切削液基础知识概述 切削液是一种用在金属切、削、磨加工过程中,用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体切削液是金属切削加工的重要配套材料。18世纪中后期以来,切削液在各种金属加工领域中得到了广泛的应用。20世纪初,人们从原油中提炼出大量润滑油,发明了各种润滑油添加剂,真正拉开了现代切削液技术的历史序幕。 一、切削液的组成及性能特点 切削液的品种繁多,作用各异,分为油基切削液和水基切削液两大类。油基切削液也叫切削油,它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。水基切削液分为3大类乳化切削液、微乳化切削液和合成切削液。 二、切削液的作用 使用切削液的主要目的是为减少切削能耗,及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度、减少刀具与工件间的摩擦和磨损、提高刀具使用寿命,保证工件加工精度和表面质量,提高加工效率,达到最佳经济效果。切削液在加工过程中的这些效果主要来源于其润滑作用、冷却作用、清洗作用和防锈作用。此外,因为切削液是油脂化学制品,直接与操作人员、工件和机床相接触,对其安全性和腐蚀性也必须有一定的要求。 三、切削液的发展趋势 众所周知,切削液具有润滑、冷却、清洗及防锈等作用,对提高切削加工质量和效率、减少刀具磨损等均有显著效果。近十多年来,我国的切削液技术发展很快,切削液新品种不断出现,性能也不断改进和完善,特别是20世纪70年代末生产的水基合成切削液和近几年发展起来的半合成切削液(微乳化切削液)在生产中的推广和应用,为机械加工向节能、减少环境污染、降低工业生产成本方向发展开辟了新路径。 四、切削液的选用 切削液都是按照油基切削液和水基切削液来选用的。总体上看,在加工质量和刀具寿命方面,油基切削液比水基切削液要优越,尽管随被加工材料、加工方法、加工条件的不同其优劣程度会有所差异。所以,水基切削液应该用于存在着比加工质量和刀具寿命更优先的场合。 五、其他切削液 1)膏状及固体润滑剂 在攻螺纹时,常在刀具或工件上涂上一些膏状或固体润滑剂。膏状润滑剂主要是含极压添加剂的润滑脂。固体润滑剂主要是二硫化钼蜡笔、石墨、硬脂酸皂、蜡等。用二硫化钼蜡笔涂在砂轮、砂盘、带、丝锥、锯带或圆锯片上,能起到润滑作用并降低工件表面的粗糙度,延长砂轮和刀具的使用寿命,减少毛刺或金属的熔焊。 2)气体冷却剂 空气是最常用的气体冷却剂,干切削时就有常压的空气存在,起到一定的冷却作用,但冷却效果极差。为了提高气体的冷却效果,可以把空气压缩,使气体以较快的流速吹到切削区,带走切削热,并把切屑吹走,但必须采取防护措施。采用二氧化碳和氮气等惰性气体,其沸点低于室温,经压缩后喷到切削区域,起到蒸发作用。采用惰性气体的优点是冷却性能好,可延长刀具使用寿命,并且透明,可看清加工情况,清除油烟,不会污染工件、切屑和机床润滑剂,但成本相对较高。 蓝德切削液由多种超强功能助剂经科学复合配伍而成,同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点,克服了传统皂基乳化液夏天易臭、冬天难稀释、防锈效果差的毛病。 油基切削液的分类和组成 油基切削液主要由基础油、油性添加剂、极压添加剂、防锈剂、抗氧剂、消泡剂和降凝剂等组成。油基切削液是以矿物油为主要成分,根据加工工艺和加工材料的不同,可以用纯矿物油,也可以加入各类油性添加剂和极压添加剂,以提高其润滑效果。 (1)纯矿物油:使用煤油、柴油等轻质油料和全损耗系统用油等低黏度润滑油,其中轻质油主要用于铸铁件的切削和珩磨及研磨加工,有利于铁粉和砂轮灰的沉降。纯矿物油成本低、稳定性好,对金属不腐蚀,使用周期长。在使用过程中,即使有少量的切削油漏入齿轮箱、轴承和液压系统中或部分润滑油漏入切削油中,也不致影响机床性能。