不锈钢加工中切削液的选择

ruan1012

金属加工切削液是机械加工工业的重要配套材
料,它是随着机械加工工艺的进步而发展起来的。人
们使用切削液最早是从水开始的,后来使用简单的水
4 Z4 h* s9 K7 h) _' v基溶液和动植物油。直到20世纪初,人们能够从原
油中提炼出大量的润滑油之后。尤其是发明了各种润
滑油添加剂以后,才真正开始了现代意义上的机械加
0 v  ^) u; H" d9 P工配套切削液的发展。
1　不锈钢切削加工的特点及其对润滑冷却液的要求
(1)加工特点
& H1 v) D# z% y: y2 D由于不锈钢在机械性能方面具有高的抗拉强度、
2 l: t- L  s4 _! H& y屈服强度、延伸率和冲击值,而且其高温强度和硬度
2 h! _0 ^: o4 L: H亦高,另外,不锈钢还具有很高的耐腐蚀和耐高温等
特点。因此,它被广泛地应用于机械、石油化工、电
子仪表、国防等工业部门。在物理性能方面其导热点
& [5 a* k2 d" V0 E4 J! c6 e; K# T较低,由于这些性能,使其切削加工具有以下四个特
: X) b" b- c6 L' g: V点,即:①切削力大,②切削温度高,③粘刀现象严
重,④加工硬化趋势强。由于以上的切削特性,不锈
  w' B! Y( ]0 q" P4 `5 H& U钢在切削过程中表现出切削功率消耗大,切削温度
- r" j  I0 C% X0 n高,出现刀具寿命短和加工工件表面质量低等现象。
(2)不锈钢加工中对润滑冷却液的要求
$ u' M% C3 \+ l7 A一般材料的切削加工是流体润滑和边界润滑相混
5 U" w9 C, H( K8 S& t% H. l7 e存在。流体润滑是指运动着的两个物体表面被连续的
润滑剂膜完全分离,阻止了物体间直接摩擦。对于不
7 U8 R7 Z% o: J1 {3 A锈钢等难加工材料,在切削加工时,切削力大,刀具
面和切屑间的垂直应力,一般可达数万牛顿。在这样
高的压力下,润滑剂膜完全被压破,刀具和切削发生
直接摩擦,得不到流体润滑因而近似于边界润滑状
2 i& G5 ]- k  o9 E" V- _态。因此,对于不锈钢这种难加工材料,它在切削加
工时是以边界润滑为主的。
% \+ J( Q: V" }  r# ]在切削加工中,影响边界润滑的因素很多,润滑
" I' ]$ @7 l& i2 @1 J. Z剂的油性和极压性能是主要因素之一,润滑剂的油性
& x$ B9 q+ d8 |- M是靠其极性分子在金属表面的吸附作用实现的,由于
2 O  \6 ^* C5 ^4 ^: K. q不锈钢在切削加工时的切削温度高,在高温下,这种
不大的吸附力易被破坏而使其油性失去作用,出现金
4 S9 G4 t8 B& Z- E6 e属间接触摩擦,造成严重磨损。为了保证边界润滑膜
不被破坏,需要向润滑剂中加入极压添加剂。极压添
8 D. N$ C, Z  E' N8 W$ @9 h# {加剂与金属摩擦而发生反应,生成相应的化合膜;该
% q5 g2 s, C( G膜在高温下能维持切削和刀具的润滑,从而减少刀具
: k  Y; s4 \4 p2 t磨损,提高加工质量,因此切削不锈钢材料要求采用
含有极压添加剂的切削液。
此外,由于切削不锈钢时切削力大,产生的切削
8 M3 R/ C# e+ G- N4 T# D: ^热也大,因此,切削液还必须具有优良的冷却性能,
使加工过程得到充分冷却,以保证工件的加工精度及
& W4 h5 x0 U( y$ `+ H* @8 M一定的刀具寿命。
/ L& r9 Q+ F$ \6 G6 K# N  O所以,针对不锈钢的切削特点,其切削液必须具
