富有知識(shí)丨切削液的主要作用和用途

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工件表面粗糙度，延長刀具使用壽命，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效果，就必須減少刀具與工件、刀具與切屑之間磨擦，及時(shí)帶走切削區(qū)內(nèi)因材料變形而產(chǎn)生的熱量。要達(dá)到這些目的，一方面是通過開發(fā)高硬度耐高溫的刀具材料和改進(jìn)刀具的幾何形狀,如隨著碳素鋼、高速鋼硬質(zhì)合金及陶瓷等刀具材料的相繼問世以及使用轉(zhuǎn)位刀具等，使金屬切削的加工率得到迅速提高；另一方面采用性能優(yōu)良的切（磨）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，取得良好和經(jīng)濟(jì)效益切削液作用有如下幾方面

一、冷卻作用

冷卻作用是依靠切削液的對(duì)流換熱和汽化把切削熱從固體（刀具、工件和切屑）帶走，降低切削區(qū)的溫度，減少工件變形，保持刀具硬度和尺寸。

切削液的冷卻作用取決于它的熱參數(shù)值，特別是比熱容和熱導(dǎo)率。此外，液體的流動(dòng)條件和熱交換系數(shù)也起重要作用，熱交換系數(shù)可以通過改變表面活性材料和汽化熱大小來提高。水具有較高的比熱容和大的導(dǎo)熱率，所以水基的切削性能要比油基切削液好。改變液體的流動(dòng)條件，如提高流速和加大流量可以有效地提高切削液的冷卻效果，特別對(duì)于對(duì)于冷卻效果差的油基切削液，加大切削液的供液壓力和加大流量，可有效提高冷卻性能。在槍鉆深孔和高速滾齒加工中就采用這個(gè)辦法。采用噴霧冷卻，使液體易于汽化，也可明顯提高冷卻效果。

切削液的冷卻效果受切削液的滲透性能所影響，滲透性能好的切削液，對(duì)刀刃的冷卻速度快，切削液的滲透性能與切削液的粘度和浸潤性有關(guān)。低粘度液體比高粘度液體滲透性能要好，油基切削液的滲透性能比水基切削液滲透性能要強(qiáng)，含有表面活性劑的水基切削液其滲透性能則大大有所提高。切削液的浸潤性能與切削液的表面張力有關(guān)，當(dāng)液體表面張力大時(shí)，液體在固體的表面向周圍擴(kuò)張聚集成液滴，這種液體的滲透性能就差；當(dāng)液體表面張力小時(shí)，液體在固體表面向周圍擴(kuò)展，固體－液體－氣體的接觸角很小，甚至為零，此時(shí)液體的滲透性能就好，液體能迅速擴(kuò)展到刀具與工件，刀具與切屑接觸的縫隙中，便可加強(qiáng)冷卻效果。

冷卻作用的好壞還與泡沫有關(guān)，由于泡沫內(nèi)部是空氣，空氣的導(dǎo)熱性差，泡沫多的切削液冷卻效果會(huì)降低，所以一般含表面活性劑的合成切削液都加入了少量的乳化硅油，起到消泡作用。近年的研究表明，離子型水基切削液能通過離子的反應(yīng)，迅速消除切削和磨削時(shí)由于強(qiáng)烈磨擦所產(chǎn)生的靜電荷，加工件不產(chǎn)生高熱，起到良好的冷卻效果，這類離子型切削液已廣泛用作高速磨削和強(qiáng)力磨削的冷卻潤滑液。

二、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(chǎn)生磨擦，切削液就是減輕這種磨擦的潤滑劑。刀具方面，由于刀具在切削過程中帶有后角，它與被加工材料接觸部分比前刀面少接觸壓力也低，因此，后刀面的摩擦潤滑狀態(tài)接近于邊界潤滑狀態(tài)，一般使用吸附性強(qiáng)的物質(zhì)，如油性劑和抗剪強(qiáng)度降低的極壓劑，能有效地減少摩擦。前刀面的狀況與后刀面不同，剪切區(qū)經(jīng)變形的切削在受到刀具推擠的情況下被迫擠出，其接觸壓力大，切削也因塑性變形而達(dá)到高溫，在供給切削液后，切削也因受到驟冷而收縮，使前刀面上的刀與切屑接觸長度及切屑與刀具間的金屬接觸面積減少，同時(shí)還使平均剪切應(yīng)力降低，這樣就導(dǎo)致了剪切角的增大和切削力的減少，從而使工件材料的切削加工性能得到改善。在磨削過程中，加入磨削液后，磨削液滲入磨粒與工件及磨粒與磨屑之間形成潤滑膜，由于這層潤滑膜使得這些界面的摩擦減輕，防止磨粒切削刃的摩擦磨損，工件表面粗糙度降低。

