1、第三章第三章 金属切削加工润滑金属切削加工润滑第一节第一节 金属切削过程及其润滑特点金属切削过程及其润滑特点一、金属切削过程一、金属切削过程 金属的加工方法繁多，其中切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。根据工件的形状、精度及表面质量的不同要求，金属切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、铰、拉，齿轮切削、螺纹切削及磨削等。尽管这些具体加工方法各有特点，但它们却有一个重要的共同点，都是用刀具或磨具切削金属。这一点也是金属切削加工区别其他加工方法的特殊性。所谓金属切削过程就是由机床提供必要的运动和动力的条件下，用刀具(或磨具)切除或磨削)坯件上多余的金属，从而获得形状，精度及表面质量都符合要求
2、的工件的过程。见图3-1。nA为第一变形区，又称剪切区，在该区发生金属的剪切变形。此区域存在切削变形的问题。nB为第二变形区，即是切屑和刀具前刀面发生摩擦的区域，在此区域存在着摩擦、润滑和磨损的问题。nC为第三变形区，即是刀具后刀面与已加工表面发生摩擦的区域，在这里存在着工件的尺寸精度，加工表面粗糙度及变质层的问题。图3-1 切削过程示意图 二、金属切削过程的润滑特点二、金属切削过程的润滑特点 金属切削的润滑与一般部件的润滑有许多不同的地方，这是由于切削过程的特点决定的。1、摩擦特点 切削过程的特点是被切削金属层在切削刃的切割和前刀面的推挤作用下进行的。切屑以很大的压力(最高可达2000-30
3、00Mpa)作用在前刀面上，并以较高速度沿前刀面流出。由于被切削金属的塑性变形区（图3-1 A区），切屑底面与刀具前刀面接触摩擦区（图3-1 B区），以及刀具后刀面与已加工表面接触摩擦区(图3-1 C区)。切削过程的摩擦是由内摩擦和外摩擦组成。切削塑性金属时，第一变形区和第二变形区是切削热的主要来源；切削脆性金属时，第三变形区是切削热的主要来源。由此可知，金属切削过程中的热主要是由于塑性变形和接触摩擦产生的。而金属塑性变形属于金属的内摩擦，所以严格地说，切削过程中的热是金属的外摩擦和内摩擦造成的。内摩擦产生的摩擦力比外摩擦的摩擦力要大得多。其摩擦热比只有外摩擦的一般部件润滑时大得多，可以达到摄
4、氏数百度以上的温度。切削过程中的摩擦是内摩擦起主导作用。因此，对于高温下的切削，冷却和润滑显得十分重要，而一般部件润滑几乎不存在冷却问题。一般被润滑的部件，绝大部分能量用以作功，只有较少部分能量转化为热能。而切削过程所消耗的能量，除创生面的表面能、加工面和切屑中的残留应变能等占l%一3%外，97%的工作能量都转化为热能。其中2/3的能消耗于塑性变形，1/3的能消耗于刀具与切屑、刀具与工件的摩擦。由于切削刃区域极小，热量高度集中，故有时切屑与刀具界面温度很高，切削时可达800，磨削时可达1200。刀具在高温下其硬度、强度大幅度下降，使用寿命急剧缩短，有人认为刀具寿命与切削时刀具温度的20次方成反
5、比。例如用高速钢刀具在特定条件下切削，当刀具与切屑界面平均温度由650下降到600时，刀具的寿命可以由57min增加到150min。2、润滑特点 在切削加工中，切屑以很高的速度沿前刀面流出，与前刀面的接触时间极短(磨削时，接触弧的时间约0.04s)，并且与刀具只接触一次，因此要求切削液中的极压抗磨剂与金属表面的化学反应能瞬时完成。切屑离开刀具表面后继续进行的化学反应，对于改善切削过程润滑实际上不起作用。这种情况与一般部件的润滑也是不同的。一般部件的润滑是金属表面上有一层氧化薄膜，或者附着一层有机物，在不变的摩擦面上通过反复移动或旋转动作完成。例如齿轮啮合时间极短，但因其不断周而复始地循环，油性
