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化学合成型切削液的发展与 摘要： 本文回顾了化学合成型切削液的发展历史，介绍了我公司www.zhongruikj.com（衡水中瑞化工科技有限公司）在这个领域的一些新的研究成果，对化学合成型切削液的发展
前景进行了展望． 关键词：化学合成；切削液；磨屑沉降；钴析出；回顾；发展。
一、化学合成型切削液的历史回顾 众所周知，切削磨Ｎ加：ｒ－时，必须使用润滑冷却（油）液，用以减小摩擦，降低切削摩削区的温度，减 少刀具和砂轮磨损，提高加工效率和工件表面质量。旱在２０世纪初Ｆ．ｗ．Ｔａｙｌｏｒ“’就提出：往切削区大量浇水 可以使切削速度在原有基础上提高３０－４０％。由于水的比热是油的２．５倍，粘度小、散热快、对环境影响小。 因此，很早人们就懂得用水作为切削磨削的基础冷却材料，通过加入添 剂而组成各类润滑冷却液。随着机 械加工不断进步和石油化学．ｒ－，＿ｌｋ的飞速发展，润滑冷却液的种类和用法也在不断完善和提高。 化学合成型切削液不含矿物油类物质，通过在水中添加各类功能性添加剂而成。因此基本上不存在相态 稳定性问题，而且清洗性、抗腐败变质性、冷却性等均可以做得比其它品种更为优良，随着表面活性剂技术、 胶体化学、界面化学等技术的发展，新的理论和新的功能性添加剂不断出现，全合成型冷却液的润滑性和防 锈性等得以极大提高，使之成为现代化加工车间所希望使用的单一的理想冷却液。 早期比较通用的化学合成型切削液主要有苏联４２０磨削液和我国最普遍使用的苏打水。主要组成是亚硝 酸钠、碳酸钠、苯甲酸钠等。亚硝酸钠以廉价、防锈性好占居了相当长时间的市场，这种全合成型冷却液以 冷却防锈为主，润滑性不好，因此主要用于磨削加工。切削加工以乳化液为主，由于乳化液含有较大份额的 油和乳化刺，成为厌氧菌最好的养料，因此容易变质发臭，使用周期短，排污量很大。 七十年代初，人们对亚硝酸钠有．了新的认识：其对人体的危害，特别是在有胺类物质存在时更甚，在酸 性环境中容易生成致癌物一亚硝胺。尤其废液排放后，在土壤中生成的致癌物影响更大更为深远。从那时开

始，人们就致力于不舍亚硝酸钠防锈剂的全合成冷却液的研究与应用。
二，近期的化学合成型切削液的研究与应用 我院近几年研制成功了一批化学合成型环保切削液，如ＨＭ－１１、ＨＭ－１２．ＨＭ－１２Ａ、ＨＭ－２２Ｃ、ＨＭ－５６Ａ等。 这些产品不舍亚硝酸钠、活性硫、氯化石蜡、苯甲酸钠及酚类添加剂等环境污染物，具有优良的防锈、润滑、 冷却、低泡和清洗性能，对切屑和磨屑有不同程度的沉降分离作用。主要性能和主要用途见表一：
＼型号
项目＼

浓缩液外观 ５％稀释液外观 ＰＨ值 ５％稀释液防锈试 验（３５±２℃，ＲＨ

至９５％，２４ｈ。）
＼
删一１１

透明液体 无色透明

８．０－８．５
ＨＭ—１２
ＨＭ一１２Ａ
ＨＭ一２２Ｃ
ＨＭ一５６Ａ
透明液体 无色透明

８．５—９．Ｏ
透明液体 无色透明

８．５－９．０
透明液体 无色透明

８．０－９．０
透明液体 无色透明

８．０－９．０
铸铁单片Ａ 级
铸铁单片Ａ级
铸铁单片Ａ级
铸铁单片Ａ级
铸铁单片Ａ级
５％稀释液Ｐｏ

（Ｎ）
≥１３００
≥１３００
≥１３００
≥１３００
≥１３００
５％稀释液腐蚀试 验（５５±２℃，３ｈ） ５％稀释液消泡性 （Ｓ） 毒性试验 适用材料
铸铁黄铜合 格

