| 金屬加工工藝的潤滑特點(1)
概述：在國外金屬加工液中，切削液一直占有較大比例，一般為50％左右。金屬加工液分類常按金屬加工方法分為切削液和成型液兩大類，或按油品化學組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類。我國目前亦大多沿用此分類。ISO于1986年通過IS06743/7，按油基、水基將加工液分為MH和MA兩大類，又根據每類的化學組成、應用各分為8類和9類，共17類，該標準將目前眾多的金屬加工液的品種均可包含進去，我國已等效采用了該標準，制定了 GB7631.5。
金屬的機械加工通常包括兩種類型：金屬的去除和金屬的變形。前者作業是靠刃具把金屬從被加工件上除掉；后者則是用模具使金屬在應力下塑性變形，如軋、拉拔、沖壓、擠壓等。一般習慣地把金屬去除作業所用的潤滑劑稱為切削液，而把金屬變形用的潤滑劑稱為金屬加工工藝用液體。金屬加工液則是泛指上述兩類加工、作業用潤滑劑。
（一）、金屬切削液的選用
大部分金屬切削需要使用切削液，甚至在可以正常進行干切削的作業，如果選用適當的冷卻潤滑劑也可增加工效。早在1883年，F.W.泰勒(Taylor)曾證明用沖洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。
金屬切削液的品種繁多。ASTM D2881把金屬加工用的液體劃為三類：(1)油和油基液體；(2)水基乳液及分散體；(3)化學溶液(真溶液及膠體溶液)。2類與3類之間的基本區別在于分散相的粒度和粒度分布。溶解油乳化液的平均粒度大于1 μm，真 溶液及膠體溶液的粒度范圍為20~40 nm。膠體乳液(Ⅱ-C)代表了一種介于化學溶液 與溶解油的乳液之間的中間狀態，其粒度分布介于上述兩等級之間。這種劃分原則基本上是一個理論性的區分，因為從典型的礦物油到不含油的化學溶液之間，可能存在著無限度的等級。
近年來，金屬切削液的發展和變化主要是在水溶性液體領域(2、3類)。由于這 類液體以水為基質，其傳熱速度高(水的傳熱速度為油的2.5倍)。等量的水吸收一定熱量后，比油的溫升要慢得多，從而提高了冷卻效果，且可減少油霧，因此水基切 削液的用量增大。以英國為例，水基切削液在整個切削液市場中約占60%。但是水基 切削液與油相比存在著潤滑性差，其次是銹蝕、膠體穩定性、化學穩定性、生物穩定性、可濾性、泡沫性等問題。這些問題對切削液在機床應用時的“油池壽命(Sum p Life)”至關重要。合理選擇、應用、監控和維護，對使用水基切削液特別重要。
1、金屬切削液的成分與選擇
根據我國目前市場情況，切削液的主要成分如下。
(1) 油或油基液體：屬于ASTM D 2881分類中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C，習慣稱為切削油(也稱凈切削油)，主體為礦物油，含或不含添加劑。
(2) 乳液：屬于ASTM D 2881分類中的Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C，有時稱為溶解油。根 據礦物油含量和油滴粒度可分為3種： 粗乳液：含油65%~80%,油滴粒度 2~10 μm； 微乳液：含油40%~50%，油滴粒度＜1 μm； 半合成乳液：含油5%~40%，油滴粒度約0.1 μm；
(3) 合成液體：含油或不含油，以溶于水的高分子有機物為主要潤滑劑。
