數控機床

   　人類使用切削液的曆史可以追溯（sù）到遠古時代。人們在磨（mó）製石器、銅（tóng）器和鐵（tiě）器時，就（jiù）知道澆水可以提（tí）高效率和質量 。在古羅馬時代，車削活塞（sāi）泵的鑄件時就（jiù）使用橄欖油，16世紀使用牛脂和（hé）水溶（róng）劑來拋光金屬盔甲。從1775年英（yīng）國的（de）約翰·威（wēi）爾（ěr）金森（sēn）（J．wilkinson）為了加工瓦特蒸汽機的汽缸而研製成功鏜床開始，伴（bàn）隨出現了水和油在金屬切削加工中的應用。到（dào）1860年經（jīng）曆了漫長發展後，車、銑、刨、磨、齒輪加工和螺紋加工等各種機床相繼出現，也標誌著切削液開始較大規（guī）模的應用。

　　19世紀80年代，美國科學家（jiā）就已首先進（jìn）行了切削液的評價工作。 F·W·Taylor發現並闡（chǎn）明了（le）使用泵（bèng）供給碳（tàn）酸鈉水溶液可使切削速度提高對30%～40%的（de）現象和（hé）機理。針對當時（shí）使（shǐ）用的刀具材料（liào）是碳素工具（jù）鋼，切削液的主要作用是冷卻，故提出“冷卻劑”一詞（cí）。從那時（shí）起，人們把切削液稱為冷卻潤滑液。

　　隨著人們對（duì）切削液認識水平的不斷提高以（yǐ）及實踐經驗的不斷豐富，發現在切削區域中注入（rù）油劑能獲得良好的加工表麵。最早，人們采用動植（zhí）物油（yóu）來作為切削液，但動植物油易變質，使用周期短。20世紀初，人（rén）們開始從原油（yóu）中提煉潤滑油，並發明了各種性能優異的潤滑添加劑（jì）。在（zài）第（dì）一次世界大戰之（zhī）後，開始研究和使用礦物油和動植物油合（hé）成的複合油。1924年，含硫、氯的切削油獲得專利並應用於重切削、拉削、螺紋和齒輪加工。

　　刀具（jù）材料的發展推動了切削液的發展，1898年發明了高速鋼，切削速度較前提（tí）高2～4倍。1927年德國首（shǒu）先研（yán）製出硬質合金，切削速度比高速鋼又提高2～5倍。隨著切削溫度的不斷提高，油基切削液的冷卻性能（néng）已不能完全滿（mǎn）足切削要求，這時人們又開始重（chóng）新重視水基切削液的優點。1915年生產出（chū）水（shuǐ）包油型乳化液，並於1920年成（chéng）為優先選用的切削 液用於重切（qiē）削。1948年在美國研製（zhì）出第一種無油合成切削液，並（bìng）在20世紀70年代由於油價衝擊而使應用提高。

　　近十幾年來,，由於切削技術的不斷（duàn）提高，先（xiān）進切削機床的不斷湧現，刀具和工（gōng）件材料的發展，推動了切削液技術的發展。隨著先進製（zhì）造技術的深入發展和人們環境保護意識的加（jiā）強，對切（qiē）削液技術提出了新的要求，它必將推動切削液技術向更高領域發展。

      一、 切削（xuē）液的作用

　　在切削過程中，合理地使用切削液，可以減（jiǎn）小刀具與切屑、刀具與加工表麵的摩（mó）擦，降低切削（xuē）力和切削溫度、減小刀具（jù）磨損、提（tí）高已加工表麵質量。

　　切（qiē）削液進入切削（xuē）區，可改善切削條件，提高工件加工質量和切削效率。與（yǔ）切削液有（yǒu）相似功效的還有某些氣體和固體，如壓縮空氣、二硫化鋁和石墨等。切削液的主要作用如下：

　　 1、冷卻作用

　　切削液能從切削區域（yù）帶走大（dà）量切削熱，從而降低切削溫度。冷（lěng）卻（què）性能取決於其導熱係數、比熱容、汽（qì）化熱、汽化速度（dù）、流量、流速等。水溶液的冷卻性能最好，切削油較差，