≤２０
铸铁黄铜合格
铸铁黄铜合格

≤２０
铸铁黄铜合格
铸铁黄铜合格
≤２０
≤２０
≤２０
无毒 铝合金
无毒 铸铁
无毒 铸铁
无毒 球墨铸铁
无毒 硬质合金
２５０
其中ＨＭ一２２Ｃ磨削液具有极好的沉降铁屑作用，特别在磨削球墨铸铁时，有迅速凝聚并沉降铁屑和磨粒 的作用，能在较短时间内澄清磨削液，这对球墨铸铁加工尤为重要。通常在磨削球墨铸铁时产生的黑色微细 颗粒混杂的混浊切削液一般是无法澄清的，采用涡旋分离、磁性吸附、即使再加上纸质过滤都无法将切削液 中的磨屑和石墨粉清除干净，甚至会堵塞滤纸的微孔。这是球墨铸铁和铸铁精磨加工中长期存在的难点。 Ｋ．ｃ．Ｔｒｉｐａｔｈｉ的研究证明“’：随着铁屑在切削液中含量的增加，磨削性能有明显的下降。不含铁屑的磨削 液与分别加入２０ＰＰｍ、４０ＰＰｍＣ＆屑后所做的磨削试验可以看到：随着铁屑量的增加，磨削比下降，表面粗糙度 增大，这对磨削加工是极为不利的。所以要采用多级分离过滤系统来克服这个问题。精密过滤确实可以提高 磨削比。但设备庞大，加之精密过滤还需长期投入操作费用。即便如此，仍不能解决球墨铸铁加工时生成的 微细磨屑及石墨粉的清除问题，只能不定期更换新的磨削液，大量的废液排放处理和日益增加的磨削液费用， 也是造成机械加工利润低下的原因之一． 我们研制的ＨＭ一２２Ｃ磨削液，具备较快凝聚沉降磨屑性能，磨床不必配置分级过滤系统，加工球墨铸铁时， 也能快速凝聚沉降石墨粉、铁屑等，使磨削液较快通过精密过滤网，节约澄清磨削液的开支，延长磨削液的 使用周期１－２倍。更主要的是大大减少了磨削液的废液处理和排放，有利于环境保护．这是一举多得深受磨 床制造商和机械加工厂欢迎的新型环保切削液。 蹦系列产品的另一重要特点：在具备优良润滑清洗性的前提下，还具有极好的抑泡消泡性能，可以在大 流量、大供液压力的苛刻工作条件下运作。 日本学者”’曾在六十年代初对普通磨削条件下供液量对磨削效果影响作过研究：证明供液量对金属磨削 量、砂轮损耗及磨削比的影响是非常显著的， 同时随着供液量的增加，会引起磨削液的雾化与起泡而产生不利的副作用。 我们曾在七十年代中机械部科技功关项目“８０米／秒高速磨削工艺试验研究”时也作过供液量与供液压 力对加工效果的影响。用当时新研制的ＧＭＹ磨削液在８０米／秒高速磨削机床上采用６０升／分和大于９０升／分， 另加１５公斤／平方厘米小孔冲洗的定进给磨削试验。对比结果是十分显著的：金属总磨除量由２０９３（ｆｉｌｍ３／ｍｍ） 提高到２９８２（ｉｎｔ０５／岫），增加了４２％，磨削比由７０．９提高到１１４，增加了６０．８％，这数据十分喜人。但由于实 际应用时限于多方面的原因，至今高速磨床多数为６０米／秒。 进口高速磨床和高速强力磨床，有一部分已经应用了我国“七五”、“八五”攻关时研制的。中高档工艺 用油（液）＂系列产品。还有相当一部分在应用进口的环保产品，如：９９３０ｃ、Ｃ２７０等，现在Ｉ｛Ｍ系列环保全 合成切削液的研制成功，以独特的价格地域优势，正在逐步走进高档的高速高效磨削加工领域，为降低加工 成本，提高加工效率和加工质量发挥应有作用。 此外，另一新产品ＨＭ一５６Ａ合成切削液，因为具有优良的抑制钴析出性能，特别适用于高含钴硬质合金材 料的切削、磨削加工，很好的解决了这类合金材料加工时钴析出的难题。在金属碳化物中，通常用钴作为金 属与碳的粘合剂，在材料中起骨架作用，以烧结或压制的方法制成具有优异的耐热性、抗腐蚀性，耐磨损性 的材料。但目前多数冷却液产品，对这类材料中的钴存在“过敏”反应，在加工过程中导致钴析出，造成严 重的人身安全和环境保护问题。而且钴的析出使材料性质发生变化，寿命缩短。在２０世纪４０年代启动的对 于钴对健康的医学观测发现，钴的吸入使肺部产生伤痕，引起咳嗽和哮喘，生成一种称为支气管纤维变性的 病症。除此之外，还对心脏、皮肤．甲状腺和血细胞有影响。在金属碳化物机械加工领域内，支气管纤维变 性被公认为是一种职业病。含钴废液的排放会对环境造成严重污染，影响生态平衡。１９７９年德国标准规定ＭＡＫ 工作现场，总钴尘埃浓度不得大于０．３ｍｇ／Ｌ，后被ＴＲＫ＿Ｔ－－业指标浓度值０．１ｍｇ／Ｌ取代“’。国外的通用做法为：１． 在磨削金属碳化物如“钨钴合金”、“钛钴合金”时必须无条件地使用特殊水溶性切削液，以预防钴的析出： ２．操作工人每３个月体检一次，以预防职业病的发生；３．将切削液精细过滤以减少磨削金属碎渣以其大表面 积与切削液接触的时间。在我国，环境保护和人身安全问题越来越得到重视，加工材料和加工形式以及加工 速度日趋复杂多样，加工质量要求越来越高。这些，使得研究开发具有个性化特点的针对性强的切削液显得 越来越重要。 三、化学合成型切削液未来发展的展望 化学合成型切削液中不舍矿物油类物质，具有使用寿命长，冷却性、清洗性、稳定性好等诸多优点。 以往的合成切削液，由于油溶性润滑添加剂难于加入，导致润滑性能较差，加工效果不佳。随着合成添加荆 技术、新型表面活性剂技术、切削液配方技术的不断发展，这些问题逐步得到解决，各项性能指标得到相应
２５ １
提高。而且全合成切削液环保指标比较容易达到要求，不存在油水分离问题，化学耗氧量较小。通过原材料 选材和配方的控制，还可以降低生物耗氧量，做到对人体和环境无毒或基本无毒，减少污染，而且全合成型 切削液透明度高，便于观察加工效果。这些因素使得全合成切削液在金属加工中逐渐占据主导地位，从发展