(4) 化學溶液：不含油，屬ASTM D 2881分類中的Ⅲ。從以上成分來看，以切削油的潤滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液，如配制得當也有相當好的潤滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范圍最廣泛 。用于重負荷切削的乳化液要含極壓添加劑。合成液是乳化液的補充產品。這種液體常用在特定的用途上。某些合成液體在 使用中由于濃度增大，清洗性增強而導致損傷操作人員的皮膚和機床涂層�；瘜W溶液是不含礦物油的水溶液。使用前用水稀釋，有良好的沖洗、冷卻效果 ，并應能防止接觸區域的銹蝕。這類液體主要用于研磨，功能在于清洗和冷卻，沒有潤滑性。切削液的選擇，首先要避免使用那些對機床、刃具和加工材料有害的液體。通常，不含游離硫的硫化油適用于加工鋼材和銅材。而有些銅合金和高鎳合金，在硫 劑(特別是含游離硫)作用下會產生暗色斑痕。水基切削液的成分比較復雜，這是因為要顧及乳化系統的穩定，既要考慮諸成分的HLB值，又要達到各項性能的平衡。由于切削液以水為基質，還應考慮諸成分的水溶性或在水中分散的性質。
選擇切削液前應充分了解下列情況。
1.1 加工材料的性質
被加工的材料物理化學性質各異，反映在切削操作上就會有切削的難易和與切削液相容性等新問題。對較難加工的材料及其與切削液的相容性分別簡略介紹如下 。
鋁：質軟，切割易粘切具。乳化液如堿性強，與鋁產生化學反應，造成乳液分層。應選用專用乳化液或石蠟基礦物油作冷卻潤滑劑。
黃銅：切削時產生大量細屑，易使乳化油變綠。含活性硫的油劑可使加工材料變色，如選油劑要有過濾設備。
青銅：剪切前產生顯著的塑性變形，可使乳化液變成綠色。如選油劑要有過濾設備。
銅：粘韌，切削時產生微細卷曲的屑，可使乳化液變成綠色，影響乳化液的穩定，在活性硫作用下生污斑。如選用油劑要配備過濾設備
可鍛鑄鐵：切削時產生大量微細的具有化學活性的磨蝕性屑。這些活性細屑好似過濾介質，削弱了乳化液的活性，而且可生成鐵皂，使乳化液變為紅褐色，乳化 液的穩定性變劣。如使用油劑，必須用離心機或過濾器把鐵屑除去
鉛及其合金：易切削，可生成鉛皂，破壞乳化液的穩定。如使用油劑，對油劑有稠化傾向，要防止使用含大量脂肪的油劑。
鎂：切削時產生細屑，可燃。一般不使用水基切削液，可采用低粘度油作為切削液。
鎳及高鎳合金：切削時局部產生高熱，切屑可能燒結�？蛇x用重負荷乳化液或非活性硫化油。
鈦：產生磨蝕性、可燃的切削，易發生加工硬化現象，應用重負荷乳化油或極壓油劑。
鋅：切削面不規整，難以取得良好的光潔度，與乳化液生成鋅皂，使乳化液分離，應選專用乳化液。
1.2 加工工況
刀具的作用是在主剪切區域把加工材料用強剪切力切除剝落。刀具的推進面和暴露的新鮮金屬面之間，由于強烈的附著作用使推進面受到高的應力。因切割剝落的屑要移過刀具推進面，從而形成了第二剪切區域。在第二剪切區域產生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。潤滑和冷卻作用在此時同樣重要。但屬于金屬去除的機 械加工種類很多，又各有其獨特的工況。一般認為，在低速加工(螺紋切削、擴孔和齒面切削)時，切削潤滑劑的主要任務是縮小推進面與屑的粘結，作為邊界潤滑劑。在高速切削加工時，切削液的主要作用是降低摩擦熱，帶走熱量。
<P>那些切削液難以到達剪切區域的加工作業，給潤滑、冷卻造成很大的困難。通常對擴孔、齒輪切削(特別是滾齒)、深孔鉆和鏜孔、攻絲(特別是盲孔)、深套孔、車螺紋加工要精心選擇適用的切削液。
1.3 油基和水基的特點
油基切削液指含添加劑的礦物油。水基切削液指乳液、合成液及化學溶液�；\統地說，低速重負荷切削需要充分的潤滑，通常選用極壓切削油劑。高速淺層切削 ，冷卻是首要的，一般選用水基切削液。有些極壓乳化液具有很好的潤滑和冷卻性 ，可以用于重負荷切削。一般的研磨加工，有時潤滑反而有害，故可使用合成液或 化學溶液。加工材料、刀具材質、機床構造也是確定選用油基液或水基液的重要依據。
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