切削液的潤滑作用，一般油基切削液比水基切削液優(yōu)越，含油性、極壓添加劑的油基切削液效果更好。油性添加劑一般是帶有極壓性的長鏈有機(jī)化合物，如高級(jí)脂肪酸、高級(jí)醇、動(dòng)植物油脂等。油基添加劑是通過極性基吸附在金屬的表面上形成一層潤滑膜，減少刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦，從而達(dá)到減少切削阻力，延長刀具壽命，降低工件表面粗糙度的目的。油性添加劑的作用只限于溫度較低的狀況，當(dāng)溫度超過２００℃，油性劑的吸附層受到破壞而失去潤滑作用，所以一般低速、精密切削使用含有油性添加劑的切削液，而在高速、重切削的場(chǎng)合，應(yīng)使用含有極壓添加劑的切削液。所謂極壓添加劑是一些含有硫、磷、氯元素的化合物，這些化合物在高溫下與金屬起化學(xué)反應(yīng)，生成硫化鐵、磷化鐵、氯化鐵等，具有低剪切強(qiáng)度的物質(zhì)，從而降低了切削阻力，減少了刀具與工件、刀具與切屑的摩擦，使切削過程易于進(jìn)行。含有極壓添加劑的切削液還可以抑制積屑瘤的生成，改善工件表面粗糙度。

氯化鐵的結(jié)晶呈層狀結(jié)構(gòu)，所以剪切強(qiáng)度最低。氯化鐵與硫化鐵相比，其熔點(diǎn)低，在高溫下（約４００℃）會(huì)失去潤滑作用。磷酸鐵介于氯化鐵和硫化鐵之間，硫化鐵耐高溫性能（７００℃）最好，在重負(fù)荷切削及難切削材料的加工中一般都使用含有硫極壓劑的切削液。極壓添加劑除了和鋼、鐵等黑色金屬起化學(xué)反應(yīng)生成具有低剪切強(qiáng)度的潤滑膜外，對(duì)銅、鋁等有色金屬同樣有這個(gè)作用。不過有色金屬的切削一般不宜用活性極壓添加劑，以免對(duì)工件造成腐蝕切削液的潤滑作用同樣與切削液的滲透性有關(guān)，滲透性能好的切削液，潤滑劑能及時(shí)滲入到切屑與刀具界面和刀具與工件界面，在切屑、工件和刀具表面形成潤滑膜，降低摩擦系數(shù)，減少切削阻力。

切削液除上述的潤滑效果外，最近研究認(rèn)為，切削可以直接滲入到金屬表面的微小裂紋中，改變了被加工材料的物理性質(zhì)，從而降低切削阻力，使切削過程容易進(jìn)行。 

三、清洗作用

在金屬切削過程中，切削、鐵粉、磨屑、油污等易粘附在工件表面和刀具、砂輪上，影響切削效果，同時(shí)使工件和機(jī)床變臟，不易清洗所以切削液必須有良好的清洗作用，對(duì)于油基切削液，粘度越低，清洗能力越強(qiáng)，特別是含有柴油、煤油等輕組份的切削液，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的界面上把粒子和油污從界面上分離，隨切削液帶走，從而起到清洗作用。切削液的清洗作用還應(yīng)表現(xiàn)在對(duì)切屑、磨屑、鐵粉、油污等有良好的分離和沉降作用。循環(huán)使用的切削液在回流到冷卻槽后能迅速使切屑、鐵粉、磨屑、微粒等沉降于容器的底部油污等物懸浮于液面上，這樣便可保證切削液反復(fù)使用后仍能保持清潔，保證加工質(zhì)量和延長使用周期。

四、防銹作用

在切削加工過程中，工件如果與水和切削液分解或氧化變質(zhì)所產(chǎn)生的腐蝕介質(zhì)接觸，如與硫、二氧化硫、氯離子、酸、硫化氫、堿等接觸就會(huì)受到腐蝕，機(jī)床與切削液接觸的部位也會(huì)因此而產(chǎn)生腐蝕，在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(huì)受到空氣中的水分及腐蝕介質(zhì)的侵蝕而產(chǎn)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，造成工件生銹，因此，要求切削液必須具有較好的防銹性能，這是切削液最基本的性能之一。切削油一般都具備一定有防銹能力，如果工序間存放周期不長，可以不加防銹添加劑，因?yàn)樵谇邢饔椭屑尤胧突撬徜^等防銹添加劑會(huì)使切削油的抗磨性能下降。