前景看，大有取代乳化液的趋势。
据资料介绍，美国工业每年需要７．１８－８．５７亿升切削液，全合成性切削液占了７０％：日本有１／４的工厂 选用全合成型切削液。发达国家对于全合成型切削液的研究和应用已日渐深入和普及，涌现出了许多能够满 足各种苛刻加工要求的新型合成切削液。 我国许多从事金属加工液开发的科研工作者也意识到了研究高性能全合成型切削液的重要，｝生和迫切性， 已有不少新的研究成果出现。但是，国内从事基础研究的力量相对薄弱，起关键作用的功能，胜添加剂大多依 赖进口，制约了我国高性能全合成型切削液的进一步发展。因此，大力开展高性能添加刺的研究也是当前的

重点工作任务之一。
参考文献：

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化学合成型切削液的发展与回顾

作者： 作者单位： 薛中， 夏淦珍 广州机械科学研究院 广东 广州 510700
相似文献(6条) 1.会议论文 高航.李虹武.宁振武 润滑添加剂对化学合成精磨液润滑性的影响 1990

解决高水基化学合成磨削液的润滑性能是它得以发展的关键之一。该文通过对含有不同润滑添加剂合成的润滑性能模拟试验，发现表面活性剂和极 压添加剂对磨削液润滑性具有不同的作用机制。通过同时选用适当的表面活性剂和极压添加剂能充分减少摩擦。进一步的摩削实践表明，同时含有表面活性剂ＣＮＡ和极压添压剂ＥＰ－ＳＳ的化学合成精磨液ＳＭ２具有良好的润滑性能，是精密磨削中代替现有乳化液的理想产品之一。（本刊录）
2.期刊论文 胡献国.Hu Xianguo HW-5型高水基金属加工合成切削液的研制 -现代化工1999,19(6)

