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1、切削液基础知识1、切削液历史介绍切削液是金属切削加工的重要配套材料。人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代，车削活 塞泵的铸件时就使用橄榄油，16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从1775年英国的 约翰?威尔金森(J. Wilkinson)为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现 了水和油在金属切削加工中的应用。到I860年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮 加工和螺纹加工等各种机床相继出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。19世纪80年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。Taylor发现
2、并阐明了使用 泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%40%的现象和机理。针对当时使用的 刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出冷却剂”一词。从那时起，人们 把切削液称为冷却润滑液。随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注 入油剂能获得良好的加工表面。最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变 质，使用周期短。20世纪初，人们开始从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。在第一 次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。1924年，含硫、氯的 切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。刀具材料的
3、发展推动了切削液的发展，1898年发明了高速钢，切削速度较前提高24倍。1927年德国首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高25倍。随着切削温度的 不断提高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基 切削液的优点。1915年生产出水包油型乳化液，并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。1948 年在美国研制出第一种无油合成切削液，并在20世纪70年代由于油价冲击而使应用提高。 近十几年来,由于切削技术的不断提高，先进切削机床的不断涌现，刀具和工件材料的 发展，推动了切削液技术的发展。随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加 强，对切削液技术提出了
4、新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。2、切削液的发展趋势1) 开发绿色切削液 矿物油逐渐被生物降解性好的植物油和合成酯所代替。 油基切削液逐渐被水基切削液所代替。 开发性能优良且对人体无害和对环境无污染的添加剂。2) 切削液的绿色使用 推广集中冷却润滑系统，即把机械加工设备各自独立的冷却润滑装置合并为一个冷却润 滑系统，使切削液维护管理上水平。 研究干切削和最小量润滑切削，以减少切削液的使用量。 研究和推广切削液废液处理新工艺、新技术，以确保排放的废液对环境无污染。21世纪的切削液技术众所周知，切削液具有润滑、冷却、清洗及防锈等作用，对提高切削加工质量和效率、 减少刀具磨损等均有显著
5、效果。近十多年来，我国的切削液技术发展很快，切削液新品种不 断出现，性能也不断改进和完善，特别是20世纪70年代末生产的水基合成切削液和近几年 发展起来的半合成切削液（微乳化切削液）在生产中的推广和应用，为机械加工向节能、减少 环境污染、降低工业生产成本方向发展开辟了新路径。2、切削液的现状2、切削液添加剂的现状切削液是一种复杂的化合物，它含有几种乃至几十种不同成分的添加剂。添加剂的成分 不但直接影响切削液的切削性能（润滑、冷却和清洗性能），而且还影响切削液的非切削性 能（毒性、腐蚀性、污染性、使用周期性和废液可处理性）。切削液常用的添加剂主要有极 压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。所以切削液的这些