  　　
      2、潤滑（huá）作用

　　切削液的潤滑性是指它減小前刀（dāo）麵與切屑、後刀麵與工件表麵之間摩擦的能力。切削液的潤滑作用是通過切削液的滲透作用到達切削區後，在刀具（jù）、工件、切屑界（jiè）麵上形（xíng）成（chéng）吸附膜實現的。切削（xuē）液潤滑的效果主要取決於切削液的滲透能力（lì）、吸附成膜的（de）能力和潤滑膜（mó）的強度等。

　　兩金屬表麵之間的摩擦通常有三種狀態：一種為幹摩擦，它隻發生在絕對清潔的兩種表麵間；第二種（zhǒng）是流體潤滑（huá）摩擦，它由油（yóu）膜把兩個摩擦表（biǎo）麵完全分隔開來；第三（sān）種是介於前兩種（zhǒng）之間的邊（biān）界摩擦，即兩摩擦表麵沒有完全被油膜分開，而在部分（fèn）凸出點處直接摩擦。在金屬切削過程中，刀具前刀（dāo）麵與切屑、後刀麵與加工表麵間的摩擦（cā）大多屬於邊界潤滑摩擦。

　　
     3、洗（xǐ）滌作用

　　切削（xuē）加工中產生細碎切屑或磨料微粉時，要求切削液具有良好的（de）清洗（xǐ）性（xìng）能（néng），來清（qīng）除粘附的碎屑和磨粉，減少刀具和砂輪的磨損，防止劃傷工件的已加工表麵和機床導軌麵。切削（xuē）液大量的流動，可以衝走切削區域和機床上（shàng）的細碎切屑和脫落的磨粒（lì）。

　　清洗性能的好壞，主要取決於切削液的流動性、滲透性、使用壓力和切削液的（de）油性（xìng）。加入劑量（liàng）大的表麵活性劑和少量礦物油，且采（cǎi）用大稀釋比（水占95%~98%），可增強切削液的滲透性和流（liú）動性。

      4、防鏽作用

　　
　　切（qiē）削液應具有一定的防鏽性，以減少工件、機床、刀具的腐蝕。防鏽作用的（de）好壞，取決於切（qiē）削（xuē）液本身的性能和加入的防鏽添加劑的性質。在切（qiē）削液中加入防鏽劑，可（kě）在金屬表麵形成一層保護膜，對工（gōng）件、機床、刀具和夾具等都能起到防鏽作用。

　　
     5、其他作用

　　除了以上作用外，切削液還（hái）應具備良好的（de）穩定性，對細菌和黴菌有一定抵抗能（néng）力，不損壞塗漆（qī）零（líng）件，對人體無危（wēi）害，無刺激性氣味，使用過程（chéng）中無煙霧或少煙（yān）霧，便（biàn）於（yú）回收，低汙染，經處（chù）理後可達國家規定的工業汙水排放標準等。

      二、 選擇切削液的流程（chéng）

　  選擇切削液的首要目的是滿足切削加工過程的要（yào）求（qiú）。需要根據具體的加工環境從（cóng）切削加工工藝要求的角度去考慮問題。選擇切削液時一般需要經過以下步驟（見（jiàn）下圖）：

　　1.選擇切（qiē）削液的種別

　　即選擇油基切削（xuē）液（yè）還是水基切削液。考慮因素（sù）主要是工件材料、加工質（zhì）量要求（加工精度和表麵完整性）、刀具材料、機床狀況、加（jiā）工方法、切（qiē）削用量等。

　　2.選擇切削液的（de）類型

　　要綜合考（kǎo）慮切削液的加工性能、理化性（xìng）能、環衛性能，決定選用哪類（lèi）產品。這一過程主要依據決策人員對加工環境的（de）理解和有關切（qiē）削液的基礎知識。當（dāng）然，切削液生產企業的信譽度、供貨能力、技（jì）術服務等商業因素也需要考慮。

　　3.環衛（wèi）性能（néng）和理（lǐ）化性能檢（jiǎn）測

　　對預選出來的切削液產品進行環衛（wèi）性能和理化性能檢測。

　　4.評價效能

　　對環衛性能（néng）和（hé）理（lǐ）化性能都合格的切削液進行實際切削實驗（yàn），評價其加工效能。

　　5.試用及經濟性評（píng）估

　　對已經通過上（shàng）述檢測和試（shì）驗的品種進行試用，在試用的基礎上做（zuò）出經濟性評估。一般來（lái）說，需要經（jīng）過較長時間（至少（shǎo）一個更液周期）的試用才能得出結論。

