水溶性金属切削液的性能和选取

成阳

金属切削液，即金属及其合金在切削加工过程中使用的工艺润滑油。金属切削液通常可分为以冷却为主的水溶性金属切削液和以润滑为主的纯油性金属切削液；水溶性金属切削液又可细分为可溶性油(乳化液)、半合成切削液(微乳化液)和合成切削液三种。在所有润滑油中，金属切削液的用量视各国的具体情况不同，约占其润滑油总用量的2%-3%，我国金属切削液的年用量约为6万吨左右，其中水溶性金属切削液和纯油性金属切削液各占50%左右的份额。
6 ]- {2 D( Z" d; e* g: I, v金属的加工方法繁多，其中金属切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。根据工件的形状、精度及表面质量的不同要求，金属切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、铰、拉削、齿轮切削、螺纹加工及磨削等。本文主要讲述金属切削液中水溶性金属切削液的性能和选取。
6 D9 @; L& n3 L3 s/ p3 N水溶性切削液的主要性能
我们使用水溶性金属切削液的主要目的是:①延长刀具的使用寿命;②保证和提高工件的加工尺寸精度;③改善工件表面的光洁度;④及时排除金属屑，确保切削过程顺利进行; ⑤及时带走切削热，迅速均匀冷却刀具和工件等;⑥防止机床和工件产生腐蚀和锈蚀;⑦提高切削加工效率，降低成本。为实现上述目的，要求水溶性金属切液必须具备下列几方面主要性能：
冷却性能。在金属切削加工过程中，所消耗的能量，绝大部分(90%以上)都转变成切削热，它不但使刀具容易磨损，而且使工件容易产生局部烧伤或发暗，影响工件的表面的加工精度及加工质量。因此，要求水溶性金属切削液必须具有良好的冷却性能。
润滑性能。刀具在切削工件的瞬间，通常承受着极大的切削力作用，水溶性金属切削液良好的润滑性能可以减小刀具前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦与磨损，延长刀具的使用寿命，从而使工件获得良好的加工精度和粗糙度；更重要的是减少切削过程中产生积屑瘤(即刀瘤)的机会。
清洗性能。金属在切削(或磨削)过程中，油污、细小的切屑、金属粉末和砂轮砂粒等互相粘结，并粘附在工件、刀具和机床上，影响工件的加工质量，降低刀具和砂轮的使用寿命，影响机床的精度。因此，水溶性切削液应具有良好的清洗作用，减少细小的切屑及金属粉末等的粘结以利清洗，同时迅速将细小的切屑及金属粉末等及时冲走。
防锈性能。水溶性金属切削液在使用过程中大部分是水(约占80%-98%)，为锈蚀的产生提供了有利的环境，而水溶性金属切削液中的极压剂和某些表面活性剂往往会加剧金属的锈蚀；同时，水溶性金属切削液必须具备一定的防锈性能，使工件在加工过程中和加工后的短时间内不产生锈蚀；同时，水溶性金属切削液良好的防锈性能，也可保证切削液循环系统和机床内部不产生锈蚀及腐蚀现象，起到保养设备的功能。
. K% F6 n1 _9 W- S3 U5 ]0 d同时，因为水溶性金属切削液的组成成分中含有如表面活性剂、基础油、油性剂和杀菌剂等，以及其与水混合的应用方式特点，要求水溶性金属切削液还必须具备良好的抗泡/消泡、抗菌性能，以及低毒/无毒性、硬水适应性和气味柔和等特点。
水溶性金属切削液的选取
选取金属切削液，首先要根据切削加工的工艺条件及要求，初步判断选取纯油性金属切削液或水溶性金属切削液。通常我们可以根据机床供应商的推荐来选择；其次，还可以根据常规经验进行选取，如使用高速钢刀具进行低速切削时，通常采用纯油性金属切削液，使用硬质合金刀具进行高速切削时，通常可以采用水溶性金属切削液；对于供液困难或切削液不易达到切削区时采用纯油性金属切削液(如攻丝、内孔拉削等)，其他情况下通常可采用水溶性金属切削液等。总之，要根据具体切削加工条件及要求，根据纯油性金属切削液和水溶性金属切削液的不同特点，同时考虑各个工厂的不同实际情况，如车间的通风条件、废液处理能力及前后道工序的切削液使用情况等，来选取具体的切削液类型。
