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在加工切削中選擇合適的金屬切削液
時(shí)間：2018-10-05
在金屬切削過(guò)程中，為提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度，延長(zhǎng)刀具使用壽命，達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效果，就必須減少刀具與工件、刀具與切屑之間磨擦，及時(shí)帶走切削區(qū)內(nèi)因材料變形而產(chǎn)生的熱量。
要達(dá)到這些目的，一方面是通過(guò)開(kāi)發(fā)高硬度耐高溫的刀具材料和改進(jìn)刀具的幾何形狀，而另一方面采用性能優(yōu)良的切（磨）削液往往可以明顯提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延長(zhǎng)刀具使用壽命，取得良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)械加工中切削液的主要功能是潤(rùn)滑和冷卻作用，加入特殊添加劑后還可起到清洗和防銹的作用，用于保護(hù)機(jī)床，刀具及工件等物件不被腐蝕。
我們?cè)跈C(jī)械加工中，常用的切削液有：水溶液、普通乳化液、極壓乳化液、礦物油、植物油、動(dòng)物油、極壓切削油等。其中，水溶液的冷卻效果最好，極壓切削液的潤(rùn)滑效果最好。由于切削液的種類很多，性能差異較大，因此在加工中怎樣選擇合適的切削液一直是一項(xiàng)比較難以抉擇的事。下面主要從工件材料，刀具材料，加工工藝特點(diǎn)及性質(zhì)等方面談?wù)勗趺春侠磉x用切削液。
一、根據(jù)工件材料選用
在難切削材料中，有的硬度高達(dá)65～70HRC，抗拉強(qiáng)度比45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度高三倍左右，造成切削力比切削45號(hào)鋼高200%～250%；有的材料高溫硬度和強(qiáng)度高，有的材料加工硬化的程度比基體高50%～200%，硬化深度達(dá)0.1~0.3mm，造成切削的困難；有的材料化學(xué)活性大，在切削中和刀具材料產(chǎn)生親和作用，造成刀具產(chǎn)生嚴(yán)重的粘結(jié)和擴(kuò)散磨損；有的材料彈性模量極小和彈性恢復(fù)大及延伸率很大，更難于切削。因此，在切削各種難切削材料時(shí)，要根據(jù)所切材料各自的性能與切削特點(diǎn)與加工階段，選擇相宜的切削液，以改善難切削材料的切削加工性，而達(dá)到加工的目的。一般而言：
加工鑄鐵，鑄鋁等脆性金屬，為避免切屑堵塞冷卻系統(tǒng)或粘附在機(jī)床上難以清除，一般不用切削液。但精加工時(shí)為了提高表面質(zhì)量，可用潤(rùn)滑好，黏度小的煤油或7%～10%的乳化液。
加工一般鋼件，粗加工選用乳化液，精加工選用硫化乳化液。
加工有色金屬或銅合金，不宜用含硫切削液，以免腐蝕工件?？蛇x用一般乳化液或切削油。
加工鎂合金時(shí)，不能用切削液，否則會(huì)燃燒起火。
加工難切削工件，如不銹鋼，耐熱鋼及含有鉻，鎳，鉬，錳，鈦，鈮，鎢等元素的材料時(shí)，因所含硬質(zhì)點(diǎn)多，機(jī)械擦傷作用大，導(dǎo)熱系數(shù)低，切削熱不易散出，往往難以切削。應(yīng)選用10%～15%的極壓切削油或極壓乳化液。
二、根據(jù)刀具材料選用
工具鋼刀具：其耐熱溫度約在200~300℃之間，只能適用于一般材料的切削，在高溫下會(huì)失去硬度。由于這種刀具耐熱性差，要求冷卻液的冷卻效果要好，一般采用乳化液為宜。
高速鋼：這種材料是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩（有的還含鋁）為基礎(chǔ)的高級(jí)合金鋼，它們的耐熱明顯比工具鋼高，允許的最高溫度可達(dá)600℃。使用高速鋼刀具進(jìn)行低速和中速切削時(shí)，建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時(shí)，由于發(fā)熱量大，以采用水基切削液為宜。若使用油基切削液會(huì)產(chǎn)生較多的煙霧，污染環(huán)境，而且容易造成工件燒傷，加工質(zhì)量下降，刀具磨損增大。
硬質(zhì)合金刀具：用于切削刀具的硬質(zhì)合金是由碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）和5%~10%的鈷組成，它的硬度大大超過(guò)高速鋼，最高允許工作溫度可達(dá)1000℃，具有優(yōu)良的耐熱性能，在加工鋼鐵材料時(shí)，可減少切屑間的粘結(jié)現(xiàn)象。在選用切削時(shí)，要考慮硬質(zhì)合金對(duì)驟熱的敏感性，盡可能使用刀具均勻受熱，否則會(huì)導(dǎo)致崩刃。在選用切削液時(shí)一般油基切削液的熱傳導(dǎo)性能較差，使刀具產(chǎn)生驟冷的危險(xiǎn)性比水基切削液小，所以一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。在使用冷卻液進(jìn)行切削時(shí)，要注意均勻冷卻刀具，在開(kāi)始切削之前，最好預(yù)先用切削液冷卻刀具。對(duì)于高速切削，要用大流量切削液噴淋切削區(qū)，以免造成刀具受熱不均勻產(chǎn)生崩刃，亦可減少由于溫度過(guò)高產(chǎn)生蒸發(fā)形成和煙污染。