6、剂、极压剂的作用可以在数个循环周期逐步完成。切削加工过程的润滑属于边界润滑状态，其润滑性能不但与切削液的渗透性有关，而且还与润滑薄膜的性质有关。切削液进入切削区主要靠渗透，切削液的表面张力、粘度大，渗透性，润滑性能差；生成的润滑薄膜的强度高，润滑性能好。由此可见，在切削过程中使用油性、极压添加剂改善切削液的性能必须考虑其反应速度，也就是说反应速度越快越好。而反应速度又与切削液的渗透能力和其中添加剂的活性以及被切削金属的化学活泼性有着密切关系。第二节第二节 金属切削过程的冷却润滑机理金属切削过程的冷却润滑机理（切削液的作用）（切削液的作用）一、使用切削液的目的一、使用切削液的目的 延长刀具寿命；
7、保证和提高加工尺寸精度；改善加工面，降低工件表面粗糙度值；随时排除碎切屑，洗净加工面;迅速均匀地冷却加工的刀具、工件和机床有关部件；防止工件和机床腐蚀或生锈；提高切削加工效率；降低能耗和生产成本。切削液的基本功能：冷却、润滑、清洗、防锈。二、冷却作用二、冷却作用 切削热是由切削过程中金属变形和摩擦所消耗的功转变而来。图3-1所示的三个变形区就是产生切削热的热源：即被加工材料的弹、塑性变形所消耗的功转变的热和刀具前刀面与切屑底层摩擦所产生的热以及刀具后刀面与加工表面摩擦所产生的热。产生这些热量除去以辐射的形式散出去的部分外，均用于加热刀具、切屑及加工表面，使之温度升高：加剧了刀具的磨损、缩短了刀
8、具寿命、在已加工表面生成热变形。因此，切削过程中三个变形区所产生的热量除分别由切屑、工件、刀具和周围介质如空气传出外，还应采用切削液将切削区的热量迅速带走。切削液的冷却效果有两个方面：即通过润滑对切削机理的影响所体现的冷却及直接冷却。由于切削液的自身冷却能力，其直接冷却作用不但可以降低切削温度，减少刀具磨损，延长刀具寿命，而且还可以防止工件热膨胀，翘曲对加工精度的影响，以及冷却已加工表面抑制热变质层的产生。冷却作用通常是指切削液将热量从它产生的地方迅速带走的能力。在金属切削时，靠对流、汽化吸收传出大量的热。切削液的冷却作用大小，取决于热导率、比热容、汽化热、汽化速度、流量及流速(流速与粘度、压
9、力有关)等。通常水的热导率、比热容，汽化热比油大，粘度比油小所以一般水的溶液的冷却性能最好，油类较差，乳化液介于二者之间，接近于水。冷却性能的好坏，还与切削液泡沫性有关，因为泡沫为空气的导热性比水差，所以多泡沫的切削液，其冷却作用会降低，必须设法除去泡沫。除去方法:如加甲基硅油消泡剂，降低液体的循环使用速度，增加贮油池的容积等。其次，冷却效果也与冷却方式有关，有些切削加工方法，如果采用喷雾冷却、内冷却，则冷却作用更为显著。三、润滑作用 切削液的润滑作用是指它减小前刀面与切屑、后刀面与工件表面之间的摩擦，磨损及熔着、粘附的能力。在一定条件下，使用良好的切削液，可以减少刀具前、后面的摩擦，因而能降
10、低功率，增加刀具寿命，并获得较好的表面质。而更重要的是减少产生积屑瘤(即刀瘤)的机会。金属切削中的润滑最终表现的是边界润滑。切削液的作用机理是切削液必须浸透到切削刃部位，其浸透途径通常由刀背部浸入，流到刀具的两侧，进而从测面扩散，渗透到刀尖区。润滑作用是:刀具前刀面常常依靠氯化物、硫化物等极压剂形成的固体润滑膜来起作用；减少切屑接触长度，改善刀具前刀面的润滑状态，使剪切角增大和切削力减小。在切削加工中，金属表面因受应力作用而产生许多细微裂缝，这时切削液的极性物质能迅速被吸附和渗入到这些微小的裂缝中，使其表面能降低，这就是所谓“硬度降低”的作用。控制积屑瘤的形成。一种性能优良的切削液需同时含有油
