一文读懂数控机床加工用切削液

所有传统金属去除操作的目标都是通过以最高实际速度进行加工来提高生产率和降低成本，这种加工速度与刀具寿命长、废品最少和停机时间最少一致，并且能够生产出具有令人满意的精度和光洁度的表面。许多机加工操作可以“干”进行，但正确应用切削液通常是可行的：更高的切削速度、更高的进给速度、更大的切削深度、更长的刀具寿命、降低表面粗糙度、提高尺寸精度和降低功耗。为特定的加工情况选择合适的切削液需要了解流体的功能、特性和局限性。切削液的选择与机床、工具、速度和进给量的选择一样值得重视。

要了解切削液的作用，必须认识到，切削金属消耗的几乎所有能量都转化为热量，主要是由于金属变形进入切屑，在较小程度上是由于切屑与刀具表面的摩擦。考虑到这些因素，很明显任何切削液的主要功能是：冷却刀具、工件和切屑；减少滑动接触处的摩擦；减少或防止接触面处的焊接或粘附，从而形成刀具上的“堆积边缘”。切削液的另外两个功能是冲走切削区的切屑，保护工件和刀具免受腐蚀。功能的相对重要性取决于所加工的材料、刀具和条件以及零件所需的光洁度和精度。例如，具有较大润滑性的切削液通常用于低速加工和最难切削的材料上。冷却能力更强的切削液通常用于更易切削材料的高速加工。

切削液和磨削液类型

近年来，人们开发了多种切削液，以满足新型建筑材料、新型刀具材料和涂层的要求。

切削液有四种基本类型；每种类型都有各自的特点，以及优点和局限性。选择合适的流体变得更加复杂，因为不同类型之间的分界线并不总是清晰的。大多数机器车间尽量少用不同的液体，并且更喜欢使用寿命长、不需要经常更换或修改、气味相当宜人、使用时不吸烟或起雾、最重要的是既无毒也不会对皮肤造成刺激的液体。选择中的其他问题是成本和易处理性。

切削液分类中使用的主要划分和细分是：

切削油，包括纯矿物油和复合矿物油以及添加剂。

水溶性流体，包括乳化油；化学或合成流体；以及半化学流体。

气体

膏状和固体润滑剂。

由于切削油和水溶性切削液是机械车间最常用的切削液，因此讨论将主要限于这些类型。但应注意的是，压缩空气和惰性气体（如二氧化碳、氮气和氟利昂）有时用于机械加工。也可使用糊状物、蜡、肥皂、石墨和二硫化钼，或直接涂抹在工件上，或作为工具（如砂轮）中的浸渍剂。

切削油

切削油通常是矿物油与动物、植物或海洋油的混合物，以改善润湿性和润滑性能。硫、氯和磷化合物，有时称为极压（EP）添加剂，提供更大的润滑性。一般来说，这些切削油不冷却以及水溶性流体。

水溶性流体

乳化液或可溶油是油滴在水中的悬浮液。这些悬浮液是将油与乳化剂（肥皂和肥皂状材料）和其他材料混合制成的。这些液体将油的润滑和防锈性能与水的优良冷却性能结合起来。它们的性能受乳液浓度的影响，“稀”浓度提供更好的冷却，但润滑性较差，而“富”浓度则具有相反的效果。添加硫、氯和磷，如切削油，产生“极压”（EP）等级。

化学流体是由溶解在水中的有机和无机物质组成的真正的溶液。非活性类型通常是结合高防锈性、高冷却性、低润滑性和高表面张力的透明液体。表面活性剂包括润湿剂，具有中等防锈性、高冷却性和中等润滑性以及低表面张力。它们还可能含有氯和/或硫化合物，具有极压特性。

半化学流体是化学流体和乳状液的组合。这些液体的含油量较低，但乳化剂和表面活性剂的含量比乳液高，产生的油滴直径小得多。它们具有较低的表面张力、适中的润滑性和冷却性能，并且具有很好的防锈性。有时也会添加硫、氯和磷。

为不同的材料和操作选择切削液

切削液的选择取决于许多复杂的相互作用，包括金属的可切削性；操作的严重性；刀具材料；冶金、化学和人类相容性；流体特性、可靠性和稳定性；以及最终的成本。其他因素影响结果。一些商店标准化的一些切削液必须服务于所有目的。在其他车间，在机器上执行的所有操作都必须使用一种切削液。有时，在机器通过冷却系统为其他操作提供切削液的同时，通过手动施加“正确”的切削液，可以缓解非常恶劣的工作条件。有几本大量的教科书提供了具体的建议使用特定的切削液几乎每一个组合的加工操作和工件和工具材料。一般来说，在缺乏经验的情况下，咨询材料供应商和/或不同切削液的任何供应商以获得建议是明智的。另一个很好的来源是可加工性数据中心，它是美国国防部支持的众多信息中心之一。虽然以下建议代表了良好的做法，但它们仅作为指南，并不意味着其他切削液在某些特定情况下也不会有效。

