一文讀懂數控機床加工用切削液

所有傳統金屬去除操作的目標都是通過以最高實際速度進行加工來提高生產率和降低成本，這種加工速度與刀具壽命長、廢品最少和停機時間最少一致，并且能夠生產出具有令人滿意的精度和光潔度的表面。許多機加工操作可以“干”進行，但正確應用切削液通常是可行的：更高的切削速度、更高的進給速度、更大的切削深度、更長的刀具壽命、降低表面粗糙度、提高尺寸精度和降低功耗。為特定的加工情況選擇合適的切削液需要了解流體的功能、特性和局限性。切削液的選擇與機床、工具、速度和進給量的選擇一樣值得重視。

要了解切削液的作用，必須認識到，切削金屬消耗的幾乎所有能量都轉化為熱量，主要是由于金屬變形進入切屑，在較小程度上是由于切屑與刀具表面的摩擦。考慮到這些因素，很明顯任何切削液的主要功能是：冷卻刀具、工件和切屑；減少滑動接觸處的摩擦；減少或防止接觸面處的焊接或粘附，從而形成刀具上的“堆積邊緣”。切削液的另外兩個功能是沖走切削區的切屑，保護工件和刀具免受腐蝕。功能的相對重要性取決于所加工的材料、刀具和條件以及零件所需的光潔度和精度。例如，具有較大潤滑性的切削液通常用于低速加工和最難切削的材料上。冷卻能力更強的切削液通常用于更易切削材料的高速加工。

切削液和磨削液類型

近年來，人們開發了多種切削液，以滿足新型建筑材料、新型刀具材料和涂層的要求。

切削液有四種基本類型；每種類型都有各自的特點，以及優點和局限性。選擇合適的流體變得更加復雜，因為不同類型之間的分界線并不總是清晰的。大多數機器車間盡量少用不同的液體，并且更喜歡使用壽命長、不需要經常更換或修改、氣味相當宜人、使用時不吸煙或起霧、最重要的是既無毒也不會對皮膚造成刺激的液體。選擇中的其他問題是成本和易處理性。

切削液分類中使用的主要劃分和細分是：

切削油，包括純礦物油和復合礦物油以及添加劑。

水溶性流體，包括乳化油；化學或合成流體；以及半化學流體。

氣體

膏狀和固體潤滑劑。

由于切削油和水溶性切削液是機械車間最常用的切削液，因此討論將主要限于這些類型。但應注意的是，壓縮空氣和惰性氣體（如二氧化碳、氮氣和氟利昂）有時用于機械加工。也可使用糊狀物、蠟、肥皂、石墨和二硫化鉬，或直接涂抹在工件上，或作為工具（如砂輪）中的浸漬劑。

切削油

切削油通常是礦物油與動物、植物或海洋油的混合物，以改善潤濕性和潤滑性能。硫、氯和磷化合物，有時稱為極壓（EP）添加劑，提供更大的潤滑性。一般來說，這些切削油不冷卻以及水溶性流體。

水溶性流體

乳化液或可溶油是油滴在水中的懸浮液。這些懸浮液是將油與乳化劑（肥皂和肥皂狀材料）和其他材料混合制成的。這些液體將油的潤滑和防銹性能與水的優良冷卻性能結合起來。它們的性能受乳液濃度的影響，“稀”濃度提供更好的冷卻，但潤滑性較差，而“富”濃度則具有相反的效果。添加硫、氯和磷，如切削油，產生“極壓”（EP）等級。

化學流體是由溶解在水中的有機和無機物質組成的真正的溶液。非活性類型通常是結合高防銹性、高冷卻性、低潤滑性和高表面張力的透明液體。表面活性劑包括潤濕劑，具有中等防銹性、高冷卻性和中等潤滑性以及低表面張力。它們還可能含有氯和/或硫化合物，具有極壓特性。

半化學流體是化學流體和乳狀液的組合。這些液體的含油量較低，但乳化劑和表面活性劑的含量比乳液高，產生的油滴直徑小得多。它們具有較低的表面張力、適中的潤滑性和冷卻性能，并且具有很好的防銹性。有時也會添加硫、氯和磷。

為不同的材料和操作選擇切削液

切削液的選擇取決于許多復雜的相互作用，包括金屬的可切削性；操作的嚴重性；刀具材料；冶金、化學和人類相容性；流體特性、可靠性和穩定性；以及最終的成本。其他因素影響結果。一些商店標準化的一些切削液必須服務于所有目的。在其他車間，在機器上執行的所有操作都必須使用一種切削液。有時，在機器通過冷卻系統為其他操作提供切削液的同時，通過手動施加“正確”的切削液，可以緩解非常惡劣的工作條件。有幾本大量的教科書提供了具體的建議使用特定的切削液幾乎每一個組合的加工操作和工件和工具材料。一般來說，在缺乏經驗的情況下，咨詢材料供應商和/或不同切削液的任何供應商以獲得建議是明智的。另一個很好的來源是可加工性數據中心，它是美國國防部支持的眾多信息中心之一。雖然以下建議代表了良好的做法，但它們僅作為指南，并不意味著其他切削液在某些特定情況下也不會有效。