6、添加剂不仅要性能优良，而且要无毒无害。（1）极压润滑剂：目前仍在使用的极压润滑剂主要是含有硫、磷、氯类的化合物，如 硫化烯烃、硫化动植物油、硫脲、磷酸酯。氯化石蜡等，它们在高温下与金属表面发生化学 反应生成化学反应膜，在切削中起极压润滑作用。它们的润滑性能很好，但对环境有污染， 对操作者有害。随着人们环保意识的加强，现在已限制使用此类添加剂。国内外正在着手研 究它的替代物。近年来，无毒无害的硼酸盐（酯）类添加剂系列受到了广泛的重视。（2）防锈添加剂：防锈添加剂的作用在于防止工件生锈，它有水溶性和油溶性两类， 分别用于水基切削液和切削油。常用的油溶性防锈添加剂有石油磺酸钡、石油磺酸钠等。对 于水
7、溶性防锈添加剂，亚硝酸钠是长期被认为有效的防锈添加剂，但人们已逐渐认识到它对 人体有致癌的可能性。铬酸盐、重铬酸盐对钢铁也有良好的防锈作用，但有毒、污染环境， 它们的使用都受到限制。磷酸盐类防锈剂会污染环境，它们的使用也应受到限制。因而开发 新型无毒无害防锈剂是发展趋势。目前利用多种无毒添加剂的协同效应，如由机胺、硼酸 盐、苯丙三氮唑等复配成的高效防锈添加剂已取得好的效果。钼酸盐也是防锈性能优良且无 毒无害的防锈剂。（3）防腐剂：切削液本身具备着微生物和菌类生长繁殖的条件，容易腐败变质发臭。 防腐剂（或杀菌剂）的作用在于杀灭或抑制细菌和霉菌的生长，以达到延长切削液的使用期 限。常用的防腐剂是酚
8、类化合物、甲醛类、含氯和含苯化合物。虽有较强的杀菌作用，但会 伤害操作者，并污染环境，刺激人的眼、鼻，使操作者患有皮肤病和呼吸道疾病。近年来由 于受到环保法规的限制，许多国家对含酚类、苯类及甲醛类的杀菌剂的使用加以限制，并积 极寻求新型无毒杀菌剂。如日本选用油酸、硬脂酸、月桂酸等羧酸配成的铜盐具有一年以上 的抗腐蚀能力。美国开发的柠檬酸单铜也有较好的抗菌效果。我们近年来利用硼酸酯、表面 活性剂和整合剂复配成的防腐剂也具有较强的抗菌能力。目前国内在切削液中有防腐剂的产品很少见，在切削液使用中加入防腐剂也不多见。这 主要是由于加入防腐剂使切削液的成本增加较大和使用不大方便所致，今后的任务是开发和
9、推广价格适宜使用方便且无毒的防腐剂。切削液的种类金属加工液国际标准化组织（ISO）分类国际标准化组织（ISO）于1986年通过ISO6743/7，按油基、水基将加工液分为MH和MA两大类，又根据每类的化学组成、应用各分为8类和9类，共17类。该标准将目前 众多的金属加工液的品种均可包含进去，我国已等效采用了该标准，制定了 GB7631.51989润滑剂和有关产品（L类）的分类切削液按组成分类国内外对于切削液分类，研究制定了许多方法，目前看来都有一定的缺陷。切削液按组 成分类，是一个传统的分类方法，也是一个在实际中客户容易掌握和接受的分类方法。切削 液的品种繁多，作用各异，但归纳起来分为两大类：
10、即油基切削液和水基切削液。切削液的品种繁多，作用也各不相同，但主要分为切削油和水基切削液两大类。切削油也叫油基切削液，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。目前使 用的切削油有以下几种：1、矿物油常用作为切削油的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。它们具有良好的润滑性 和一定的防锈性，但生物降解性能差。2、动植物油常用的动植物油有猪油、蓖麻油、棉子油、菜籽油和豆油等，它们具有优良的润滑性和 生物降解性能，但使用中易氧化变质。3、普通复合切削油普通复合切削油由矿物油加入油性剂等调配而成，润滑性能比矿物油好。3、油基切削液的分类（1）纯矿物油（L-MHA）:使用煤油、柴油等轻质油和L
11、-AN7、L-AN10、LAN15、L-AN22、L-AN32等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于铁粉的沉降。纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长，可达30C以 下，但价格较贵。（2）脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB）:脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用 于精车丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。（3）非活性极压切削油（L-MHC）:由矿油加非活性极压添加剂组成。（4）活性极压切削油（L-MHD）:由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。（5）复合切削油（L-MHE和L-MHF）:由矿物油+油性添加剂和极压添