11、性剂和极压剂。而常用的油性剂有脂肪酸、醇类、酯类等。极压剂是有机的氯、硫、磷等化合物，为取得较好的效果，一般选择两种以上的添加剂复合使用，以满足金属切削的边界润滑。四、清洗作用四、清洗作用 切削液清洗性能的好坏除与使用压力有关外，还与切削液的流动性件（粘度）、流量和渗透性有关。而渗透性和流动性的好坏又与切削液的成分有关。所以，常常在切削液中加入一定油溶性或水溶性表面活性剂，以增强润湿渗透性、降低表面张力、提高清洗能力。切削液的清洗作用对磨削加工非常重要。在磨削加工中，所产生的磨屑及磨粒多呈粉尘状，极易堵塞砂轮磨粒间的间隙而降低了砂轮的锋利程度(即降低了切削能力)，并使磨削区的温变升高而“烧坏”
12、工件，在高速、强力磨削时更为突出。此时若切削液的清洗性能较强，就能迅速渗透到极微小的缝隙中，而在碎屑和砂轮的磨粒间保特一定的液体膜，从而减小摩擦，有利于碎屑的脱除。在磨削较硬金属而采用.乳化油时，也常出现堵塞砂轮现象，这是因为乳化型切削液的乳化稳定性较差的缘故。众所周知，油类对砂轮和金属表面的润湿能力要比水更强些，这可由水和油在金属和砂轮表面上的铺展情况（或接触角大小)得到证实。在高速磨削和强力磨削时，为了提高切削液的冲刷能力，及时冲走碎屑和磨粉，用高压冲洗法并保特切削液的足够流量，是提高切削液清洗能力的有效途经。此外，在某些半封闭切削加工中(例如深孔加工)，也常常采用高压注入法，增强切削液的
13、清洗、排屑性能。五、防锈作用五、防锈作用 切削液防锈作用的好坏，取决于切削液的配方和其中防锈添加剂的性能。对于切削液防锈性能的选择，应根据机床的精密程度、行业特点(如轴承、仪表行业)、工艺条件、工件材质和其他要求综合考虑。小结：小结：切削液的冷却、润滑、清洗、防锈四个作用并不是孤立的，而是互相影响，各有侧重的有机统一体。油基切削液的润滑性、防锈性较好，但冷却性、清洗性稍差;水基切削液的冷却、清洗性能较好，但润滑性、防锈性略差。因此，对于每一种切削液来说，这四个性能不可能都是优良的，应当根据具体情况抓住主要矛盾，兼顾共他方面进行合理配制和选用。此外，切削液除具有以上四个作用外，还应具有减小环境污
14、染，对人体无害，经济效益好，易配制、使用方便、贮存稳定性好，不易变质等特点。第三节第三节 切削液的分类和组成切削液的分类和组成图3-3 切削液的种类 一、油基切削液一、油基切削液 油基切削液又叫切削油，一般润滑性良好，但冷却性能比水基切削液稍差。在用高速钢刀具切削而且切削速度较慢的时候采用油基切削液，能延长刀具寿命，降低工件表面粗糙度值。但是，如果用在高速和重切削等加工过程中，因剧烈地冒烟而恶化环境卫生，甚至有引起火灾的危险。由于油的飞溅和散落也加剧了对环境的污染等。以往切削油多以菜籽油、豆油、猪油等作原料，因为这些油安定性差而且价格贵，所以现在都是以矿物油作原料。这一类油可分为矿物油、脂肪油
15、、混合油和极压油。1 1矿物油矿物油 矿物油是从天然原油中提炼出来的，它来源丰富，价格便宜，透明性和稳定性好。常用的矿物油有煤油、轻柴油及N7、N10、N15、N22、N32等机械油，机械油的号数是指它在40时的粘度。矿物油一般不含脂肪酸，而含有未饱和的碳氢化合物。这些化合物也能吸附在金属表面上。但是其吸附力没有有机酸分子吸附牢固。矿物油在流体润滑状态下，有良好的润滑性能，但不适用边界润滑。通常矿物油只作为切削油的基础油，加入一定量的油性剂或极压剂，以保证切削过程中边界润滑时有较低的摩擦系数和磨损。渗透性好的低粘度矿物油，除了用于黄铜、易切削钢等的轻切削加工外，还可以用于轻合金的研磨(抛光)、