       三、切削液的添加劑

　  切削液在機械加工領域扮演重要角色，應用非常廣泛。由於切削加工（gōng）工況日益複雜，加之環保組織不（bú）斷提升環保規範，給（gěi）機加工企業提出（chū）了（le）許多新的（de）課題。

　　為改善切削液（yè）的各種性能常在其中（zhōng）加入添加劑（jì）。常用（yòng）的添加（jiā）劑有以（yǐ）下幾種。

　　1.油性添加劑

　　它含有極性分子（zǐ），能在（zài）金屬表麵形成（chéng）牢固的吸附膜，在較低的切削速度下起到較好（hǎo）的（de）潤滑作用（yòng）。常用的油性添加劑有動物油、植（zhí）物油（yóu）、脂肪酸（suān）、膠類、醇類和脂類等。

　　2.極（jí）壓添加劑

　　它是（shì）含有硫、磷、氯、腆（tiǎn）等元素的有機化合物（wù），在高溫下（xià）與金屬表麵起（qǐ）化學反應，形成（chéng）耐較高溫度和壓力的（de）化學吸（xī）附膜，能防止金屬（shǔ）界麵（miàn）直接接觸，從而（ér）減小摩擦。

　　3.表麵活性劑

　　它是使礦物油和水乳化，形成穩定乳化液的添加劑。表麵活性劑是一種有機化合物，由可溶於水的極性（xìng）基團和可溶於油（yóu）的非極性基團組成，可定向地排列並吸附在油水兩相界麵上，極性端向水（shuǐ），非極性端（duān）向油，將水和（hé）油連接起來，使油以微小（xiǎo）的顆粒穩定地分散在水中（zhōng），形成乳化（huà）液。表（biǎo）麵活性劑還能（néng）吸附在金（jīn）屬表麵上（shàng），形成潤滑膜，起油性添加劑的潤滑作（zuò）用。常用的表麵（miàn）活性劑有石油（yóu）磺酸鈉、油酸鈉皂（zào）等。

  　　4.防鏽添加劑

 
　　它是一種極性很強的化合物，與金屬表麵有很（hěn）強的附著力，吸附在金屬表麵上形成保護膜，或與金屬表麵化合形成鈍化膜，起到防鏽作用。常用的防鏽添加劑有碳酸鈉、三乙醇胺、石油磺酸鋇等，如下表（biǎo）所示。

       四、切削液用添加劑的分類

　　為了改善切削液的性能所加入的化學物（wù）質，稱為添加劑。常（cháng）見的有油性和極壓添加劑、防鏽添加劑、防黴添加劑、抗泡沫添加劑以及乳化劑等。

　  1、油性添加劑和極壓添加劑

　　油性添加劑主要（yào）應用於低壓低溫邊（biān）界潤滑（huá）狀態，它（tā）在金屬切削過（guò）程中主要（yào）起滲透和潤滑作用，降低（dī）油與金屬（shǔ）的界麵張力，使切削油很快滲透到切削區，在一定（dìng）的切削溫度作用下進一步形成物理吸附膜，減小（xiǎo）前刀麵與切屑（xiè）、後刀麵與工件之間（jiān）的摩擦。

　　在極壓潤滑狀態下，切削液中必須添加極壓添加劑來維持潤（rùn）滑膜強度（dù）。常用（yòng）的極壓添加劑是（shì）含硫、磷、氯（lǜ）、碘等的（de）有（yǒu）機化（huà）合物，這些化合物在高溫下與金（jīn）屬表麵起化學反應，生（shēng）成（chéng）化（huà）學吸附膜，它（tā）比物理吸附（fù）膜的熔點高得多，可防止極壓潤滑狀態（tài）下金屬摩擦界麵直（zhí）接（jiē）接觸，減小摩擦，保持潤滑作（zuò）用。常用極壓添加劑如下：