报道了HW-5型高水基金属加工化学合成切削液的成分选择与优化方法,指出该透明切削液是一种非油性高效润滑冷却液.它是由防锈剂、抗磨剂、防 腐剂和多种表面活性剂复配而成,具有优良的冷却润滑和清洗防锈能力,能延长刀具和砂轮的使用寿命,提高工件表面光洁度和工作效率,可代替传统的皂 化油和乳化液.其各项性能符合国家标准GB 6144-85所规定的合成切削液的标准,适用于各类机械加工,特别是磨床的磨削加工.
3.会议论文 孟宪堂.姜智敏 摩擦学与切削加工表面质量的提高 1988

该文运用摩擦学理论阐明了金属切削加工过程中所发生的摩擦、磨损行为，它是影响加工表面质量的根本原因之一，进而分析了切削加工时刀具前 面、后面与切屑、已加工表面间接触、摩擦、相对运动的特性，是阻碍切削液难以进入切削接触区实现冷却、润滑作用的主要机制；在此基础上提出 ：增强切削液顺利进入切削接触区的有效能力是实现高速、重切削精密加工充分有效冷却润滑的关键，只有这样才能保证表面加工质量的优良。为了紧 密联系实际，文中详细阐述了目前国内外切削液的种类、应用状况及发展方向、水基化学合成切削液的配制要点。（本刊录）
4.会议论文 杨文庆.张永赣 化学合成型切削液性能评价研究 1992 5.期刊论文 产品之窗 -工具技术2001,35(1)