16、珩磨、和精加工。2 2脂肪油脂肪油 脂肪油一般是指动、植物油，它包括猪油、牛油、羊油、鲸鱼油、菜籽油、豆抽、棉籽油、妥儿油、椰子油、棕榈油、蓖麻油等。动、植物油的油性比矿物油好，而动物油的油性又比植物油好。这些油中都含有极性分子，能吸附在金属表面上形成比较牢固的吸附膜，故在边界润滑条件下能降低摩擦系数，提高切削性能，从而获得良好的加工精度和工件表面质量。适用于低速轻切削，如铰孔和螺纹切削以及铜、铝等有色金属的加工。3 3混合油混合油 混合油(又称复合油)，是以热安定性良好的矿物油为基础油加入动物油和植物油、脂肪酸、合成醋油等油性剂混合而成的，同时为防止氧化变质，还加抗氧剂。润滑性能远比单独的矿
17、物油好，即接近或相当于动、植物油。能有效地提高加工精度和延长刀具寿命。可是在切削条件恶劣、摩擦温度高的加工中，和脂肪油类一样会降低润滑效果。4 4极压油极压油 极压油一般是以矿物油为基础油，加入氮、硫、磷的有机物极压剂、油性剂和防诱剂等调配而成，是油基切削液中的主要种类。含氯化物添加剂的氯化油、有机金属添加剂(如硼酸盐、有机钼)油、稳定的非活性硫的硫化油及非活性的硫-氯化油等，切削性能好，其化学稳定性比活性极压油好，通常被广泛应用。含活性硫的硫化切削油和含活性硫的硫-氯化切削油等，在控制积屑瘤形成方面有显著效果，并能获得良好的加工表面。低速加工难切削材料，也能提高加工精度。但在高速切削中，因化
18、学腐蚀磨损，使刀具寿命下降。同时对有色金属(如铜)产生腐蚀。二、水基切削液二、水基切削液 水基切削液是用大量的水进行稀释，所以克服了使用切削油冒烟、易燃以及加工后粘附在金属表面上的油脂难于清洗的弊病，而且价格便宜。但其缺点有:因为是用水作稀释剂，故使机床和被切削金属材料容易生锈;若与机床上的其他润滑油混合，就会使其润滑能力变坏，从而降低机床寿命。这类切削液一般分为乳状液、合成液、半合成液和化学溶液四种。1 1乳化油型切削液乳化油型切削液 乳化油通常称“可溶性油，当与水混合后立即产生乳状液。乳化油是以轻质矿物油加入表面活性剂(乳化剂)、稳定剂、防锈剂、油性极压剂、抗抱剂以及防霉剂等组成。其中前四
19、种添加剂是主要成分，而其他添加剂则根据乳化油的成分和用途而定。乳化油兼有水的极好冷却性和油的润滑性，因而有较好的适用性和经济性。乳化油在所有机加工中有广泛的用途，在世界上占所有切削液消耗量的50%以上。2 2半合成切削液半合成切削液 半合成切削液，国内又称微乳液。它是以水为基础，由有机和无机材料的分散精细胶体组成的，并含有5%-30%的矿物油。主要组分是分散剂或表面活性剂，它能改善润湿性、确保更大的均匀散热性，还能促进其他化学成分的结合。其他添加剂包括消泡剂、EP剂、抗腐蚀剂、铜的减活化剂等，其浓缩物可以是液态、膏状和固体粉剂等形态。使用时用自来水稀释成半透明或透明液体。半合成液的透明度与它的
20、乳化程度、乳化颗粒大小有关。该类切削液兼有乳化液和合成液的优点，润滑、冷却、清洗、防锈性能均较好，与乳化液比较，能阻止细菌的分解繁殖，因而使用寿命长，后处理容易;但因无机盐含量高，故往往在机床的有关零部件上残留着胶粘状或粉末状沉淀物。该类切削液适用于车、铣、钻、磨等多种金属加工。3 3合成切削液合成切削液 合成切削液是一种完全不含油的，由水溶性EP剂、油性剂、防锈剂、表面活性剂等形成切削液浓缩物。使用时，用自来水按一定比例稀释成半透明或透明液体。此类切削液最突出的优点是:工件可见度好、使用寿命长、使用安全、节约油料资源;具有独特的冷却、清洗性，润滑性和防锈性各有不同，可视加工要求和使用条件的苛