9 G; d: R" ^, C. ~9 M有优良的润滑、冷却性能和渗透能力,还应具有一定
( z% P7 c$ i& H4 i) ]+ w. o的防锈清洗性能。
2　不锈钢加工中切削液的选择
切削液可分为非水溶性和水溶性两大类。就冷却
! _, }9 |" d6 N: q8 S: u. X% v性来看,油溶性切削液的冷却效率是很低的。对于不
; Y# ~2 J& @+ M锈钢切削,由于它自身具有导热点低的特点,所以油
0 _3 K- I) f4 H- @: D性切削液不易进行有效的冷却。在实际操作中往往会
+ P1 y1 G* t6 y& W9 {8 i由于加工余量大、产生热量多未能及时散热而使切削
油冒烟,从而影响加工。水溶性切削液能迅速传散切
削时产生的热量从而达到理想的冷却效果。
/ K- Y5 f! i7 b水溶性切削液又分为乳化液和合成液两种,合成
液虽然在冷却性能方面是最优的,但其润滑性却较
  B  f: w1 Y2 u2 F* \/ s7 o, ]差,在加工中较难形成理想的润滑膜、容易产生刀具
面与工件之间的直接接触而形成所谓的干摩擦,使刀
; B' i) H9 B% Z" l) g8 M# W5 C与屑之间接触长度变长,剪切角变小,从而增加切削
9 ]! B* ]) P( q3 z- B4 ]3 o& g$ a5 @难度。所以它很难满足在切削时以边界润滑为主的不
5 s0 }) U2 |8 M+ i3 m! y锈钢切削加工的要求。乳化油的润滑性和冷却性介于
) f3 J1 |+ b( [6 W  b3 I3 q油剂和合成液之间,但普通乳化油由于含油量大使得
( Z  Y, P' U; o. {冷却性一般、较易腐败发臭,故难以满足不锈钢加工
的特殊加工要求。
4 Z  U" k" f% X' E6 a2 F刀具耐用度(min)
# T6 w) \+ ]& s' ?8 ^6 r6 Q工件:18-8不锈钢(SUS7)
" Q  j) t5 d! p" \* z刀具20(0,10,6,6,15,15,015mm)
切削条件:t=2mm　s=0125mm/r
: V6 E0 I8 z8 p" C* r判定标准:VB=016mm
9 d0 T; c( m6 \+ n( P3 x图1
% m0 p# |5 w7 T3 B微乳型切削液是一种新型的水基极压切削液,它
, Z* M5 K' o4 r" d& `是由矿物油加极压添加剂和表面活性剂溶于水形成的,
但其含油量远低于乳化液中油的含量,表面活性剂含
& V$ b; g. g; S/ k) _量高,使分散在水中油滴微粒的直径比乳化液小,渗
透能力强,能有效地润滑和冷却刀切面。由于微乳化
液特有的组成,使得它兼顾了油基切削液、乳化油及
% M' Q. d( A% @: t纯合成切削液的优点,具有优良的润滑、冷却、渗透
和防锈性能,能有效地满足不锈钢的加工要求。在不
锈钢等难加工材料中得到了广泛的应用,是不锈钢加
工的理想切削液。
7 E% ~2 z6 G/ I图1是切削不锈钢时对应于各种切削液的刀具耐
用度。
& A, K6 a6 E6 T0 B( Y# j$ W8 Q3 x目前,国内此类型水溶性难加工切削液产品已有
3 ]  `4 s& ~* D; Z0 h/ j许多,其中广州机械科学研究院研制并生产的BQY不
% D7 }! _8 ?2 L1 F+ x锈钢切削液、WEP微乳化切削液都是上述类型的切削
" V* r3 @, {6 J& S液的典型代表,已得到了广泛的应用,市场反应良
好,并取得了较为可观的经济效益。
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