近年来,金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域(2、3类)。由于这 类液体以水为基质,其传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定 热量后,比油的温升要慢得多,从而提高了冷却效果,且可减少油雾,因此水基切 削液的用量增大。以英国为例,水基切削液在整个切削液市场中约占60%。但是水基 切削液与油相比存在着润滑性差,其次是锈蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳 定性、可滤性、泡沫性等问题。这些问题对切削液在机床应用时的“油池寿命(sum p life)”至关重要。合理选择、应用、监控和维护,对使用水基切削液特别重要。
金属切削液的品种繁多。astm d2881把金属加工用的液体划为三类:(1)油和油 基液体;(2)水基乳液及分散体;(3)化学溶液(真溶液及胶体溶液)。2类与3类之间 的基本区别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 溶液及胶体溶液的粒度范围为20~40 nm。胶体乳液(ⅱ-c)代表了一种介于化学溶液 与溶解油的乳液之间的中间状态,其粒度分布介于上述两等级之间。这种划分原则 基本上是一个理论性的区分,因为从典型的矿物油到不含油的化学溶液之间,可能 存在着无限度的等级。
1 成分与选择
根据我国目前市场情况,切削液的主要成分如下。
(1)油或油基液体:属于astm d 2881分类中的ⅰ-a、ⅰ-b、ⅰ-c,习惯称为切 削油(也称净切削油),主体为矿物油,含或不含添加剂。
(2)乳液:属于astm d 2881分类中的ⅱ-a、ⅱ-b、ⅱ-c,有时称为溶解油。
根 据矿物油含量和油滴粒度可分为3种: 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%,油滴粒度约0.1 μm;
(3)合成液体:含油或不含油,以溶于水的高分子有机物为主要润滑剂。
(4)化学溶液:不含油,属astm d 2881分类中的ⅲ。
从以上成分来看,以切削油的润滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液,如配制得当也有相当好的润滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范围最广泛 。用于重负荷切削的乳化液要含极压添加剂。
合成液是乳化液的补充产品。这种液体常用在特定的用途上。某些合成液体在 使用中由于浓度增大,清洗性增强而导致损伤操作人员的皮肤和机床涂层。
化学溶液是不含矿物油的水溶液。使用前用水稀释,有良好的冲洗、冷却效果 ,并应能防止接触区域的锈蚀。这类液体主要用于研磨,功能在于清洗和冷却,没 有润滑性。
切削液的选择,首先要避免使用那些对机床、刃具和加工材料有害的液体。通 常,不含游离硫的硫化油适用于加工钢材和铜材。而有些铜合金和高镍合金,在硫 剂(特别是含游离硫)作用下会产生暗色斑痕。
水基切削液的成分比较复杂,这是因为要顾及乳化系统的稳定,既要考虑诸成 分的hlb值,又要达到各项性能的平衡。由于切削液以水为基质,还应考虑诸成分的 水溶性或在水中分散的性质。选择切削液前应充分了解下列情况。
1.1 加工材料的性质
被加工的材料物理化学性质各异,反映在切削操作上就会有切削的难易和与切 削液相容性等新问题。对较难加工的材料及其与切削液的相容性分别简略介绍如下 。
铝:质软,切割易粘切具。乳化液如碱性强,与铝产生化学反应,造成乳液分 层。应选用专用乳化液或石蜡基矿物油作冷却润滑剂。
黄铜:切削时产生大量细屑,易使乳化油变绿。含活性硫的油剂可使加工材料 变色,如选油剂要有过滤设备。
青铜:剪切前产生显著的塑性变形,可使乳化液变成绿色。如选油剂要有过滤 设备。
铜:粘韧,切削时产生微细卷曲的屑,可使乳化液变成绿色,影响乳化液的稳 定,在活性硫作用下生污斑。如选用油剂要配备过滤设备。
可锻铸铁:切削时产生大量微细的具有化学活性的磨蚀性屑。这些活性细屑好 似过滤介质,削弱了乳化液的活性,而且可生成铁皂,使乳化液变为红褐色,乳化 液的稳定性变劣。如使用油剂,必须用离心机或过滤器把铁屑除去
铅及其合金:易切削,可生成铅皂,破坏乳化液的稳定。如使用油剂,对油剂 有稠化倾向,要防止使用含大量脂肪的油剂。
镁:切削时产生细屑,可燃。一般不使用水基切削液,可采用低粘度油作为切 削液。
镍及高镍合金:切削时局部产生高热,切屑可能烧结。可选用重负荷乳化液或 非活性硫化油。
钛:产生磨蚀性、可燃的切削,易发生加工硬化现象,应用重负荷乳化油或极 压油剂。
锌:切削面不规整,难以取得良好的光洁度,与乳化液生成锌皂,使乳化液分 离,应选专用乳化液。