21、刻程度不同进行选用。但用于有切削液流过滑动导轨的切削机床，应避免合成液将滑动导轨面上的润滑油膜冲洗掉，而造成阻塞和卡咬。4 4化学溶液型化学溶液型 化学溶液又称真溶液。它是以亚硝酸钠、铬酸钠、三磷酸钠、碳酸钠等无机盐类为主体，加少量的表面活性剂和有机胺如三乙醇胺、二乙醇胺等组成。这类切削液一经水稀释，就成为全透明稳定的水溶液，不起泡沫，抗硬水能力强，不容易变质发臭。但润滑性能不良，表面张力较大，因无机盐类对铁表面的阴离子吸附性较强，故防锈性能较好。如果这种稀释的切削液里含有0.2%的亚硝酸钠，则可防止加工过程引起工件和机床的腐蚀。由于亚硝酸钠对钢铁的防锈效果好，且价格低廉，因此它是我国目前使用
22、最多的一种水溶性的中性介质缓蚀剂。亚硝盐和二乙醇胺混合在一起，在一定条件下，就要二次生成有效致癌物质的N一亚硝基链醇胺。化学溶液型切削液，主要是供磨削用。第四节第四节 切削液性能及评价切削液性能及评价 一、切削液性能一、切削液性能 切削液的性能包括理化性能和力学性能两个方面。1.1.切削液的理化性能指标切削液的理化性能指标 切削液主要是以产品的物理性能作为其质量指标。以水基切削液为例，切削液需要监控的理化性能指标如表4所示。表4 水基切削液需监控的理化性能指标 由表4可知，水基切削液的物理性能指标，主要是它们内在因素所决定的，其使用的场合和效果也不尽相同。表4 2 2切削液的力学性能指标切削液
23、的力学性能指标 切削液的质量优劣，除要求理化性能符合规定指标以外，更重要的是力学性能指标，在金属切削中能满足最佳的切削条件，即在其他条件(如切削量，切削材料、刀具等)相同的情况下，切削液对刀具寿命、工件精度及表面粗糙度、切削比(或磨削比)、切削力扭炬、轴向力、径向力)、振动、温度、金属去除率、动力消耗、经济性等均产生影响。在实际应用中，针对具体的加工方式、工艺参数，工件材质和切削刀具(或磨具)的不同，对切削液的力学性能要求也有所侧重。润滑剂的主要功能是减少摩擦和磨损，防止相对运动的两摩擦表面之间的擦伤和烧结，因此要求润滑剂具有良好的润滑性能。润滑性能包括油性、抗磨损性和极压性3个方面。这三者既
24、有关联，又有区别。油性主要是指润滑剂减少摩擦的性能。以提高这种性能为目的而使用的添加剂称为油性剂，有时也称为减摩剂或摩擦改进剂。用作油性剂的是某些表面活性物质，如动植物油脂、脂肪酸、酯、胺等。抗磨损性是指润滑剂在轻负荷和中等负荷条件下，即在流体润滑或混合润滑条件下，能在摩擦表面形成薄膜，防止磨损的能力。提高润滑剂的这种能力的添加剂称为抗磨损添加剂。极压性是指润滑剂在低速高负荷或高速冲击负荷条件下，即在边界润滑条件下，防止摩擦面发生擦伤和烧结的能力。为此目的而使用的添加剂称为极压添加剂或简称EP剂。极压剂多为含硫、磷、氯等活性物质，能在摩擦面上和金属起化学反应，生成剪应力和熔点都比原金属低的化合
25、物，构成极压固体润滑膜，防止烧结。二、切削液性能检测二、切削液性能检测 1 1理化性能指标评定方法理化性能指标评定方法 切削液的理化性能指标评定方法和所需仪器都比较简单，因此作为切削液的生产厂家和使用厂家都能开展这方面的工作。现将介绍水基切削液主要理化指标的试验方法如下：因为合成液、半合成液、化学溶液和乳化油的pH值、防锈性、腐蚀性、消饱性等理化指标完全相同，因此共相应的试验方法也大同小异。但由于这四种类型切削液的组成不同，因此在理化性能指标上也有特殊要求，如乳化油和半合成液(微乳型)需做安定性和食盐允许量试验。合成液因含表面活性剂较多，需做对机床油漆的适应性试验，另外合成液与微乳液需作表面张
