套孔、车螺纹加工要精心选择适用的切削液。

（2）配置切削液。只有水基切削液需要配制，即按一定比例加水稀释。水基切削液特别是乳化型的，在用水稀释时要注意以下2个方面：①避免使用过硬、过软的水。②切削液的稀释关系到乳化液的稳定。切削液在使用前，要先确定稀释的比例和所需乳化液的体积。然后算出所用切削液(原液)量和水量。选取洁净的容器，将所需的全部水倒入容器内，然后在低速搅拌下加入切削液 原液。配制乳化液时，原液的加入速度以不出现未乳化原液为准。切削液原液和水 的加入程序不能颠倒。不要在机床的油池(槽)内直接调配乳液。

2 切削液使用中的问题及其对策

（1）切削波变质发臭的问题。切削液变质发臭的主要原因是：切削液中含有大量细菌，切削液中的细菌主要有耗氧菌和厌氧菌。耗氧菌生活在有矿物质的环境中，如水、切削液的浓缩液和机床漏出的油中，在有氧条件下，每20～30min分裂为二。而厌氧菌生存在没有氧气的环境中，每小时分裂为二，代谢释放出SO2，有臭鸡蛋味，切削液变黑。①细菌进入到切削液中的主要渠道。配制过程中有细菌侵入，如配制切削液的水中有细菌；空气中的细菌进入切削液；工件工序间的转运造成切削液的感染；操作者的不良习惯，如乱丢脏东西；机床及车间的清洁度差。②控制细菌生长的方法。使用高质量、稳定性好的切削液；用纯水配制浓缩液，不但配制容易，而且可改善切削液的润滑性，且减少被切屑带走的量，并能防止细菌侵蚀；使用时，要控制切削液中浓缩液的比率不能过低，否则易使细菌生长；由于机床所用油中含有细菌，所以要尽可能减少机床漏出的油混入切削液；切削液的pH值在8.3～9.2时，细菌难以生存，所以应及时加入新的切削液，提高pH值；保持切削液的清洁，不要使切削液与污油、食物、烟草等污物接触；经常使用杀菌剂；保持车间和机床的清洁；设备如果没有过滤装置，应定期撇除浮油，清除污物。

（2）切削液的腐蚀问题。①产生腐蚀的原因。切削液中浓缩液所占的比例偏低；切削液的pH值过高或过低。例如PH＞9.2时，对铝有腐蚀作用。所以应根据金属材料选择合适的pH值；不相似的金属材料接触；用纸或木头垫放工件；零部件叠放；切削液中细菌的数量超标；工作环境的湿度太高。②防治腐蚀的方法。用纯水配制切削液，并且切削液的比例应按所用切削液说明书中的推荐值使用；在需要的情况下，要使用防锈液；控制细菌的数量，避免细菌的产生；检查湿度，注意控制工作环境的湿度在合适的范围内；要避免切削液受到污染；要避免不相似的材料接触，如铝和钢、铸铁(含镁)和铜等。

（3）产生泡沫的问题。在使用切削液时，有时切削液表面会产生大量泡沫。①产生泡沫的主要原因。切削液的液面太低；切削液的流速太快，气泡没有时间溢出，越积越多，导致大量泡沫产生；水槽设计中直角太多，或切削液的喷嘴角度太直。②避免产生泡沫的方法。在集中冷却系统中，管路分级串联，离冷却箱近的管路压力应低一些；保证切削液的液面不要太低，及时检查液面高度，及时添加切削液；控制切削液流速不要太快；在设计水槽时，应注意水槽直角不要太多在使用切削液时应注意切削液喷嘴角度不要太直。

（4）操作者皮肤过敏的问题。①产生操作者皮肤过敏的主要原。pH值太高；切削液的成分；不溶的金属及机床使用的油料；浓缩液使用配比过高；切削液表面的保护性悬浮层，如气味封闭层、防泡沫层。杀菌剂及不干净的切削液。②在工作中，为了避免操作者皮肤过敏，注意事项。操作者应涂保护油，穿工作服，带手套，应注意避免皮肤与切削液直接接触；切削液中浓缩液比例一定要按照切削液的推荐值使用；使用杀菌剂要按说明书中的剂量使用。

还有，氟橡胶、脂橡胶受切削液影响变形较小，在用作机床密封件时，可优先考虑。为了防止变形，机床密封件所用橡胶含脂量一般应大于35%。另外，为了有效防止切削液引起机床油漆脱落，可选择环氧树脂漆或聚腔酯漆。