& w" D0 c& a7 ~其次，在选取了切削液类型后，还要根据切削加工工艺、被加工件材质及对工件的加工精度和粗糙度的要求等，初步选取切削液的品种。如选取磨削加工切削液时，我们不但要考虑普通切削加工的条件，更要考虑磨削加工工艺本身的特点：我们都知道，磨削加工实际上是多刀同时切削的加工工艺，磨削加工的进给量较小，切削力通常也不大，但磨削速度较高(30-80m/s)，因此磨削区域的温度通常都较高，可高达800-1000℃，容易引起工件表面局部烧伤，磨削加工热应力会使工件变形，甚至使工件表面产生裂纹; 同时，因为磨削加工过程中会产生大量的金属磨屑和砂轮砂末，会影响加工工件的表面粗糙度等；因此，在选取磨削加工的水溶性金属切削液时，我们更要求该切削液具有良好的冷却性、润滑性和清洗冲刷性。而根据工件材质的不同，在选取水溶性金属切削液时也要从不同材质的不同特性选取不同的切削液产品，如切削高硬度不锈钢，就要根据其硬度高、强度大、难切削等特点，选取极压性能好的极压型水溶性金属切削液，来满足切削过程中对切削液的极压润滑性能要求；而对于如铝合金、铜合金等材质时，由于其材质本身的韧性大、活性大等特点，在选取水溶性金属切削液时，则更要求切削液的润滑性、清洗性等，同时，不能腐蚀工件。
在上述初步选取了金属切削液后，还应该从切削液产品对人身的刺激性/毒性、使用寿命、废液处理、等方面综合考虑，最终选取正确的金属切削液的品种及使用浓度。在选取水溶性金属切削液时，我们首先要考虑产品的低刺激性、低毒性，以确保操作人员的人身安全；同时，各个使用厂家都强调切削液产品的使用寿命的长短，都要求所选水溶性金属切削液具有一个相对长的使用寿命，来满足工厂降低综合成本的要求，而且，较长的切削液使用寿命，不但降低了水溶性金属切削液的使用量，更减少了换液次数，减少机床停机时间，降低了人工费用，以及减少水溶性金属切削液的废液处理次数和处理以及由此而产生的大量废液处理费用；第三，随着各国对环境环保要求的不断提高，要求水溶性金属切削液的废液必须经过废液处理并达到国家及地方的三废排放标准，方可进行排放，因此，各工厂在选取水溶性金属切削液时，也把其废液处理难易程度列入选取标准之一。
7 u& D# F+ p, [根据水溶性金属切削液使用的特点，就使得任何一个水溶性金属切削液产品在使用过程中都难免会出现一些问题；因此，各用户通常还会把供应商的售后技术服务工作作为一个选取切削液产品的依据。所以，在选取正确的水溶性金属切削液之后，我们要十分重视对使用过程中的切削液产品进行有效的维护及保养工作。通常，可根据水溶性金属切削液使用条件、使用环境等的不同，确定一个合理的定期/不定期取样检测方案，通过取样检测分析，及时发现或预见使用过程中的切削液可能或已经出现的问题，及早加以处理或采取预防措施，避免问题的突出，给生产带来损失。水溶性金属切削液的维护及保养通常由切削液供应商的技术服务人员和用户的现场技术人员共同完成，通常可以通过检测使用中水溶性金属切削液的：浓度、PH值、防锈性、切削液稳定性(静置后浮油/浮皂量)、微生物含量(细菌、真菌、霉菌等)以及切削液的电导率(或总硬度)来加以评定分析，保证切削液的良好使用效果。
同时，由于水溶性金属切削液中通常都含有表面活性剂、油性剂、矿物油及少量水分，这要求水溶性金属切削液的储存周期不能太长；因此，为确保水溶性金属切削液产品的新鲜，供应商的生产能力、供货周期也应在水溶性金属切削液选取时加以考虑。
在金属切削液的选取中，水溶性金属切削液的选取因其使用特点则更显重要。
* V3 }4 t$ S  F6 s+ Q/ P+ M在国外，一些发达国家在进行水溶性金属切削液的选取时，在满足切削加工工艺要求的同时，更注重其对人身健康的危害、废液处理和综合成本等方面的选取；这一观点逐渐被国内金属切削加工行业所接受。根据这种情况，一些国外知名公司相继在80年代后期将其优质的水溶性金属切削液产品引进到中国，来满足中国市场的要求。
总之，在金属切削加工过程中，必然要用到水溶性金属切削液，为了我们的人身健康及对环境的保护，降低综合成本而提高效益；我们必须从多方面考虑，综合分析，选取更为适合的水溶性金属切削液产品。
文章关键词： 切削液