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第八章 切削液

8.1 切削液的分类 1,非水溶性切削液

主要是切削油.有各种矿物油,如机械油,轻柴油, 主要是切削油.有各种矿物油,如机械油,轻柴油, 煤油等;还有动, 植物油,如豆油,猪油等; 煤油等;还有动, 植物油,如豆油,猪油等;以及加入 油性,极压添加剂配制的混合油.它主要起润滑作用. 油性,极压添加剂配制的混合油.它主要起润滑作用.
2,水溶性切削液

主要成分为水,并加入防锈剂, 主要成分为水,并加入防锈剂,也可加入适量的表面 活性剂和油性添加剂,使其具有一定的润滑性能. 活性剂和油性添加剂,使其具有一定的润滑性能.
3,乳化液

由矿物油,乳化剂及其它添加剂配制的乳化油加95%～ 由矿物油,乳化剂及其它添加剂配制的乳化油加95%～ 95% 98%的水稀释而成的乳白色切削液 的水稀释而成的乳白色切削液, 98%的水稀释而成的乳白色切削液,有良好的冷却性能和 清洗作用. 清洗作用.
8.2 切削液的作用机理 切削液的作用:润滑,冷却, 切削液的作用:润滑,冷却,清洗和防锈 一,润滑

金属切削时,切屑,工件与刀具之间的摩擦可分为: 金属切削时,切屑,工件与刀具之间的摩擦可分为:干 摩擦,流体润滑摩擦和边界润滑摩擦. 摩擦,流体润滑摩擦和边界润滑摩擦. 切削液渗入到切屑,刀具,工件的接触面间, 切削液渗入到切屑,刀具,工件的接触面间,粘附在金 属表面上形成润滑膜,减小它们之间的摩擦系数, 属表面上形成润滑膜,减小它们之间的摩擦系数,减轻粘结 现象, 抑制积屑瘤,并改善已加工表面的粗糙度, 现象 , 抑制积屑瘤 , 并改善已加工表面的粗糙度 , 提高刀 具耐用度. 具耐用度. 润滑性能取决于切削液的渗透性 切削液的渗透性, 润滑性能取决于切削液的渗透性,吸附薄膜形成能力与 强度等 强度等.
二,冷却

切削液通过它从它所能达到最靠近热源的刀具, 切削液通过它从它所能达到最靠近热源的刀具,切屑和工 件表面上带走大量的切削热,从而降低切削温度, 件表面上带走大量的切削热,从而降低切削温度,提高刀具耐 用度, 并减小工件与刀具的热膨胀, 提高加工精度. 用度, 并减小工件与刀具的热膨胀, 提高加工精度. 切削液要有较高的热导率和比热容,较高的汽化热. 切削液要有较高的热导率和比热容,较高的汽化热.一定 的流量和流速. 的流量和流速. 水的冷却性能最好,油类最差,乳化液介于两者之间. 水的冷却性能最好,油类最差,乳化液介于两者之间.
三,清洗作用

冲走切削中产生的细屑,砂轮脱落下来的微粒等, 冲走切削中产生的细屑,砂轮脱落下来的微粒等,起 到清洗作用, 防止加工表面,机床导轨面受损; 到清洗作用, 防止加工表面,机床导轨面受损; 有利于 精加工,深孔加工,自动线加工中的排屑; 精加工,深孔加工,自动线加工中的排屑;
四,防锈作用

加入防锈添加剂的切削液, 加入防锈添加剂的切削液,还能在金属表面上形成保 护膜,使机床,工件,刀具免受周围介质的腐蚀. 护膜,使机床,工件,刀具免受周围介质的腐蚀.  切削液的使用效果决定于切削液的类型,形态,用量, 切削液的使用效果决定于切削液的类型,形态,用量, 使用方法等. 使用方法等.
8.3 切削液的添加剂

