过对www.zhongruikj.com切削加工的工况要求的了解， 分析了切削液 ） （油 应该具有的功能及要求。基于对工况及绿色要求， 采用 要： 菜籽油为基础油， 猪血清为极性添加剂研制了一种绿色切削液。 经试用表明研制的切削液具有较好的抗磨、 防锈、 清洗、 润滑、 冷 却及抗烟雾性能， 同时具有非常好的生物降解性， 满足了绿色环保要求。 绿色切削液；猪血清；菜籽油；钛合金 关键词：
凯
The Development of Green Cutting Fluid

ZENG Zai-chun, HUANG Fu-chuan, ZHANG Ya-hui, WANG Hai-tao, YI Kai （Chemistry &; Chemical Engineering Institute, Guangxi University, Nanning 53004, China) Abstract: Through the understanding of the cutting's work demand, the function and requirement of the cutting fluid (oil) was analyzed. Based on the work demand and the environmental protection, a green cutting fluid was developed, with rapeseed oil as base oil and pig blood serum as the extreme pressure and anti-wear additive. The application result showed that the developed cutting fluid had good characteristics of anti -wear, anti -rust, cleaning, lubricating, cooling and antismoke, as well as the perfect biodegradation, and it meet the needs of green environment protection. Key words: green cutting fluid; pig blood serum; rapeseed oil; titanium alloys

在金属切削过程中， 为提高切削效率， 提高工件的精度 和降低工件表面粗糙度， 延长刀具使用寿命， 达到最佳的经 刀具与切屑之间的摩擦， 及 济效果， 就必须减少刀具与工件、 时带走切削区内因材料变形而产生的热量。要达到这些目 的， 一方面是通过开发高硬度耐高温的刀具材料和改进刀具 的几何形状； 另一方面采用性能优良的切削液以提高切削效 率， 降低工件表面粗糙度， 延长刀具使用寿命， 取得良好的经 济效益［１］。在金属切削加工中选用合适的金属切削液可以起 到良好的润滑冷却、 清洗和防锈等作用， 从而提高刀具耐用 随着金 度， 保证加工质量和加工精度， 提高生产效率。然而， 属切削液的广泛使用， 人们发现切削液是金属切削加工的主 要污染源，除使用时会对操作人员的身体健康造成危害外， 废液的排放也会对环境造成严重污染切， 削液的安全性和对 环境的影响已成为切削液发展必须考虑的重要问题［２］。切削 液 ／ 油对环境的危害主要是废液对水资源的污染，矿物油是 金属加工液的主要成分之一， 其生物降解性差， 能长期滞留 在水和土壤中。因此， 开发绿色环保型产品已成为一种大趋 势。 减少刀具磨损， 提高刀具耐用度， 从而提高生产效率， 改善工件 ［３］ 表面粗糙度， 保证工件加工精度， 达到最佳经济效果 。 １．１ 冷却作用 冷却作用是依靠切削液的对流换热和汽化把切削热从 固体 （刀具、 工件和切屑 带走， ） 降低切削区的www.zhongruikj.com温度， 减少工件 变形， 保持刀具硬度和尺寸。切削液的冷却作用取决于它的 热参数值， 特别是比热容和热导率。水具有较高的比热容和 大的热导率， 所以水基切削液的冷却性能比油基切削液好。 １．２ 润滑作用 刀具 － 工件表面之间产生 在切削过程中， 刀具 － 切屑、 磨擦， 切削液就是减轻这种磨擦的润滑剂。好的切削油 ） （液 均能够刀具与工件之间形成一层润滑膜， 从而有效的延缓刀 具磨损， 同时提高所加工零件的表面粗糙度及加工精度。 １．３ 防锈作用 在切削过程中， 工件如果与水和切削液分解或氧化变质 所产生的腐蚀介质接触， 如与硫、 氯离子、 硫化氢、 空 酸、 碱、 气中的氧、 二氧化硫、 氮、 二氧化碳等接触就会受到腐蚀， 机 床与切削液接触的部位也会因此而产生腐蚀。好的切削油 （液）均能够在刀具与工件之问形成一层良好的吸附膜。从而 有效的隔离空气中的水分和氧气。 减少甚至阻止工件和刀具 受到的锈蚀。 １．４ 清洗作用 在金属切削过程中， 切屑、 铁粉、 磨屑、 油污、 砂粒等常常
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绿色切削液的功能和要求
使用金属切削液的目的在于为了降低切削力及刀具与工 件之间的磨擦，及时带走切削区产生的热量以降低切削温度，
作者简介： 曾在春（１９８３－ ）， 在读硕士研究生， 男， 研究方向： 化工机械的摩擦及润滑材料。E-mail:ddc8325@yahou.com.cn.
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黏附在工件、 刀具或砂轮表面及缝隙中， 同时沾污机床和工 件， 不易清洗， 使刀具或砂轮切削刃口变钝， 影响切削效果。 所以要求切削液有良好的清洗作用。 １．５ 环保要求 随着人们对环境保护意识的加强， 切削液所带来的环境 切削液不仅要满足工况的要 问题也受到越来越多的人关注。 求， 还要满足对环境的要求如： 生物降解及生物毒性等要求。
２ 绿色切削液的研制

