切削液技术的发展历程及应用：从远古到现代的演变

切削液技术的发展历程及应用：从远古到现代的演变

1、液态切削技术切削液技术众所周知，切削液是金属切削加工的重要辅助材料。人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代，人们在磨削石器、青铜器和铁器时就知道加水可以提高效率和质量，古罗马时期车削活塞泵铸件时使用橄榄油，16世纪用牛脂和水溶剂抛光金属铠甲。自1775年英国的约翰·威尔金森成功研制出锂床，用以加工瓦特蒸汽机的汽缸后，出现了水和油在金属切削中的应用。经过1860年的长期发展，车削、磨削、刨削、磨削、齿轮加工、螺纹加工等各类机床相继出现，也标志着切削液大规模应用的开始。19世纪80年代，美国科学家首先对切削液进行了评定。

2、FW-发现并解释了用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高30%～40%的现象和机理。鉴于当时所用的工具材料为碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出了冷却液这一术语。此后，人们把切削液称为冷却润滑剂。随着人们对切削液认识的不断提高和实践经验的不断丰富，发现向切削区注入油可获得良好的加工表面。起初人们用动植物油作切削液，但动植物油易变质，使用寿命短。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良的润滑添加剂。第一次世界大战后，W开始研究由矿物油和动植物油合成的复合油。1924年，含硫、氯切削油获得专利，并用于重切削。

3、切削、拉削、攻丝及齿轮加工。刀具材料的发展促进了切削液的发展。1898年，高速钢发明，切削速度较以前提高2～4倍。1927年，德国首先开发出硬质合金，切削速度较高速钢提高2～5倍。随着切削温度的不断升高，油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求。这时，人们又开始重视水基切削液的优越性，1915年成为重切削的首选切削液。1920年，油包水型乳化液被生产出来并用于切削。1948年，美国开发出第一种无油合成切削液，20世纪70年代受油价影响，其应用增多。 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，以及切削刀具和工件材料的发展，促进了切削液技术的发展。随着先进制造技术的发展

4、科学技术的深入发展和人们环保意识的加强对切削液技术提出了新的要求，这必然会推动切削液技术向更高的层次发展。切削液的重要作用在金属切削加工中，合理使用切削液，可以减少刀具与工件之间的摩擦，降低切削温度，减少刀具磨损，从而提高切削效率和加工质量，延长刀具使用寿命，降低加工成本。在切削加工中，切削液主要起冷却和润滑作用。 (1)冷却作用切削液灌入切削区后，通过对流传导、汽化切削热，带走刀具、工件及切屑上的切削热，从而降低切削区的温度，达到冷却作用，提高刀具的耐用度和工件的加工精度。 (2)润滑作用切削液渗入切削区，在刀具、切屑、工件接触面上吸附并发生化学反应，形成润滑剂。

5、润滑油膜起润滑作用，抑制积屑瘤的形成，有效降低切削力，降低工件表面粗糙度。此外，切削液还具有清洗、排屑、防锈等功能。 切削液的现状 目前，切削液品种繁多，功能各异，但大体可归纳为两大类，即油基切削液和水基切削液。 （1）油基切削液 油基切削液即切削油，主要用于低速重切削和难切削材料的切削。目前使用的切削油有： 矿物油：常用作切削液的矿物油有全损耗系统油、轻柴油和煤油，润滑性好，有一定的防锈作用，但生物降解性差。 动植物油：常用作切削液的动植物油有鲸油、芝麻油、棉籽油、菜籽油、大豆油等。 它们具有优良的润滑性和生物降解性，但容易氧化变质，切削油主要使用普通复合切削油。

6、切削液：是在矿物油中加入油性剂配制而成，其性能比单一使用的矿物油好。极压切削油：是在矿物油中加入硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂及油性剂配制而成的复合油。 （2）水基切削液 水基切削液分为乳化液、合成切削液、半合成切削液三大类。 乳化液：是由油和水乳化而成，主要由矿物油（含量为50%～80%）、防锈剂、油性剂、极压剂、防腐剂等组成，稀释剂呈不透明状，呈乳白色。但由于其工作稳定性差，使用寿命短，且溶液不透明，操作时不易观察切削情况，因此使用量逐年减少。 合成切削液：其浓缩液不含矿物油，由水溶性防锈剂、油性剂、极压剂、表面活性剂、消泡剂等组成，稀释液为透明状。