12、加剂配制而成。（1）油基切削液即切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。目前使 用的切削油有以下几种: 矿物油：常用作为切削液的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。它们具有良 好的润滑性和一定的防锈性，但生物降解性差。 动植物油：常用作为切削液的动植物油有鲸鱼油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。 它们具有优良的润滑性和生物降解性，但易氧化变质。 普通复合切削液：它是在矿物油中加人油性剂调配而成。它比单用矿物油性能好。 极压切削油：它是在矿物油中加入含硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂和 油性剂等调配而成的复合油。1、纯矿物油（L-MHA）:使用煤油、柴油等轻质油和L-A
13、N7、L-AN10、LAN15、L-AN22、L-AN32 等全损耗系统油，其中轻质油主要用于铸铁件的切削及衍磨及研磨加工，有利于 铁粉的沉降。纯矿物油成本低、稳定性好，对金属不腐蚀，使用周期长。在使用过程中，即 使有少量切削油漏入齿轮箱、轴承和液压系统中或部分润滑油漏入切削油中，都不致影响机 床的使用性能。但纯矿物油由于不含润滑添加剂、润滑效果较差，承载能力低，一般只适用 于轻负荷切削及易切削钢材和有色金属的加工。对于要求低温流动性能好的切削油，可用聚 烯烃等合成油，其凝点可达-30C以下，但价格较贵。2、脂肪油（或油性添加剂）+矿物油（L-MHB ）脂肪油曾被广泛用作切削油，一般用于 精车
14、丝杆、滚齿、剃齿等精密切削加工，常用的有菜籽油、豆油、猪油等。脂肪油主要 由脂肪酸甘油酯组成，对金属表面有强的吸附性能，具有良好的润滑性能，其缺点是易 氧化变质，并在机床表面形成难于清洗的粘膜（即黄袍”）。脂肪油也可按一定比例（质量分数，下同约10-30% ）加入矿物油中，以提高矿物油的润滑效果，但由于脂肪 油为食用油，货源较少，近年来已逐渐被油性添加剂所替代。如15%的JQ-1精密切削 润滑剂+85%矿油，摩擦系数可达到菜籽油的水平，用于精车丝杆、插齿、刨齿、拉削等 均获得良好效果。3、由矿油加非活性极压添加剂组成。所谓非活性极压切削油是指切削油在100r. 3小时 的腐蚀试验中，铜片腐蚀在
15、2级以下（中等程度均匀变色）。氯化石蜡、磷酸酯、硫化脂肪 油等属非活性极压添加剂。这类切削油的极压润滑性好，对有色金属不腐蚀，使用方便，被 广泛用于多种切削加工。4、活性极压切削油（L-MHD）由矿物油和反应性强的硫系极压添加剂配制而成。这类切削 油对铜片的腐蚀为3-4级，对有色金属有严重腐蚀。它有良好的抗烧结性能和极压润滑性， 可以提高高温和高压条件下刀具使用寿命，对刀具积屑瘤有强的控制能力，多用于容易啃刀 的材料和难加工材料的切削。硫化切削油的行业标准是SH0364-92。5、复合切削油（L-MHE和L-MHF）由矿物油+油性添加剂和极压添加剂配制而成。使用油性 添加剂如高级脂肪酸、脂肪油
16、等，能在金属表面产生物理吸附和化学吸附，形成一个分子膜 吸附层，可降低切削时的摩擦阻力，但这类添加剂只有在较低的温度时才有效，当温度高于 200 r时，极性化合物产生解吸和分解而失去润滑作用，这时需要由极压添加剂发挥作用。 同时含有油性剂的硫、磷、氯极压添加剂的复合切削油，可以在很宽的温度范围内保持良好 的润滑状态，适合于多工位切削及多种材料的切削加工。4、油基切削液性能特点油基切削液是使用最早的切削液品种。初期，主要采用动植物油来作为切削液，但动植 物油易变质，使用周期短。随着石油炼制工业的发展，矿物润滑油占据了主导地拉，同时也 使用矿物油和动植物油合成的复合油。现在油基切削液普遍采用含硫、氯的润滑添加剂，应 用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。油基切削液的润滑性