26、力试验，以确定它们的清洗、渗透能力。（1）乳化型、半合成型切削液的pH值和乳液安定性、防锈性、食盐允许量、腐蚀性及消泡性等试验方法分别按乳化油部标准SH 0365-1992进行。（2）合成型切削液的pH值，消泡性、腐蚀性、防锈性的试验方法分别按合成切削液国家标准GB/T 6144-1985进行。以上这些切削液的理化性能指标及其相应的试验方法虽然对产品的生产过程和用户验收及使用过程起到了监控作用，但大量的实际结果表明，现有切削液的质量指标尚不能很好地反映切削液产品的性能和质量，尤其难于反映产品的实际使用性能。因此，为了选择适用的切削液，用户常常需要通过现场的使用试验，才能最后确定产品是否能用。显
27、而易见，在帮助用户为特定的使用条件选择比较理想的切削液时，仅靠现有的达些质量指标是远远不够的，还需要力学性能指标。2 2切削液力学性能指标的评价方法切削液力学性能指标的评价方法 切削液的力学性能评价方法很一多，可归纳为非切削和切削试验两类。1 1）非切削评价试验）非切削评价试验 用摩擦磨损试验方法来评价切削液极压润滑性能。而这种方法所用各种试验机和试验条件见表5。表5 各种摩擦试验机和试验条件 由表5可知，这些摩擦磨损机试验的共同特点是：试验中不发生切削现象，金属材料不产生新生面，只产生磨斑，而且磨损过程接触面积不断增大，引起接触压力变化。我国乳化油和合成液标准中也分别规定了极压型乳化油和极压
28、型合成切削液的PB值在700N以上。2 2）切削试验方法）切削试验方法 金属切削加工包括切除和光整两个基本过程。国外对切除性能的测定多用车削、钻削、镗削方法，光整性能则用攻螺纹试验测定。各种试验结果可以单独评价切削液的性能，也可以综合几种试验结果评价切削液的总效率。这些试验是在实际切削中进行的，因此其接触压力、表面温度、油性极压剂的作用机理等均是符合实际的，作为评价切削性能的方法是比较合适的。第五节第五节 切削液的选择切削液的选择 切削液的种类很多，其组成和性质也很复杂。因此，在选用以前，首先应熟悉各类切削液的性能、特点、应用范围，然后按照工件和刀具材料、切削条件(切削速度、进给量、切削深度、
29、加工方式和机床种类以及参考切削液选用表进行合理选用。随着具体条件的不同，对切削液的冷却、润滑、清洗、防锈4个方面作用的要求，应有所侧重，以达到较好的使用效果。一、按工件材料性质选用一、按工件材料性质选用 切削加工中工件材料的种类很多。常用的工件材料有黑色金属、主要是各种钢及铸铁;有色金属、主要是铜、铝及其合金。1 1铜、铝、镁合金的切削铜、铝、镁合金的切削 铜、铝、钱合金由于强度低、硬度低、导热性好、加工时切削力小、切削温度低，刀具不易磨损，因此可以干切。但在切削用量较大时，为了提高刀具寿命，精加工时，为了提高表面质量，一般都使用切削液。（1）切削铝合金时，一般不用切削液，但也有用中性或弱酸性
30、的水基切削液(其中以乳化液用得较多)。2 2铸铁切削铸铁切削 铸铁属于脆性材料，一般可不使用切削液。因为铸铁成分中含有一定量的石墨(是一种固体润滑剂)，所以切削时，自身能起润滑作用。同时，在铸铁的切削过程中，摩擦系数小，材料塑性变形小，切削温度不高，为避免切削碎末粘附在机床和工件上难以清除，所以一般不使用切削液。（2）韧性黄铜工件，粗车时切削量较大，一切削温度较高，宜用5%的乳化液或微乳液。对于青铜和脆性黄铜，使用切削液的效果较差，而且崩碎的切屑混于切削液内，易堵塞循环系统，破坏机床的活动部件，一般是干切。精切铜合金时，为了降低表面粗糙度值，可稍加菜籽油(或豆油)或高浓度(10%以上)不含硫的