但纯矿物油由于不含润滑添加剂、润滑效果差,承载能力低,一般只适用于轻负荷切削及易切削钢材和有色金属的加工。对于要求低温流动性好的切削油,可用聚烯烃等合成油,其凝点可达零下三十摄氏度,但价格较贵。 (2)脂肪油(或油性添加剂)+矿物油:脂肪油曾被广泛用作切削油,一般用作精车丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工,长用的有菜籽油、豆油、猪油等。脂肪油主要由脂肪酸甘油酯组成,对金属表面有较强的吸附能力,具有良好的润滑性能,其缺点是易氧化变质,并在机床表面形成难以清洗的黏膜(即“黄袍”)。脂肪油也可按一定比例(约10%~30%)加入矿物油中,以提高矿物油的润滑效果。但由于脂肪油为食用油,货源较少,近年来逐渐被油性添加剂所代替。 (3)非活性极压切削油:由矿物油加非活性极压添加剂组成。所谓非活性极压切削油是指切削油在100、3h的腐蚀试验中,铜片腐蚀在2级以下(中等程度均匀变色)。这类切削油的极压润滑性好,对有色金属不腐蚀,使用方便,被广泛用于多种切削加工工艺。 (4)活性极压切削油:由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。这类切削油对铜片的腐蚀为3~4级,对有色金属有严重腐蚀。他有良好的抗烧结性能和极压润滑性能,可提高高温和高压条件下刀具的使用寿命,对刀具积屑瘤有强的控制能力,多用于容易啃刀的材料和难加工材料的切削。 (5)复合切削油:由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。使用油性添加剂如高级脂肪酸、脂肪油等,能在金属表面产生物理吸附和化学吸附,形成一个分子膜吸附层,可降低切削时的摩擦阻力,但这类天加剂只有在较低的温度时才有效,当温度高于200时,极性化合物产生解吸和分解而失去润滑作用。同时含有油性剂和硫、磷、氯极压添加剂的复合切削油,可以在很宽的温度范围内保持良好的润滑状态,适用于多工位切削及多种材料的切削加工。 油基切削液和水基切削液的区别油基切削液和水基切削液的区别表现在四个方面:加工性能上的区别、理化性能上的区别、环卫性能上的区别、经济性上的区别。 1、加工性能上的区别 油基切削液与水基切削液之间的差别是显著的。总体说来,油基切削液在加工质量方面较好,而在加工效率方面较差。这是因为油基切削液的润滑性较好,适合于精密加工。但在高强度切削加工(高速、大进给切削)中,因切削温度较高,油基切削液容易冒烟,甚至有着火的危险,而水基切削液不会发生类似问题。所以,油基切削液不适合高速切削和强力切削。刀具寿命与切削液组成成份关系密切。一般说来,油基切削液对刀具磨损较小,但若含有某些活性剂,亦有加速刀具磨损的倾向。 2、理化性能上的区别 水基切削液只有冷却性能和清洗性能两项较好,其余各项都是油基切削液较好。这是因为水的比热容和热导率都远远高于油。水基切削液一般含有较多的表面活性剂,洗涤能力强,容易将切屑和污物带走。但是这类切削液易产生泡沫,需加抗泡性。油基切削液的起泡倾向小,一般情况下不需要添加抗泡性。工件被加工后,水基切削液在其表面上会留下很薄的残留附着层,对钢铁类材料有一定的防锈能力,但是在有氧和水(或水蒸气同时存在的环境中可能产生电化学腐蚀;而油基切削液的残留吸附层较厚而致密,其中的油性物质的分子吸附膜能有效地隔绝氧和水蒸气,因此防锈能力较好。就腐蚀性而言,一般说来,油基切削液较轻微,但如果含有活性添加剂,对铜、铝及其合金还是有一定的腐蚀性。水基切削液一般为多相体系,尤其是乳化切削液和微乳化切削液稳定性较差,在使用过程中受有效成分消耗和杂质的影响容易产生相分离,导致分层、漂浮、沉淀等问题,在微生物作用下容易发生腐败变质,因此,管理起来比较难。如果不加
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