陶瓷刀具：采用氧化鋁（Al2O3）、金屬和碳在高溫下燒結(jié)而成，這種材料的高溫耐磨性比硬質(zhì)合金要好，一般采用干切削，但考慮到均勻的冷卻和避免溫度過(guò)高，也常用水基切削液。
金剛石刀具：具有極高的硬度，一般采用干切削。為避免溫度過(guò)高，也象陶瓷材料一樣，許多情況下采用水基切削液。
三、根據(jù)加工工藝特點(diǎn)及性質(zhì)選用
粗加工：由于加工余量及切削量較大，因此在切削過(guò)程中產(chǎn)生大量切削熱，易使刀具快速磨損，所以需選擇冷卻功能為主的乳化液或合成切削液。
高速鋼刀具加工碳素鋼時(shí)，應(yīng)選用3%～5%的乳化液，也可選用合成切削液。高速鋼刀具加工鋁合金，銅合金時(shí)，選用5%～7%的乳化液。加工鑄鐵鑄鋁，一般不用切削液。另外還需考慮切削速度，一般而言在低切削速度（小于5m/min）時(shí)，如滾齒機(jī)的滾齒，插齒，刨床的拉削時(shí)，刀具主要是機(jī)械磨損，要求切削液有良好的潤(rùn)滑性，宜選用切削油來(lái)輔助加工。在較高切削速度（大于10m/min）時(shí)，刀具主要是熱磨損和電化腐蝕磨損，則要求切削液有良好的冷卻性，宜用離子型切削液。
精加工：為減少切屑，工件刀具間的摩擦，保證工件表面，粗糙度和工件精度，切削液應(yīng)具有良好的滲透性，潤(rùn)滑性和一定的冷卻性。一般選用潤(rùn)滑性能較好的極壓切削油或高濃度極壓乳化液。高速鋼或硬質(zhì)合金刀具精加工碳鋼時(shí)，選用10%～15%的乳化液，或10%～20%的極壓乳化液。精加工銅或鋁合金時(shí)，為了得到較高精度和表面質(zhì)量，可用10%～20%的乳化液或煤油。在低切削速度時(shí)，為使切削液很快的滲透到切削區(qū)域，減少刀具與工件摩擦和粘結(jié)，控制積屑瘤形成，降低表面粗糙度，提高刀具耐用度，保證加工精度，宜用10%～15%的極壓乳化液。中等切削速度時(shí)，刀具既有機(jī)械磨損又有熱磨損和電化腐蝕磨損宜用8%～10%乳化液或離子型切削液。
半封閉加工：在鉆孔，絞孔和深孔加工中，刀具往往處于半封閉狀態(tài)下工作，排屑，散熱條件比較差，加工中產(chǎn)生大量切削熱不能及時(shí)傳出，易造成刀具灼燒，嚴(yán)重破壞工件表面粗糙度，尤其是切削某些硬度高，強(qiáng)度大，韌性大和冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重的特殊材料時(shí)，問(wèn)題更突出，不僅會(huì)使刀具磨損嚴(yán)重，容易退火，而且容易拉毛已加工表面。為此需用黏度較小的極壓乳化油或極壓乳化液，并加大切削液的壓力和流量，故可以一邊冷卻，潤(rùn)滑，另一邊將切屑沖刷出來(lái)。
四、根據(jù)機(jī)床的類型選用
在選用切削液時(shí)，必須考慮到機(jī)床的結(jié)構(gòu)裝置是否適應(yīng)。有些機(jī)床，如多軸自動(dòng)車床，齒輪加工機(jī)床，設(shè)計(jì)時(shí)就已考慮使用油基切削液，所以沒(méi)有采用特殊的軸承蓋的特殊的裝置來(lái)保護(hù)機(jī)床內(nèi)部機(jī)構(gòu)免受外界水、汽的侵襲，并且這類機(jī)床大都靠油基切削液來(lái)潤(rùn)滑接近切削區(qū)域的運(yùn)動(dòng)部件，因而必須使用油基切削液。如果使用水基切削液水溶性會(huì)滲透到軸承和機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使這些零部件脫油產(chǎn)生腐蝕加速磨損。水基切削液滲入液壓系統(tǒng)會(huì)使液壓油乳化變成油包水或水包油的乳化液，使粘度增大或大幅度下降，改變了液壓油的性質(zhì)，影響液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，對(duì)于那些原用油基切削液的機(jī)床，要轉(zhuǎn)用水基切削液時(shí)必須慎重，必要時(shí)要作適當(dāng)?shù)母难b，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)床損壞。
以上所述是機(jī)械加工中切削液選擇的一些基本方法，但是，機(jī)械加工種類繁多，加工要求和方法千變?nèi)f化，同時(shí)還需考慮加工成本，因此在實(shí)際選用中還需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)分析，選擇出最合適的切削液來(lái)提高加工效率和經(jīng)濟(jì)效益。