钢材：在用硬质合金刀具高速切削的钢材上使用切削液时应小心。见下文切削液对碳化物的应用。这种操作通常是干的。如果使用切削液，则应为可溶油，其浓度约为1份油与20至30份水的混合物。硫化矿物油推荐用于硬质合金铰刀的铰孔，但也成功地使用了重负荷可溶油。

建议使用高速刀具加工钢的切削液在很大程度上取决于操作的严重性。对于中低强度钢的普通车削、镗孔、钻孔和铣削，应使用稠度为1份油至10至20份水的可溶油。对于工具钢和硬质合金钢，建议使用稠度为1:10的重负荷可溶油进行车削和铣削。钻削和铰削这些材料时，使用轻质硫化矿物脂肪油。对于攻丝、穿线和拉削等困难操作，建议工具钢和高强度钢使用硫化矿物脂肪油，中低强度钢可使用重硫化矿物脂肪油或硫化矿物油。直接硫化的矿物油通常被推荐用于加工坚硬的、粘稠的低碳钢，以减少撕裂并产生光滑的表面光洁度。

不锈钢：对于普通车削和铣削，建议使用1份油与5份水混合的重负荷可溶油。拉削、穿线、钻孔和铰孔使用含硫矿物脂肪油产生最佳效果。

铜合金：大多数黄铜、青铜器和铜在暴露于含有活性硫和氯的切削油时会染色；因此，不应使用硫化油和磺酰氯油。对于大多数操作，混合到1份油和20至25份水的直溶性油是令人满意的。对于非常严格的操作和自动螺杆机工作，使用矿物脂肪油。一种典型的矿物脂肪油可能含有5%到10%的猪油和剩余的矿物油

蒙乃尔合金：当车削这种材料时，乳化液比硫化矿物油的刀具寿命稍长，但后者有助于切屑的破碎，这是经常需要的。

铝合金：铝和铝合金经常是干加工。使用切削液时，应根据其作为冷却剂的能力来选择。可使用1份油至20至30份水的可溶性油。矿物油基切削液用于加工铝合金时，经常被切削以增加其粘度，从而获得良好的冷却特性，并使其易于流动以覆盖刀具和工件。例如，矿物脂肪油或矿物加硫化脂肪油可以通过添加多达50%的煤油来减少。

铸铁：通常，铸铁是干加工的。使用化学切削液或混合到1份油和20至40份水的稠度的可溶油，可以提高刀具寿命或更快的切削速度。可溶油有时用来减少机器周围的灰尘。

镁：镁可以机加工干燥，或与空气冷却鼓风。低酸含量的轻质矿物油可用于难切削。含有水的冷却剂不应用于镁，因为碎片与水的反应会有释放氢气的危险。专利水溶性油乳液含有抑制剂，降低制氢率是可用的。

研磨：在精密研磨操作中广泛使用可溶性油乳液或由糊状化合物制成的乳液。对于外圆磨削，使用1份油至40至50份水。溶液型液体和半透明研磨乳液特别适用于许多精细研磨应用。矿物油基研磨液推荐用于许多需要对地面进行精细表面处理的应用场合。矿物油用于玻璃化车轮，但不建议用于橡胶或虫胶粘合的车轮。在一定条件下，砂轮作用产生的油气雾会被磨削火花点燃而爆炸。为了熄灭磨削火花，建议使用辅助冷却液管将磨削油流引导到砂轮下方。

拉削：对于钢，可以使用重矿物油，例如100°F（38°C）时赛波特粘度为300至500的硫化油，以提供足够的润滑效果和缓冲冲击载荷。可溶性油乳液可用于较轻的拉削操作。

车削、铣削、钻孔和攻丝用切削液

可溶油：与水混合时形成乳状液的油糊化合物。当冷却质量至关重要且切屑支承压力不过高时，可溶油广泛用于加工黑色金属和有色金属。为精密研磨操作选择合适的可溶油时应小心。磨削冷却液应不含脂肪物质，这些脂肪物质会使砂轮承受载荷，从而影响加工零件的光洁度。可溶性冷却剂应含有防锈成分，以防止腐蚀。

基础油：含有无机、动物或脂肪物质的各种高度硫化和氯化的油。这种“基本原料”通常是“削减”或混合较轻的油，除非芯片轴承压力高，如切割合金钢。基础油在100°F（38°C）时的粘度范围通常为300至900秒。

矿物油：包括从石油中提取的所有类型的油，如石蜡油、矿物密封油和煤油。矿物油通常与基础油混合，但它们通常以原始形式用于易切削钢和有色金属的轻加工操作。这类冷却液的闪点相对较高。应注意确保它们无毒，以免对操作员造成伤害。较重的矿物油（石蜡油）通常在100°F（38°C）时具有约100秒的粘度。矿物密封油和煤油在100°F（38°C）时的粘度为35至60秒。

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