绿色切削液基础油的选择 基础油是润滑剂的主要成分， 对润滑剂的性能有很大影 响，润滑剂的生物降解性能也决定于基础油的生物降解性 切削液的基础油有矿物油、 合成油（合成酯和合成烃）和植 能。 物油。由于矿物油基的润滑剂生物降解能力差， 长期滞留在 水和土壤中， 对环境造成不良影响， 不宜作为绿色切削液的 基础油。合成油中的合成烃的生物降解性与矿物油差不多， 植物油与合成酯则具有很好的生物降解能力［４］。下表 １ 是基 础油的生物降解性对比。 表 １ 基础油的生物降解性 基础油 聚酯 二元酸双酯 多元醇酯 苯二甲酸二酯 聚烯烃 聚异丁烯 聚丙二醇 烷基苯 矿物油 植物油 生物降解率 ８０～１００ ６０～１００ ６０～１００ ６０～１００ ≤２０ ≤３０ ≤１０ ≤１０ ２０～６０ ７０～１００ ２．１
植物油来自取之不尽、 用之不竭的太阳能， 且生物降解 性好， 无毒性， 我国又是植物油生产大国， 其产量位居世界第 三位， 菜籽油和棉籽油的产量位居世界第一。故植物油是一 种清洁而丰富的原料， 植物油及其衍生物作为润滑剂可以取 植物油的主要成分是脂肪酸， 它的主要优点是： 挥 代矿物油。 粘温特性好、 润滑性良好、 工艺处理能耗低、 环境扩 发度低、 散少、 价廉、 资源可再生、 无毒、 生物降解能力极好等。 但植物 植物油的 油的氧化稳定性差， 水解稳定性差， 低温流动性差。 性能可以通过改进种植技术和添加适当的添加剂加以改进。 如方建华等的 《血清在菜籽油和水中的摩擦学性能研究》 所 ［５］ 研究菜籽油和血清混合有较高的减压抗磨性能 。 可用作绿色切削液的合成酯类有多元醇酯和双酯及其 复合酯， 通常由醇和脂肪酸直接酯化而成。合成酯的优点包 括： 氧化稳定性好， 低温流动性好， 良好的粘温性能、 良好的 抗磨损极压性及摩擦特性；缺点在于与密封材料相容性差、 水解稳定性差、 具有一定腐蚀性且价格昂贵。
为此， 我们选用生物降解性好、 来源广泛的菜籽油。 ２．２ 绿色切削油添加剂的选择 绿色切削液要求添加剂无毒， 或至少不妨碍基础油的生 物降解性。选择绿色润滑剂添加剂的原则： （１） 无致癌、 致残和诱变因素； （２） 水污染水平 ＷＧＫ 最大是 １（德国化学法）； （３） 不含氯和亚硝酸盐； （４） 不含金属（除最大可含 ０．１ ％ 钙外）； （５） 生物降解率 ＣＬＣ—Ｌ－ ３３－ ９２Ａ 法大于 ８０ ％ ； （６） 低毒性［６］。 ２．２．１ 极压抗磨剂的选择 在切削加工时，被加工的金属会发生塑性和弹性变形， 刀具与工件以及切屑之间产生较大的摩擦和切削热， 并造成 局部熔焊现象， 严重的影响了刀具寿命和切削效率。为解决 上述问题， 必须通过润滑和冷却来实现， 而采用一般润滑油 是不能满足要求的， 必须加入氯、 硫化物等极压剂及其它 磷、 极压剂在冲击性负荷或高温高负荷条件下 的功能剂来完成。 吸附在金属表面， 并与刀具或工件表面的金属通过摩擦化学 反应生成化学反应膜， 把两金属表面隔开， 这种润滑膜的熔 点高， 可以在很苛刻的条件下起到边界润滑作用， 有效抑制 积屑瘤的形成， 防止金属磨损和烧结， 延长刀具的使用寿命 和改善加工部件的表面光洁度［７］。 随着人们卫生及环保意识的增强， 氯化石蜡已被列为致 磷等的极压抗磨剂也因具有一定的毒 癌物质而禁用， 含硫、 性和对环境的不利影响用量越来越低。 所以研究绿色极www.zhongruikj.com压抗 磨剂成为主流。 极压抗磨剂是切削油的重要添加剂。由王恒［８］等 “绿色润 滑油抗磨极压添加剂研究” 中对猪血清作为一种极压抗磨剂 的研究表明： 血清中的蛋白质含有传统添加剂中的抗磨活性 氧、 硫、 有的元素在液体润滑时在磨擦 元素碳、 氮、 磷等元素， 表面形成物理吸附， 在边界润滑时在磨擦表面形成一层化学 反应膜， 起到双层保护作用。实验表明和传统的矿物添加剂 相比， 猪血清在菜籽油中具有很好的抗磨性能， 其润滑性能 是与血清中的蛋白质的组成元素有关， 即碳、 氮、 磷等 氧、 硫、 元素在润滑过程中形成了具抗磨性能的油脂反应膜。所以， 我们选用猪血清作为极压抗磨剂。 ２．２．２ 抗烟雾剂的选择 对高速切削液， 低油雾也就是常说的低烟雾是一个重要 指标。 抗烟雾剂在高温下产生气障， 油雾进入后迅速被冷却， 从而达到降烟雾的效果。 通常所用的抗烟雾剂为高分子聚合 物， 包括烯烃共聚物、 聚烷基丙烯酸酯、 聚异丁烯、 氢化苯乙 烯共聚物等。经过多次实验和工厂应用及性能对比， 最后确 定用聚异丁烯类作为抗烟雾剂。 ２．２．３ 抗泡剂的选择 水基切削液中由于有含量不低的表面活性剂的存在，因而在 金属加工过程中很容易产生大量泡沫， 为防止加工过程中起泡， 需 加入少量抗泡剂。乳化硅油在水基切削液中的抗泡效果最佳。 ２．２．４ 防腐剂的选择 在切削过程中， 常用的防锈剂为烯基丁二酸、 二壬基苯 磺酸钡、 苯并三氮唑以及酸酯类。 ２．３ 绿色切削液的各理化性能指标 采用菜籽油为基础油， 猪血清为极压抗磨剂并添加抗泡
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油的理化性能指标。
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剂、 防锈剂、 抗烟雾剂等添加剂研制绿色切削液。 ２ www.zhongruikj.com为研制 表 表２ 项 目
研制绿色切削液技术指标 技术指标 １９．８～２４．１ ≮１６０ ≯－ ５ ≮１０．０ ≯３．０ ≯２．０ ≯１ 试验方法 ＧＢ／Ｔ２６５ ＧＢ／Ｔ３５３６ ＧＢ／Ｔ３５３５ ＧＢ／Ｔ８０２１ ＳＨ／ＴＴ０１６１ ＧＢ／Ｔ３８７ ＧＢ／Ｔ５０９６ ＧＢ／Ｔ１２５７９ ≯６５／０ ≯６５／０ ≯６５／０ 无锈 ≮８３３ ≮４９００ 低臭味 通过 ８０ ％～９０ ％