切削液中加入添加剂, 切削液中加入添加剂 , 对改善它的冷却润滑作用和性能 有很大的影响. 有很大的影响.
1,油性添加剂

油性添加剂含有极性分子, 油性添加剂含有极性分子,能与金属表面形成牢固的吸附 薄膜,在较低速度下起到较好的润滑作用, 薄膜,在较低速度下起到较好的润滑作用,主要用于低速精加 油性添加剂有动, 植物油( 如豆油, 菜籽油, 猪油等) 工 . 油性添加剂有动 , 植物油 ( 如豆油 , 菜籽油 , 猪油等 ) , 脂肪酸,胺类,醇类,脂类等. 脂肪酸,胺类,醇类,脂类等.
2,极压添加剂

极压添加剂是含硫 等的有机化合物. 极压添加剂是含硫, 磷 ,氯,碘等的有机化合物.它 们在高温下与金属表面起化学反应,形成化学润滑膜, 们在高温下与金属表面起化学反应, 形成化学润滑膜 ,比 物理吸附膜能耐较高的温度,能防止金属界面直接接触, 物理吸附膜能耐较高的温度,能防止金属界面直接接触, 减小摩擦, 保持润滑作用.  减小摩擦, 保持润滑作用. 用硫可直接配制成硫化切削油,它与金属化合形成硫 用硫可直接配制成硫化切削油, 化铁, 熔点高达1193 1193℃ 硫化膜在高温下不易被破坏, 化铁, 熔点高达1193℃,硫化膜在高温下不易被破坏,切 钢料时在1000℃ 仍保持其润滑性能. 钢料时在 1000℃仍保持其润滑性能. 惟摩擦系数较氯化铁 1000 大.
含氯添加剂的有氯化石蜡, 氯化脂肪酸等, 含氯添加剂的 有氯化石蜡,氯化脂肪酸等 , 它与金属表 有氯化石蜡 面起化学作用,形成氯化亚铁,氯化铁等, 面起化学作用 , 形成氯化亚铁 , 氯化铁等 , 形成像石墨那样 的层状结构,剪切强度和摩擦系数小,但在300 400℃ 300～ 的层状结构 , 剪切强度和摩擦系数小 , 但在 300 ～ 400℃ 时易 被破坏,遇水易分解成氢氧化铁和盐酸,而失去润滑作用, 被破坏 , 遇水易分解成氢氧化铁和盐酸 , 而失去润滑作用 , 对金属易腐蚀,应与防锈添加剂一起使用. 对金属易腐蚀,应与防锈添加剂一起使用.  含磷的添加剂与金属发生化学反应生成磷酸铁膜, 它具 含磷的添加剂 与金属发生化学反应生成磷酸铁膜, 与金属发生化学反应生成磷酸铁膜 有比硫,氯更良好的降低摩擦系数,减小磨损的效果. 有比硫,氯更良好的降低摩擦系数,减小磨损的效果.  为了得到较好的使用效果, 为了得到较好的使用效果 , 根据要求也可在一种切削液 中同时加入上述几种极压添加剂, 中同时加入上述几种极压添加剂 , 以形成更为牢固的化学润 滑膜. 滑膜.
3,表面活性剂

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表面活性剂(即乳化剂) 表面活性剂(即乳化剂)是将矿物油和水乳化形成稳定乳化 液的添加剂. 液的添加剂. 它是一种有机化合物, 它是一种有机化合物,由可溶于水的极性基团和可溶于油 有机化合物 的非极性基团分子组成, 将其搅拌在本不相溶的油,水之中, 的非极性基团分子组成, 将其搅拌在本不相溶的油,水之中, 它们便定向地排列并吸附在油,水两极界面上,前者向水, 它们便定向地排列并吸附在油,水两极界面上,前者向水,后 者向油,降低油水的界面张力, 者向油,降低油水的界面张力,油以微小的颗粒稳定地分散在 水中,形成稳定的水包油乳化液. 水中,形成稳定的水包油乳化液.  表面活性剂还能吸附在金属表面上,形成润滑膜 润滑膜, 表面活性剂还能吸附在金属表面上,形成润滑膜,起油性 添加剂的润滑作用. 添加剂的润滑作用.  常用的表面活性剂有石油磺酸钠,油酸钠皂等, 常用的表面活性剂有石油磺酸钠,油酸钠皂等,它们的乳 化性能好,且具有一定的清洗,润滑,防锈性能. 清洗 化性能好,且具有一定的清洗,润滑,防锈性能.
防锈添加剂 4, 防锈添加剂