31、乳化液，以增强润滑。3 3中、低碳素结构钢及合金钢的切削中、低碳素结构钢及合金钢的切削 碳素结构钢及合金结构钢是机器的主要结构材料。（1 1）低碳钢和低碳合金钢：）低碳钢和低碳合金钢：含碳量在0.25%以下为低碳钢和低碳合金钢，其塑性和韧性较高，而强度及硬度较低。不如铸铁容易加工。根据加工方式不同可选用极压型水基切削液或油基切削液。这类材料的滚削、插削、剃削，一般选用粘度较高的活性型切削液。（2 2）中碳钢和中碳合金钢：）中碳钢和中碳合金钢：含碳量在0.25%-0.6%的称为中碳钢及中碳合金钢。这类钢材的强度及硬度较低碳钢高，而塑性及韧性较低碳钢低，因其强度与韧性的综合指标较高，属于较难加工材
32、料。应根据不同的加工方式和切用量，选用极压型乳化油或活性型切削油。这类材料的滚削、插削、剃削、铣削等，应采用极压型切削油。4 4高温合金的切削高温合金的切削 高温合金又称耐热合金或热强合金。具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性等，其切削加工性很差，加工时切削温度高、负荷重、冷硬现象严重，刀具磨损(主要是扩散磨损和粘结磨损)，因此要求切削液具有良好的冷却、润滑性能。通常选用含硫、氯添加剂的乳化液和合成液，以及硫、氯矿物油加脂肪油。二、按加工要求不同选用二、按加工要求不同选用 金属切削(包括磨削)，一般分粗加工和精加工，而这两种加工的性质对切削液的要求也有所不同。1 1粗加工粗加工 粗加工时，
33、加工余量和切削用量均较大，切削速度较高，而对表面质量要求又不太高。所以使用切削液的目的主要是为了降低切削力和切削温度，提高刀具寿命和减少切削功率的消耗。因此，在用高速钢刀具进行粗加工时，一般用以冷却为主的乳化液、合成液和微乳液。2 2精加工精加工 精加工的主要目的是要保证加工件的精度和表面质量。此时，可根据刀具和工件材料及切削用量特别是切削速度)的变化来选用不同的切削液。用高速钢刀具对钢件进行精加工时，切削液应具有良好的润滑性能和一定的冷却性能及渗透性能。在较低的切削速度(10m/min)下，因切削温度不太高，刀具主要是机械磨损。但低速时容易产生积屑瘤(加工钢材时产生积屑瘤的速度范围一般为（v
34、=5-50m/rnin)和鳞刺影响工件表面质量。因此，切削液的油性要好，以致在温度较低时，能减少刀具与切屑、刀具与工件之间的摩擦，故通常选用中等粘度的复合油或含氯化物和脂肪的油。在中等速度(v=10-30m/rnin)时，因热量增加，切屑在刀面上的滑移速度加快，所以即有机械磨损，又有热磨损，此时润滑性和冷却性具有同样重要性，应选用流动快、渗透性强、低粘度的复合油、极压切削油或浓度较大(15%-20%)的极压乳化液，它可与金属表面形成耐高温的化学润滑膜，从而减小摩擦，抑制积屑瘤，提高工件加工精度和表面质量，延长刀具寿命。在更高的切削速度时，刀具以热磨损为主，这时冷却性能很重要，一般采用极压型合成
35、切削滚或微乳液，它即能降低切削温度，又能减少刀具后刀面上的摩擦，进而提高加工表面质量。一般精磨速度比较高，往往选用渗透性好、粘度低的油如煤油，或是极压乳化油和有良好润滑性能的合成型切削液。研磨硬工件时，又对表面平面度要求很高的，可选用活性很强的切削液通过化学抛光(轻度腐蚀)作用来达到研磨目的。三、按机加工操作特性选用三、按机加工操作特性选用 各种加工方法(或叫机加工工序)所采用的切削用量、工件材质以及刀具磨损不同，因此对切削液约要求也不同。在不同的机加工工序中，作用于工件和刀具上的力不同，有的甚至在金属去除率很低的情况下，加工也很困难。如内拉削，铰孔等，特别是铰小孔时，很容易因作用力过大而扭断