２００６， （８）：１８７－ １８８． ［２］ 吕兆岐，谢泉．润滑油品研究与应用指南［Ｍ］．中国石化出版社． ［３］ 王毓民，王恒． 润滑材料与润滑技术［Ｍ］． 北京： 化学工业出版社， ２００５． ［４］ 侯滨，陈波水，方建华．关于绿色切削液研究开发的几点思考［Ｊ］． 润滑与密封， ２００２，（４）：３７－ ３９． ［５］ 方建华，陈波水，董凌，等．血清在菜籽油和水中的摩擦学性能研 ２００５，（４）：３１－ ３２． 究［Ｊ］．润滑与密封， ［６］ 万金培．绿色润滑剂的研究及进展［Ｊ］．环境技术， ２００３，（３）：２６－ ３０． ［７］ 于翔，刘小隽．Ｌ— Ｍ ＨＥＣ２２ 号切削油的研制［Ｊ］．山东化工， ２００６， （６）：９－ １１． ［８］ 王恒，杨巧丽，冷丽佳，等． 绿色润滑油抗磨极压添加剂研究［Ｊ］．润 滑与密封， ２００７，（１１）：４３－ １４５．
运动粘度（４０ ℃）／（ｍｍ２．ｓ－ １） 闪点 （开口 ／℃ ） 倾点 ／℃ 皂化值 （ｍｇＫＯＨ ｇ－ １） ／ · 氯含量／％ 硫含量／％ 铜片腐蚀 （１００，３ ｈ）级 泡沫性 （起泡倾向／泡沫稳定性 ） ２４ ℃／ｍＬ ９３．５ ℃／ｍＬ 后 ２４ ℃／ｍＬ 防锈性 ＰＢ／Ｎ ＰＤ／Ｎ 嗅味 毒性 生物降解率
ＧＢ／Ｔ１１１４３ ＧＢ／Ｔ３１４２ ＧＢ／Ｔ３１４２ 嗅觉 急性皮肤刺激实验 ＣＬＣ－ Ｌ－ ３３－ ９２Ａ
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结 论
（１） 以菜籽油为基础油，猪血清为极压添加剂，以及其他添 加剂研制的切削液是可行的，可以满足切削加工的使用要 求，而且大大的提高了整个研制油的生物降解率达到 ８０ ％ 以上， 成为真正的绿色产品。 （２） 研制切削液经过某机械加工厂的试车试验表明， 该切 削液适用于各种机加工的工况要求，润滑与冷却性能优越， 能大大降低切削力和带走切削热， 因此能提高工作效率和降 低刀具及砂轮的消耗。 （３ ）研制的该切削液与矿物油相当，但成本不到矿物油 的一半。因此具有较高的性价比， 有较大的市场潜力。 参考文献

［１］ 戴恩期． 现代金属切削液的特点和发展趋势 ［Ｊ］． 润滑与密封．www.zhongruikj.com