不锈钢加工中切削液的选择

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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
基溶液和动植物油。直到20世纪初,人们能够从原
# N/ |$ d/ V5 A* {2 S9 K* s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
+ K  O/ D/ I. a6 j5 I0 \工配套切削液的发展。
, u" x+ K2 u2 Q6 z  D1　不锈钢切削加工的特点及其对润滑冷却液的要求
- l2 L3 f4 f- q4 W& K) f' E1 ?$ N(1)加工特点
6 Q. X" V# r6 x8 D由于不锈钢在机械性能方面具有高的抗拉强度、
0 n4 o* R# i0 ~( B9 _5 D& v屈服强度、延伸率和冲击值,而且其高温强度和硬度
亦高,另外,不锈钢还具有很高的耐腐蚀和耐高温等
. V4 P3 _% H3 m' M特点。因此,它被广泛地应用于机械、石油化工、电
) n( y# ]0 t- e/ c* z子仪表、国防等工业部门。在物理性能方面其导热点
) K# @# J4 \9 J" {较低,由于这些性能,使其切削加工具有以下四个特
" Y. l& {/ t' f/ U: ?% |$ a8 W5 S点,即:①切削力大,②切削温度高,③粘刀现象严
( T5 c- }! Z1 z重,④加工硬化趋势强。由于以上的切削特性,不锈
钢在切削过程中表现出切削功率消耗大,切削温度
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
2 r8 R  u; K! u2 q" _( Z一般材料的切削加工是流体润滑和边界润滑相混
, K" n( f$ t; P* z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
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
7 E6 p6 m7 F6 ?8 j; K( z3 z+ X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
0 s. z. m9 ^! e% v- {6 m6 u+ I态。因此,对于不锈钢这种难加工材料,它在切削加
. u5 s1 e. r' G, H! v工时是以边界润滑为主的。
在切削加工中,影响边界润滑的因素很多,润滑
$ V6 D4 H; N4 c, o: n: ]" E$ g剂的油性和极压性能是主要因素之一,润滑剂的油性
是靠其极性分子在金属表面的吸附作用实现的,由于
4 j) {/ G; N; f. \5 ?/ @8 d不锈钢在切削加工时的切削温度高,在高温下,这种
/ V6 n7 S8 U. M不大的吸附力易被破坏而使其油性失去作用,出现金
/ U/ l2 Q0 |& G2 c9 Q% `. @属间接触摩擦,造成严重磨损。为了保证边界润滑膜
, p) `2 ?" j6 b* x不被破坏,需要向润滑剂中加入极压添加剂。极压添
加剂与金属摩擦而发生反应,生成相应的化合膜;该
膜在高温下能维持切削和刀具的润滑,从而减少刀具
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。
6 P# C0 H6 p6 {* l, }/ w8 |0 X# T此外,由于切削不锈钢时切削力大,产生的切削
! _; \; l7 ?2 a. o9 R' z, `热也大,因此,切削液还必须具有优良的冷却性能,
, B* Z& O+ S. O% o: `使加工过程得到充分冷却,以保证工件的加工精度及
一定的刀具寿命。
- {* J1 H. H" V8 S# W所以,针对不锈钢的切削特点,其切削液必须具
4 B& T- P7 \$ {; N: B  ~# k  c有优良的润滑、冷却性能和渗透能力,还应具有一定
的防锈清洗性能。
2　不锈钢加工中切削液的选择
1 j/ D0 A6 B; H7 b$ K% V切削液可分为非水溶性和水溶性两大类。就冷却
性来看,油溶性切削液的冷却效率是很低的。对于不
锈钢切削,由于它自身具有导热点低的特点,所以油
6 z  _3 p9 [' o2 M8 d性切削液不易进行有效的冷却。在实际操作中往往会
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
4 @" G) m0 \2 E# |6 T0 _: Y削时产生的热量从而达到理想的冷却效果。
0 w' q/ {" f4 d, m  e* Q6 ]) n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
  F5 J) `/ |+ H: v" ^& r, c9 \% a' t8 f差,在加工中较难形成理想的润滑膜、容易产生刀具
' S* t" l3 x& ^3 E5 O面与工件之间的直接接触而形成所谓的干摩擦,使刀
与屑之间接触长度变长,剪切角变小,从而增加切削
+ H7 e% `4 T7 J0 A( l; ?  x. _难度。所以它很难满足在切削时以边界润滑为主的不
锈钢切削加工的要求。乳化油的润滑性和冷却性介于
油剂和合成液之间,但普通乳化油由于含油量大使得
7 D% v* G' t" D, R; I- n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。
刀具耐用度(min)
工件:18-8不锈钢(SUS7)
刀具20(0,10,6,6,15,15,015mm)
切削条件:t=2mm　s=0125mm/r
判定标准:VB=016mm
$ P4 X: ~2 ?" u9 j9 T图1
( S0 z. R0 W) \0 ?微乳型切削液是一种新型的水基极压切削液,它
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
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
( S3 _5 y% Z4 H$ Z8 i- i纯合成切削液的优点,具有优良的润滑、冷却、渗透
0 U. D! i6 x. P和防锈性能,能有效地满足不锈钢的加工要求。在不
5 P7 q5 j) z6 F$ n% p1 l+ t) |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。
图1是切削不锈钢时对应于各种切削液的刀具耐
用度。
目前,国内此类型水溶性难加工切削液产品已有
许多,其中广州机械科学研究院研制并生产的BQY不
锈钢切削液、WEP微乳化切削液都是上述类型的切削
( f& X4 p: `  {& Q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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