36、刀具，镗也一样。实践证明，拉内花键、铰深孔、钻深孔等都是较困难的操作。机加工工艺的操作难易程度的排列顺序是内拉削、外拉削、螺纹加工、攻螺纹、剃齿、滚齿、插齿、深孔钻、深孔套、铣，钻、铿、车螺纹、车削、刨削、锯、磨等。四、按刀具材料选用四、按刀具材料选用 1高速钢刀具 高速钢(W18Cr4V、V6Mo5Cr4V2、V6Mo5Cr4V3等)，用于各种刀具，特别是形状较复杂的刀具如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥、板牙、刨刀等。在低速切削硬度较高的材料时，刀具的磨耗主要由干加工材料中硬质点的机械摩擦造成的。此时需用油性好的切削液，可选用非活性极压油或高浓度的极压乳化液。中速切削时，除了机械摩擦造成的
37、磨损外，还有热磨损。应采用润滑性能、冷却性能并重的切削液。高速切削时，刀具磨损主要是热磨损造成的。这时应以冷却为主，宜用含极压剂的水基切削液，也可以用低粘度、高闪点的活性切削油。降低切削区的温度，减少刀具与工件、切屑间的摩擦，从而提高刀具寿命。2 2硬质合金刀具硬质合金刀具 硬质合金刀具的材料是由碳化钨(WC)和碳化钛，以钴为粘结剂通过粉末冶金工艺制成的。其硬度为74-82HRC(89-94HRA)比高速钢的硬度(67-70HRC)高，允许最高工作温度可到800-1000，甚至更高，切削速度也比高速钢高得多，所以现在越来越广泛的得到应用。根据硬质合金刀具的性能特点，一般不采用切削液而用干切。如
38、果使用切削液，往往会因为流量不足，冷却不充分，而造成刀片受热不均匀，出现龟裂现象。但在被切削材料硬度很高，导热性差时，由于切削温度急剧升到硬质合金刀具临界温度时，就会产生高温扩散而迅速磨损。需用切削液时，宜于用粘度适当的高闪点的油剂，有时车、钻、铰也用极压型的水基切削液。但都要连续、充分地浇淋，以防硬质合金刀片高温下突然冷却时，产生巨大应力而出现裂纹，甚至崩刃。3 3陶瓷刀具陶瓷刀具 用作刀具的陶瓷材料分矿物陶瓷和金属陶瓷两种。前者是以氧化铝作原料冷压烧结而成，后者是在氧化铝基体中加人高温碳化物和金属添加剂制成的。陶瓷材料的特点是硬度高(91-94 HRA)，高温硬度高，热稳性好(可以在120
39、0-1400条件下切削)抗粘结性好;但抗弯强度低，耐冲击性差，热导率低，性脆。金属陶瓷材料多用于车刀连续切削。在选用切削液以前应当掌握不同陶瓷刀具的性能特点和不同的使用方法，还要了解工件材料的力学性能。对于冷压陶瓷刀片不能使用冷却液，而用热压陶瓷刀具时虽然可用切削液，但不能直接冲击刀片。在金属(如铸铁、钢、镍基合金)切削中，切削液不能中断，而且流量要大，以防止热冲击和刀片碎裂。陶瓷刀具使用适当，生产效率比常规硬质合金刀具提高了倍。因此，它是很有发展前途的刀具材料。4 4金刚石和立方氮化硼刀具金刚石和立方氮化硼刀具 金刚石分天然的和人造的两种，硬度可达10000HV,是刀具材料中硬度最高的一种，
40、而且耐磨性好，摩察系数小，抗粘结性好。不足之处是韧性差，对铁亲和力大，700-800时容易碳化。用金刚石制成的刀具多用于有色金属的表面粗糙度值低的材料加工。立方氮化硼刀具出现较晚，它是在高温和超高压下，把立方氮化硼先压制成立方氮化硼微粒，净化后加入结合剂，再在高温和高压作用下压成立方氮化硼的聚晶体刀具材料。其特点是硬度高(7300-9000HV)，仅次于金刚石；热稳定性好，在高于1300时仍可切削，磨削性能好，抗粘结能力强，对酸的化学稳定性好。缺点是抗弯强度低于一般硬质合金，但略高于金刚石，焊接性差。多用于硬度、强度较高的材料的精加工。国内以金刚石和立方氮化硼材料作刀具时，老工艺惯用:煤油+机油及煤油+硫化油的切削液。但这些切削液不能提高加工精度和刀具寿命。现使用KG类孔精加工切削油，这种油是以精制低粘度的矿物油为基础油，加入S、P、B有机化合物和防锈剂等配成的。与原用的煤油、柴油、硫化油对比，刀具寿命可提高0.25倍左右，加工件的精度和表面质量也有明显的提高。