7、清澈或半透明。主要优点是：使用寿命长；冷却清洗性能优良，适用于高速切削；溶液透明，可视性好，特别适合在数控机床、加工中心等现代化加工设备上使用。但合成切削液容易将机床滑动部位的润滑油冲走，造成滑动不灵活，润滑性能相对较差。半合成切削液又称微乳化切削液，其浓缩液由少量矿物质（含量为5%-30%）、油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂、防腐剂等组成，稀释液呈透明或半透明状，兼有乳化液的优点，稀释液中油滴直径比液体和合成切削液小，弥补了两者的缺点，是切削液的发展趋势。切削液添加剂现状切削液是一种复杂的化合物，含有几种甚至几十种不同成分的添加剂。 添加剂的成分不是

8、它不仅直接影响切削液的切削性能（润滑、冷却和清洗性能），而且影响切削液的非切削性能（毒性、腐蚀性、污染性、使用寿命及废液处理性）。切削液常用的添加剂有极压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。因此，这些切削液添加剂不仅要具有优良的性能，而且还要无毒无害。 （1）极压润滑剂目前仍在使用的极压润滑剂主要是含硫、磷、氯的化合物，如烯烃硫化物、动植物油的硫化物、硫腺、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，在切削时起极压润滑作用。它们具有良好的润滑性能，但对环境有污染，对操作人员有危害。随着人们环保意识的加强，这类添加剂的使用已受到限制。 国内外正在研究其替代品。近年来，无毒无害的

9、有害的硼酸盐（酯）系列添加剂受到广泛关注。 （2）防锈添加剂防锈添加剂的作用是防止工件生锈。防锈添加剂有水溶性和油溶性两大类，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锁、石油磺酸钠等。对于水溶性防锈添加剂，亚硝酸钠长期以来被认为是一种有效的防锈添加剂，但人们逐渐认识到它对人体可能有致癌作用。锯片和重锯片对钢铁也有很好的防锈作用，但有毒，污染环境，故限制使用。磷酸盐防锈剂会污染环境，也应限制使用。因此，开发新型无毒无害的防锈剂是发展趋势。 目前，采用多种无毒添加剂的协同作用，如由有机胺、硼酸盐、苯丙三唑等复配而成的高效防锈添加剂，已取得良好的效果。

10、盐还是一种无毒的防锈剂，防锈性能优良。切削液本身具有微生物和真菌生长繁殖的条件，容易腐败变质、发臭。防腐剂(或杀菌剂)的作用就是杀死或抑制细菌和霉菌的生长，以延长切削液的使用寿命。常用的防腐剂有酚类化合物、甲醛、含氯和含苯类化合物等。它虽然有很强的杀菌作用，但会危害操作者，污染环境，刺激眼鼻，使操作者患皮肤病和呼吸道疾病。近年来，由于环保法规的限制，许多国家已限制使用含酚、苯和甲醛的杀菌剂，并积极寻求新的无毒杀菌剂。 如日本采用油酸、硬脂酸、月桂酸等羧酸制成的铜盐，耐腐蚀性可达一年以上。美国研制的柠檬酸单铜盐也有良好的抗菌效果。近年来，我们利用

11、用硼酸盐、表面活性剂、整合剂等复配的防腐剂还具有很强的抗菌能力。目前，国内切削液中含有防腐剂的产品很少，在切削液使用过程中添加防腐剂的情况并不普遍。这主要是因为防腐剂的加入大大增加了切削液的成本，使用不方便。今后的任务是开发和推广价格合理、使用方便、无毒的防腐剂。切削液的选择目前切削液的种类很多，性能各异，如果选择不当，将会发生不良后果。切削液的选择应遵循以下原则：（1）切削液应无刺激性气味，不应含有对人体有害的添加剂，以保证使用者的安全。 （2）切削液应满足设备润滑与防护管理的要求，即切削液不应腐蚀机床金属零部件、不应损坏机床密封件和油漆，不应在机床导轨上留下坚硬的胶状沉淀物，以保证使用。

12、设备安全、正常运行。（3）切削液应保证工件工序间的防锈效果，不腐蚀工件。加工铜合金时，不宜使用含硫的切削液。加工铝合金时，应使用pH值为中性的切削液。（4）切削液应具有优良的润滑性能和清洗性能。选择最大无卡死负荷PB值高、表面张力低的切削液，并通过切削试验进行评价。（5）切削液应具有较长的使用寿命。这一点对加工中心尤为重要。（6）切削液应能适应多种加工方式、多种工件材料。（7）切削液应污染性小，有废液处理方法。（8）切削液应价格合理，配制方便。综上所述，用户在选择切削液时，可根据工厂的具体加工情况，先选择2～3种综合性能较好的切削液。 经过工厂试用，确定性能满足工厂加工要求，价格合理的切削液。切削液的发展趋势