带螺旋刃刀片的90° ChaseMill万能铣刀 　　由TaeguTec公司生产的带螺旋刃刀片的90°ChaseMill万能铣刀具有优化的螺旋角，可保证平稳、高效和精密切削。 　　特点： 　　TE90AE90°立铣刀和面铣刀使用ADKT0903 PER-ML、ADKT0903 PER-EML和ADKT0903 PER-AL刀片，可在机床刚性较差、切深小于8mm的情况下实现高效 加工； 　　提供多种刀片：有常规型、刀尖R型等，还可提供铝材加工专用刀片，以满足不同的加工需要。 　　铣刀通用性好，可用于铣平面、沟槽、台阶、外廓以及螺旋插补镗孔 。 PETROFER 水溶性金属切削液 　　半合成型冷却液ISOPAL：系不含亚硝酸盐的通用乳液，能够显著降低加工件表面的粗糙度，并能对零件提供良好的防锈保护。具有抗菌能力强、易 于维护和使用寿命长等特点，适用于黑色金属及有色金属的加工，还可用于难加工铝合金的切削。 　　乳化切削液EMUCUT：系不含亚硝酸盐的通用乳化切削液，具有极佳的乳化稳定性和良好的防锈作用，一些加入极压添加剂的牌号更可用于难加工金 属的切削。此外，通用乳化液也可作为高水基传动介质用于液压系统中。 　　合成磨削液ISOGRIND：系化学合成水溶性切削液，其中不含亚硝酸盐，溶液清澈透明，清洗性好，无泡沫，有良好的防锈和抗细菌生长能力以及与 硬水的相容性。不但可用于一般的磨削加工，还可用于磨削橡胶、合成纤维及陶瓷等类材质的工件。 洁安(JA)水基清洗剂 　　JA水基型工业清洗剂主要由碱、表面活性剂、渗透剂、微量溶剂、缓蚀剂等成份精心配制而成。根据不同的清洗工艺要求，按照清洗设备、清洗污 垢、清洗材质、清洗用途等标准划分，复配了针对常见工艺环境的不同型号工业清洗剂，也可根据用户需求提供满意的清洗方案和清洗化学品。 　　组分设计：在设计过程中兼顾了工艺(清洁度、设备条件等)要求与环保可处理性，对设备要求低，对工艺参数不苛求，环保处理方式简单，尤其适 合生物降解的处理。 　　性能对比：采用表面活性剂与渗透剂的协同作用，可广泛清洗矿物油脂与动植物油脂以及高分子含量更高的有机合成物质。一般清洗温度不超过 70℃，相对能耗大为减少。 UWIC型工具磨床 　　萨克(SAACKE)公司将最先进的CNC技术与传统磨床的优点相结合，开发了UWIC型万能工具磨床。UWIC型万能工具磨床可采用最少的安装次数达到最大 程度的自动化：主轴为无线变速，仅用一个工作头和一个CNC控制器即可实现下列加工：磨削圆柱和圆锥型螺旋刀具；磨削轴向和径向铲磨刀具；磨钻尖 ；外圆磨削；平面磨削。该磨床也可手动控制进行指形磨削和径向磨削。
UWIC型万能工具磨床可磨削的典型刀具有：各种钻头、锪钻、阶梯麻花钻；丝锥；铰刀；普通立铣刀、带孔端面铣刀、带刀尖圆角半径的锥度立铣刀、 锥度球头立铣刀、三面刃铣刀以及单角和双角铣刀等。 　　主要技术指标： 　　最大工件直径：Φ240mm 　　磨头行程(手动、机动)：200mm 　　工作头快速行程：横向：150mm 径向：150mm 　　磨头横向行程：80mm 　　磨头快速横向位移：850mm 　　磨头垂直位移：320mm 　　磨头主轴：Φ60mm 　　主轴速度：2000～10000rpm 　　交流磨头电机：1.1KW 　　最大砂轮直径：Φ175mm 　　砂轮孔直径：Φ20mm 　　液压刀夹头允许的最大刀具直径：Φ32mm 　　主轴夹紧孔：Φ27mm 　　自动分度：1～999 　　自动螺旋运动：导程0～50m 可往复精加工立面的三菱PMF立铣刀 　　三菱公司新开发的可往复精加工立面的PMF立铣刀适宜加工深高的模具导向立面、深型腔侧面以及各类大零件的平面加工。该立铣刀整体结构刚性好 、不挠曲，同时外圆刃部带有R很大的修光刃(见下图)，加工后勿需刮研即可满足高精度要求；刀片结构由大R修光刃、推刃(向下加工)、拉刃(向上加工 )三部分构成，可保证实现往复加工；刀片采用CBN与AP涂层，可满足高速加工；外圆修光刃宽，刀齿多，可实现大进给量加工。
DSG45／HSG型“超轻快”大前角平面铣刀 　　为了满足高速切削的要求，黛杰公司开发了DSG45／HSG型“超轻快”大前角铣刀。该铣刀具有切削阻力小、抗振性能好、刀盘刚性好、刀片制造和 安装精度高、使用寿命长等优点，适用于加工钢、不锈钢、模具钢、铸铁及铝合金等，亦可用于切削工程塑料、有机玻璃以及钛合金、耐热合金等难加 工材料。 　　特点： 　　刀体整体淬火至44HRC后再进行加工，保证刀具精度不受热处理变形的影响； 　　实际前角达21°，为通用盘铣刀之最，极大限度地降低了切削阻力和切削热，使切削过程中振动发生的可能性降至最低限度； 　　刀片直接安装在刀体上的构造使其获得足够的容屑空间和极强的排屑能力，同时刀片更换和调整方便； 　　采用各向无干涉微调机构，可保证刀片各刃口各向跳动0.005mm；加工表面光洁度可达镜面，刀片使用寿命均匀稳定。 GRAFLX模块式加工中心刀具 　　GRAFLEX模块式加工中心刀具系列是法国EPB公司以独特的设计配合精湛的工艺生产的加工中心专用工具。产品采用FMS柔性化生产，按DIN2080之最 高精度AT3标准制造。 特点： 　　自锁式模块结构设计：承受负载时模块结构的刚性和强度倍增； 　　高精度：模块联接的同轴度≤0.002mm； 　　高刚性：精镗时的悬径比可达7∶5∶1，大悬伸时仍可进行强力铣削； 　　前端置换式模块结构：刀具更换更方便，充分体现模块化刀具的特点； 　　镗孔范围广泛：精、粗镗刀的镗孔范围从Φ2mm～Φ655mm，更可扩展至Φ1500mm； 　　刀杆平衡处理：在高速旋转加工时保持刀具系统的平衡性，以保证工件的加工精度表面粗糙度。 HELITRONIC MINI POWER—— 用于小型刀具的生产型磨床 　　Helitronic Mini Power小型生产型磨床基于先进的控制技术和Windows NT操作系统之上，复杂刀具一次装夹即可完成全部磨削，即使是加工单件刀 具也非常方便。Helitronic Mini Power小型生产型磨床占地面积小，结构简洁，轴行程极短，减少了待机时间，强大的动力确保了生产小型刀具或复杂 工件时的高效率。 主要技术参数： 　　主轴功率：9KW 　　转速：0～9500转／分 　　冷却压力：6bar 　　磨轴配有复式轴承 　　直线轴配备光栅尺 　　最大刀具直径：100mm 　　最大刀具长度：开槽磨削270mm 端面磨削200mm CU系列激光粗糙度测量仪 　　该仪器采用最新测量原理——激光散斑理论，即反射光斑核／带之比与工件表面粗糙度密切相关，其相关曲线是经过理论计算分析及大量的实验对 比而取得，与其它测量方法相比具有明显的优点。CU0008、CU0013型适用于测量中小型单列深沟球轴承内外套圈沟道表面粗糙度，CU9505型用于测量钢 球表面粗糙度。 　　特点： 　　.非接触式测量，特别适合对超精加工后工件表面粗糙度的测量。 　　.激光的相干性好，测量系统结构简单，视觉良好，避免了一般光源干涉测量仪视场过小带来的诸多不便。 　　.仪器结构设计合理，数学模型建立完善，大大减少了因光源变化、工件表面反射系数不同以及外部干扰可能带来的误差，示值稳定可靠，测量精度 高。 　　.电路设计先进，自动采集数据、自动分析计算、数字直接显示Ra、Ry及钢球等级值，测量效率高，人为误差小。 　　.仪器调整简单，操作方便，对工作环境要求不高，特别适合用于车间工序间或检查站作为企业内部工序间质量控制的重要手段。 　　主要技术指标： 　　被测套圈尺寸范围： 　　外圈外径：Φ40～130mm 　　外圈沟曲率半径：R3～9mm 　　外圈宽度：12～25mm 　　内圈外径：Φ23～75mm 　　内圈沟曲率半径：R3～9mm 　　内圈宽度：12～25mm 　　粗糙度测量范围：0.020～0.32μm 　　示值误差：＜15% 　　示值重复性：＞95% 　　效率：约120件／小时
6.学位论文 贾爱娟 高分子絮凝剂的制备及水基切削液废液处理 2005