防锈添加剂是一种极性很强的化合物, 防锈添加剂是一种极性很强的化合物,与金属表面有很 强的附着力,吸附在金属表面形成保护膜,或与金属表面化 强的附着力,吸附在金属表面形成保护膜, 合成钝化膜,起防锈作用. 合成钝化膜,起防锈作用.  常用的防锈添加剂有:水溶性的,如碳酸钠,三乙醇胺 常用的防锈添加剂有:水溶性的,如碳酸钠, 油溶性的,如石油磺酸钡等. 等; 油溶性的,如石油磺酸钡等.
8.4 切削液的选用

切削液的使用效果除取决于切削液的性能外,还与刀具 切削液的使用效果除取决于切削液的性能外,还与刀具 等因素有关, 材料,加工要求,工件材料,加工方法等因素有关 材料,加工要求,工件材料,加工方法等因素有关,应综合考 合理选用. 虑,合理选用.
依据刀具材料, 1,依据刀具材料,加工要求

高速钢刀具耐热性差, 粗加工时,切削用量大, 高速钢刀具耐热性差 , 粗加工时 , 切削用量大 , 切削热 容易导致刀具磨损, 应选用以冷却为主的切削液, 多 , 容易导致刀具磨损 , 应选用以冷却为主的切削液 , 如 的乳化液或水溶液;精加工时, 3%～5%的乳化液或水溶液;精加工时,主要是获得较好的表面 质量,可选用润滑性好的极压切削油或高浓度极压乳化液. 质量,可选用润滑性好的极压切削油或高浓度极压乳化液. 硬质合金刀具耐热性好,一般不用切削液,如必要, 硬质合金刀具耐热性好,一般不用切削液,如必要,也可 用低浓度乳化液或水溶液,但应连续,充分地浇注, 用低浓度乳化液或水溶液,但应连续,充分地浇注,以免高温 下刀片冷热不均, 产生热应力而导致裂纹,损坏等. 下刀片冷热不均, 产生热应力而导致裂纹,损

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坏等.
2,依据工件材料

工钢等塑性材料时,需用切削液;而加工铸铁等脆性材 加工钢等塑性材料时,需用切削液;而加工铸铁等脆性材 料时,一般则不用,原因是作用不如钢明显,又易污染机床, 料时,一般则不用,原因是作用不如钢明显,又易污染机床, 工作地;对于高强度钢,高温合金等, 工作地 ; 对于高强度钢, 高温合金等 , 加工时均处于极压润 滑摩擦状态,应选用极压切削油或极压乳化液 ; 对于铜 , 铝 滑摩擦状态 , 应选用极压切削油或极压乳化液;对于铜, 及铝合金,为了得到较好的表面质量和精度,可采用10 10% 20% 及铝合金,为了得到较好的表面质量和精度,可采用10%～20% 的乳化液,煤油或煤油与矿物油的混合液; 的乳化液,煤油或煤油与矿物油的混合液;切削铜时不宜用含 硫的切削液,因为硫会腐蚀铜; 硫的切削液,因为硫会腐蚀铜;有的切削液与金属能形成超过 金属本身强度的化合物,这将给切削带来相反的效果. 金属本身强度的化合物, 这将给切削带来相反的效果. 如铝 的强度低, 切铝时就不宜用硫化切削油. 的强度低, 切铝时就不宜用硫化切削油.
3,依据加工工种