　　(1)含硫的極壓添加劑：在切削（xuē）液中引（yǐn）入硫元素有兩種方式，一是用元素硫直接硫化的礦物油，叫硫化切削油；二是在礦物油中（zhōng）加入含硫的添加劑，如硫化動植物油、硫化烯（xī）烴和硫、氯化動植物油等，製成極壓切削油。硫化切削油對銅及銅合金有腐蝕作用，加工時（shí）氣味大（dà），已逐漸被極壓切削油所代替。含硫的極壓切削油在（zài）金屬切削過程中和金屬起化學反應（yīng），生成硫化鐵。硫化鐵沒有像（xiàng）氯化（huà）鐵那樣的層狀結構，比氯化鐵摩擦係數大，但熔點高（gāo）(硫化鐵熔點1193℃，二硫化鐵熔點117l℃)，硫化膜在高溫下不易破壞，故（gù）切削鋼件時，能在（zài）1000℃左右的高溫下，仍保持其潤滑性能。

  　　(2)含氯的極（jí）壓（yā）添加劑：常用的含氯極壓添加（jiā）劑有氯化石蠟(氯含量為40％—50％)、氯化脂（zhī）肪酸或酯（zhǐ）類等。氯的化（huà）學性能活潑，在（zài）200—300℃時即能與金屬表麵起化學反應。氯化物的摩擦係數（shù）低（dī）於硫化物，故含氯極壓添加（jiā）劑具有優良的潤滑性能，含氯極壓（yā）添加劑（jì）的切削液約可耐600℃的高溫（wēn），特別適合於切削合金鋼、高強度鋼、鉬（mù）以及其他難（nán）切（qiē）削材料。氯化石蠟等有腐蝕性（xìng），必須與油溶性防鏽添（tiān）加劑一起（qǐ）使用。有的資料[30]認為含氯添加劑的重（chóng）點應放在四氯化（huà）碳這一類高（gāo）揮發（fā）性的添加劑，因（yīn）為它能滲入切屑、工件與刀具界麵間的（de）微（wēi）裂縫中，同時又能防止冷焊磨損的發生。但（dàn）因四氯化碳會揮發出有害氣體，所以國內很少采用。

　　(3)含磷的極壓添加劑：在切削液（yè）中，常用的含磷添加劑是有（yǒu）機磷酸酯或硫（liú）代磷酸鋅。這（zhè）類添加劑有（yǒu）中等的極壓性能（néng），與鋼鐵接（jiē）觸即被吸附，並起（qǐ）化學反應，生成磷酸鐵化學潤滑膜，降低摩擦、減小磨損的效果比含硫、含氯的極壓添加劑（jì）更為良（liáng）好。

　　為了得到效果較好的切削液（yè），往往在（zài）一種（zhǒng）切（qiē）削液中加入上述（shù）的（de）兩（liǎng）種（zhǒng）或三種添加劑，複合使用，以（yǐ）便切削液迅速進入高（gāo）溫切削區，形成牢固的化學潤滑膜（mó）。

　　2、防鏽添加（jiā）劑

　　為了使機床、刀（dāo）具、工件不受腐蝕，要在切削液中加入防（fáng）鏽添加劑。它是一種極性很強的化合物（wù），與金屬表麵有很強的附著力，在金屬表麵上優先吸附形成保護膜，或與金屬表麵化（huà）合形成鈍化膜，保護金屬表麵不（bú）與腐蝕介質接觸，因而起到防（fáng）鏽作用。常用的防鏽添加劑，可分為水溶性（xìng）和油溶性兩大類（lèi）：

　　(1)水（shuǐ）溶性防鏽添（tiān）加劑：水溶性防鏽添加劑的品（pǐn）種很多（duō），其中以亞硝酸鈉在乳化液和（hé）水溶液中的應用（yòng）較為廣泛。亞（yà）硝酸鈉基本上沒有潤滑性能，在堿性介質中對鋼鐵有防鏽作（zuò）用，用量一般控製在（zài）0.25％左右，濃（nóng）度再高則對操作者（zhě）皮膚（fū）有害。亞硝酸鈉的（de）防鏽作用，對有色金屬(如銅、鋁及其合（hé）金等)無效，甚至起腐（fǔ）蝕作用。加工銅的乳化液（yè）或水溶液，宜用苯駢三氮唑為防（fáng）鏽添加（jiā）劑，加入（rù）0.01％—0.1％即見效果。應當注意，水（shuǐ）溶性防鏽添加劑用於乳化液時，用量不宜過大，因為它們大多是電解質，用量過大會破壞乳化液（yè），致使油水分離。