本文制备了无机高分子絮凝剂聚硅酸铝铁和有机高分子絮凝剂淀粉—丙烯酰胺接枝共聚物，并将其应用到水基切削液废液处理当中。切削液废液的 处理过程包括凝聚脱稳及吸附絮凝，其中破乳是决定絮凝效果的关键性步骤，因此选用高效的破乳剂至关重要。聚硅酸铝铁是一种既具有较强的电中和 能力，又具有优异的絮凝性能的无机絮凝剂，通过实验确定了其最佳的制备工艺。试验制备了淀粉—丙烯酰胺接枝共聚物，讨论了制备条件对其接枝率 和单体转化率的影响，确定了最佳的制备工艺，并将其与聚硅酸铝铁复合应用到水基切削液废液的处理当中。通过实验确定了药剂的最佳投药量、最佳 pH值条件等操作参数，并对其工艺流程作了探讨。 　　实验结果表明，选用聚硅酸铝铁和有机高分子絮凝剂复合处理化学合成液废液时，当CODcr为23560mg/L，经絮凝处理后，CODcr为1865.3mg/L，去除 率达到92.08％，出水可以回用。复合应用处理乳化液废液时，当CODcr为21892mg/L，经絮凝处理后，CODcr为1284.5mg/L，去除率达到94.13％。经活性 炭吸附后CODcr为134.6mg/L，达到国家二级排放标准。