鋼材：在用硬質合金刀具高速切削的鋼材上使用切削液時應小心。見下文切削液對碳化物的應用。這種操作通常是干的。如果使用切削液，則應為可溶油，其濃度約為1份油與20至30份水的混合物。硫化礦物油推薦用于硬質合金鉸刀的鉸孔，但也成功地使用了重負荷可溶油。

建議使用高速刀具加工鋼的切削液在很大程度上取決于操作的嚴重性。對于中低強度鋼的普通車削、鏜孔、鉆孔和銑削，應使用稠度為1份油至10至20份水的可溶油。對于工具鋼和硬質合金鋼，建議使用稠度為1:10的重負荷可溶油進行車削和銑削。鉆削和鉸削這些材料時，使用輕質硫化礦物脂肪油。對于攻絲、穿線和拉削等困難操作，建議工具鋼和高強度鋼使用硫化礦物脂肪油，中低強度鋼可使用重硫化礦物脂肪油或硫化礦物油。直接硫化的礦物油通常被推薦用于加工堅硬的、粘稠的低碳鋼，以減少撕裂并產生光滑的表面光潔度。

不銹鋼：對于普通車削和銑削，建議使用1份油與5份水混合的重負荷可溶油。拉削、穿線、鉆孔和鉸孔使用含硫礦物脂肪油產生最佳效果。

銅合金：大多數黃銅、青銅器和銅在暴露于含有活性硫和氯的切削油時會染色；因此，不應使用硫化油和磺酰氯油。對于大多數操作，混合到1份油和20至25份水的直溶性油是令人滿意的。對于非常嚴格的操作和自動螺桿機工作，使用礦物脂肪油。一種典型的礦物脂肪油可能含有5%到10%的豬油和剩余的礦物油

蒙乃爾合金：當車削這種材料時，乳化液比硫化礦物油的刀具壽命稍長，但后者有助于切屑的破碎，這是經常需要的。

鋁合金：鋁和鋁合金經常是干加工。使用切削液時，應根據其作為冷卻劑的能力來選擇。可使用1份油至20至30份水的可溶性油。礦物油基切削液用于加工鋁合金時，經常被切削以增加其粘度，從而獲得良好的冷卻特性，并使其易于流動以覆蓋刀具和工件。例如，礦物脂肪油或礦物加硫化脂肪油可以通過添加多達50%的煤油來減少。

鑄鐵：通常，鑄鐵是干加工的。使用化學切削液或混合到1份油和20至40份水的稠度的可溶油，可以提高刀具壽命或更快的切削速度。可溶油有時用來減少機器周圍的灰塵。

鎂：鎂可以機加工干燥，或與空氣冷卻鼓風。低酸含量的輕質礦物油可用于難切削。含有水的冷卻劑不應用于鎂，因為碎片與水的反應會有釋放氫氣的危險。專利水溶性油乳液含有抑制劑，降低制氫率是可用的。

研磨：在精密研磨操作中廣泛使用可溶性油乳液或由糊狀化合物制成的乳液。對于外圓磨削，使用1份油至40至50份水。溶液型液體和半透明研磨乳液特別適用于許多精細研磨應用。礦物油基研磨液推薦用于許多需要對地面進行精細表面處理的應用場合。礦物油用于玻璃化車輪，但不建議用于橡膠或蟲膠粘合的車輪。在一定條件下，砂輪作用產生的油氣霧會被磨削火花點燃而爆炸。為了熄滅磨削火花，建議使用輔助冷卻液管將磨削油流引導到砂輪下方。

拉削：對于鋼，可以使用重礦物油，例如100°F（38°C）時賽波特粘度為300至500的硫化油，以提供足夠的潤滑效果和緩沖沖擊載荷。可溶性油乳液可用于較輕的拉削操作。

車削、銑削、鉆孔和攻絲用切削液

可溶油：與水混合時形成乳狀液的油糊化合物。當冷卻質量至關重要且切屑支承壓力不過高時，可溶油廣泛用于加工黑色金屬和有色金屬。為精密研磨操作選擇合適的可溶油時應小心。磨削冷卻液應不含脂肪物質，這些脂肪物質會使砂輪承受載荷，從而影響加工零件的光潔度。可溶性冷卻劑應含有防銹成分，以防止腐蝕。

基礎油：含有無機、動物或脂肪物質的各種高度硫化和氯化的油。這種“基本原料”通常是“削減”或混合較輕的油，除非芯片軸承壓力高，如切割合金鋼。基礎油在100°F（38°C）時的粘度范圍通常為300至900秒。

礦物油：包括從石油中提取的所有類型的油，如石蠟油、礦物密封油和煤油。礦物油通常與基礎油混合，但它們通常以原始形式用于易切削鋼和有色金屬的輕加工操作。這類冷卻液的閃點相對較高。應注意確保它們無毒，以免對操作員造成傷害。較重的礦物油（石蠟油）通常在100°F（38°C）時具有約100秒的粘度。礦物密封油和煤油在100°F（38°C）時的粘度為35至60秒。

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