浅谈金属加工中切削液的重要作用
2018-8-24 来源： 上汽通用五菱汽车股份有限公司 作者：郑文清，杨 风
摘 要：金属切削加工润滑剂简称金属切削液，被广泛应用于各类金属加工过程中，起到润滑、冷却、清洗工件及刀具等的作用。据统计目前我国金属切削液的年用量约为 6 万吨，其中水溶性金属切削液和纯油性金属切削液使用量基本各占一半。合理使用切削液有助于提高工件精度、降低零件粗糙度、延长刀具耐用度、提升加工效率等。
关键词：切削液；作用；刀具
1 、切削液分类
金属切削液分类方式有很多，按照其化学成分可分为非水溶性液和水溶性液两大类 （国家标准GB7631.5-89 中有详尽的描述）。
不同类型的切削液在油性成分含量、乳化液颗粒大小及外观上稍有不同[1]。如表 1 所示。
2 、切削液的作用
2.1 作用机理
在金属机加工过程中，刀具与工件、刀具与切屑之间存在的摩擦运动会产生很大的热量，这部分热量如果不能及时排除会引起刀尖部分温度急剧升高，从而导致刀具磨损加剧、工件质量降低[2]。
使用切削液则可以加速高温切屑的排出，同时切削液本身也作为载体将热量带走。刀具、工件的温度得以控制，就减少了两者之间的粘结，便于获得较高的表面质量，刀具耐用度随之也会得到提升。
2.2 切削液作用
2.2.1 冷却作用
冷却作用是切削液最基本的作用。在加工时，切削液循环系统喷射出大量切削液包裹住切屑、刀尖部分，由于组成切削液的主要成分水和油的比热容较大，热量自然被其吸收并随之流走。
提高切削液的冷却作用可以从以下方面着手：改善切削液的热参数值（主要为比热容）；加强切削液循环时的流动性；提高切削液的渗透性；降低切削液的泡沫等。以奥氏体不锈钢车削为例，研究表明加工时使用 40%的全损耗系统用油、20%的二硫化钼、40%的酒精调制而成的切削液效果最佳[3]。
该配方切削液有效的起到了抗粘结的作用，降低了刀具加工硬化，减少切削热的产生。切削液通过控制工件、刀具的表面温度，有效地减少刀具表面材料的塑形流动，从而减少刀具非正常磨损，因此可实现高速、大进给加工，切削效率自然也就得以提升。
2.2.2 润滑作用
金属机加工过程中切削热的主要来源是刀具与已切削面、刀具与切屑之间的摩擦，刀具与已切削面的摩擦是由于加工材料的回弹所致，可以通过优化刀具后角，配合使用吸附性较强的切削液便可以有效地减小摩擦获得良好的加工表面。
而刀具与切屑之间的摩擦则有些不同，如图 1 所示，切屑实际是由于受到来自前刀面的挤压力被迫挤出的，因此接触压力大，产生的热量也就随之增多。当使用切削液时，切屑与刀具之间形成润滑油膜，减少金属之间的直接接触面积，降低摩擦系数，同时低温切削液能使高温切屑迅速被冷却，从而体积收缩，减少摩擦时的接触面积。
使用切削液与否对变形系数、摩擦系数等的影响很大，同时不同类型的切削液润滑作用也明显不同。表 2 所示。
2.2.3 清洗作用
金属加工过程中切屑、磨屑若不能及时排除，势必对加工造成较大影响。以珩磨为例，缸孔在油石的磨削作用下产生大量铁泥，这类铁泥若残留在珩磨头上不仅会影响加工效率，严重时还会造成涨刀故障。柳州某车企加工 B 系列发动机时，珩磨工位机床频繁出现涨刀轴故障报警，检查涨刀机构及珩磨刀体未发现异常。
运用人机料法环原则分析后锁定切削液过脏，清洗作用减退，定期更换切削液后问题发生频次降低 80%.图 2 所示
不同类型的切削液由于组成成分各异，所以清洗作用有所不同。粘度是衡量油基切削液清洗能力的主要特征，相同条件下粘度越低清洗能力越强。水基切削液中由于添加了表面活性剂，使之具备了较强的吸附能力，冲洗工件后能顺利将各类杂质带走，因此清洗能力高于同级别油基切削液。
2.2.4 防锈作用
统计显示，工件生锈多半是发生了化学腐蚀和电化学腐蚀，而切削液中的防锈剂能切断相关腐蚀因素与工件的接触，从而实现良好的防锈作用。其防锈机理为：经过切削液的冲洗，工件表面便留下一层牢固的油膜隔绝了水及腐蚀介质的侵袭，如加工非铸铁件时，切削液中就含有的油溶性良好的十二烯基丁二酸。
相比如防锈油、温湿度控制等其他防锈方案，切削液防锈简单易行，无需额外增加人力物力且可以做到全面彻底。
2.2.5 其他作用
改善加工质量是切削液一个重要的作用，切削液类型、浓度、流量、喷射方式等均会对加工带来影响。研究表明同等条件下，如图 3 所示，随着切削速度增大使用不同切削液得到的工件表面粗糙度 Ra值趋于减小。
同时对比使用不同类型切削液，油膜滴水的润滑方式效果更优。使用雾状油膜水滴可有效的摩擦，减轻切削区材料的变形，抑制积屑及鳞刺的产生，从而获得较高的表面质量
[4]。
3 、 结束语
金属切削液对机加工等金属加工十分重要，具有冷却、润滑、清洗、防锈、提高刀具耐用度等作用。依据工件材料、制造公差等要求合理使用切削液，有助于在较低制造成本下取得较高的工件质量。
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