钻孔, 攻丝, 铰孔, 拉削等, 排屑方式为半封闭, 钻孔 , 攻丝 , 铰孔 , 拉削等 , 排屑方式为半封闭 , 封闭 状态,导向部,校正部与已加工表面的摩擦也严重, 状态,导向部 , 校正部与已加工表面的摩擦也严重, 对硬度 强度大,韧性大,冷硬严重的难切削材料尤为突出, 高 , 强度大, 韧性大 ,冷硬严重的难切削材料尤为突出 , 宜 用乳化液,极压乳化液和极压切削油; 用乳化液,极压乳化液和极压切削油; 成形刀具, 齿轮刀具等 要求保持形状,尺寸精度等, 成形刀具 , 齿轮刀具等 , 要求保持形状, 尺寸精度等 , 也应采用润滑性好的极压切削油或高浓度极压切削液; 也应采用润滑性好的极压切削油或高浓度极压切削液; 磨削加工温度很高,且细小的磨屑会破坏工件表面质量, 磨削加工温度很高,且细小的磨屑会破坏工件表面质量, 要求切削液具有较好的冷却性能和清洗性能, 要求切削液具有较好的冷却性能和清洗性能, 常用半透明的 水溶液和普通乳化液;磨削不锈钢, 水溶液和普通乳化液 ;磨削不锈钢, 高温合金宜用润滑性能 较好的水溶液和极压乳化液. 较好的水溶液和极压乳化液.
8.5 切削液的使用方法

切削液不仅要选择得合理, 而且要正确地使用, 切削液不仅要选择得合理 , 而且要正确地使用 , 才 能取得更好的效果. 能取得更好的效果.
1, 浇注法

浇注法如图所示, 这是最普通的使用方法 . 虽使用方 浇注法如图所示 , 这是最普通的使用方法. 便 , 但流量小, 压力低, 难以直接渗透到切削刃最高温度 但流量小 , 压力低 , 效果较差. 切削时, 应尽量浇注到切削区. 铣时, 处 , 效果较差 . 切削时 , 应尽量浇注到切削区 . 车 , 铣时 , 切削液流量约为10～ min.车削时, 切削液流量约为10～20 L/min.车削时,从后刀面喷射比 10 在前刀面浇注好,刀具耐用度可提高一倍以上. 在前刀面浇注好,刀具耐用度可提高一倍以上.
浇注法
高压冷却法 2,高压冷却法

适于深孔加工,将工作压力约1 MPa,流量约50 50～ 适于深孔加工,将工作压力约1～10 MPa,流量约50～ min的切削液直接喷射到切削区 的切削液直接喷射到切削区, 150 L / min 的切削液直接喷射到切削区 , 并可将碎断的切 屑驱出. 此法也可用于高速钢车刀切削难加工材料, 屑驱出. 此法也可用于高速钢车刀切削难加工材料,以改 善渗透性,可显著提高刀具耐用度, 但飞溅严重, 善渗透性 , 可显著提高刀具耐用度 , 但飞溅严重 , 需加 护罩. 护罩.
3,喷雾冷却法

喷雾冷却法如图所示. MPa的压缩空气及喷 喷雾冷却法如图所示 . 以 0.3 ～ 0.6 MPa 的压缩空气及喷 雾装置使切削液雾化,从直径1 mm的喷嘴中高速喷射到 的喷嘴中高速喷射 雾装置使切削液雾化,从直径1.5～3 mm的喷嘴中高速喷射到 切削区.高速气流带着雾化成微小液滴的切削液渗透到切削区, 切削区.高速气流带着雾化成微小液滴的切削液渗透到切削区, 在高温下迅速汽化, 吸收大量热量 , 达到较好的冷却效果 . 在高温下迅速汽化 , 吸收大量热量, 达到较好的冷却效果. 这综合了气体的速度高和渗透性好,以及液体的汽化热高, 这综合了气体的速度高和渗透性好,以及液体的汽化热高,可 加入各类添加剂的优点,用于难切削材料加工及超高速切削时, 加入各类添加剂的优点,用于难切削材料加工及超高速切削时, 可显著提高刀具耐用度. 可显著提高刀具耐用度.
喷雾冷却法
小结

1,切削液的作用 2,切削时刀-屑之间的三种摩擦形式 切削时刀- 3,切削液的添加剂 4,切削液的分类,选择与使用 切削液的分类,
思考题

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1,为什么说多数情况下工件和刀具间润滑是边界润滑? 为什么说多数情况下工件和刀具间润滑是边界润滑? 2,P142的思考题. 142的思考题. 的思考题