　　(2)油（yóu）溶性防鏽（xiù）添加劑（jì）：油溶性防鏽添加劑主要應用於防鏽乳化液，也（yě）有用於切削油的。在使（shǐ）用過程中，常常將各種具有不同特（tè）點的防鏽劑複（fù）合使用，以達到綜合防鏽的良好效果。如（rú）添加氧化石油酯（zhǐ）及（jí）其皂類，能提高耐大氣腐蝕（shí）性能；添加（jiā）胺類，能提高油脂的抗氧化性，中和（hé）酸性物（wù）質，添加羊毛脂及其皂類，能提高吸附性。

　　3、防黴（méi）添加劑

　　乳化液長期使用以後，容易變質發臭，這是由於細菌繁殖的結果。隻要加入萬分之幾的防黴添加劑，即可起到殺菌和抑製細菌繁殖的效果。但防黴添加劑會引起操作者皮膚起紅斑、發癢（yǎng）等，所以一般不用。

　　4、抗泡沫添加劑（jì）

　　切削液中一般都加入防鏽添加（jiā）劑、乳化劑等表麵活性劑，這些物質增加了混入空氣而形成泡沫的可能（néng）性。如果泡（pào）沫過多，會降低切削（xuē）液的效果（guǒ）。若加入百萬分之（zhī）幾（jǐ）的抗泡沫添加劑(如二甲基矽（guī）油)，可以有效地（dì）防止形成（chéng）泡沫。在高（gāo）速強力磨（mó）削時，由於會產生比較（jiào）多的泡沫，所（suǒ）以必須在磨削液中添加適量的抗泡沫劑，並作消泡試驗。

　　5、乳化劑

　　乳化液是使礦物油和水乳化形（xíng）成穩定（dìng）乳化液的關鍵性物質。它能吸附在油水界麵上形成堅固的吸附膜，使油很（hěn）均勻地分散在水中，形成穩定的乳化液（yè）。

　　(1)乳化液形成的（de）機理（lǐ）(表麵活性劑的作用)：油水本來是互不相溶的，經過高速攪拌也（yě）能形成分（fèn）散體，但靜置（zhì）後不久還（hái）會分（fèn）離。若（ruò）加入表麵活性劑後，再加攪拌混合（hé），油就會以微小（xiǎo）的（de）顆粒分散在水（shuǐ）中，形成穩定（dìng）的乳化液，即使靜置（zhì）也（yě）難分離。這是因（yīn）為表麵活性劑（jì）是一種有機化合物，它的（de）分子是由極性基團和非極性基團兩個部分組成助。極性基因是親水的，叫做親水基團（tuán），可溶（róng）於（yú）水；非極性基團是親油的，叫做親油基團或憎水出由（yóu），可溶於油（yóu）。

　　加（jiā）入油和水中的表麵活性劑能定向地排列吸附（fù）在油水兩相界麵（miàn）上，極（jí）性端朝水，非極性端朝油，把油和水連接起來，降低油—水的界麵張力，使油以微小的（de）顆粒穩定（dìng）地分散在水中（zhōng），形成穩定的水包油(0／W)乳化液。這時（shí）水為連續相，稱為分散介質或外（wài）相；油為不連續相，稱為（wéi）分散相或（huò）內相。反之就是油包水(W／O)的乳化液。在金屬切削加工中應用的是水包油(O／W)的乳化（huà）液。

　　表麵活性（xìng）劑在乳化液中，除了起乳化作用外，還能吸附在（zài）金屬表（biǎo）麵上形成潤滑膜，起油性添加劑的潤（rùn）滑作用（yòng）。
 

 　　(2)表麵活性劑的種類：表麵活性劑的種類和牌號很多（duō），但按其性質和分子結構，大體可分為四類：陰離子（zǐ）型、陽離（lí）子型、兩性離子型和非離子型。在配（pèi）製乳化液時，應用最廣泛的是陰離子型和非離子型的表（biǎo）麵活性劑。

　　陰離子型表麵活性劑的特點是（shì）乳化性能好，並有一定的（de）清洗和潤滑性（xìng）能，有的還有—定的防鏽性能，但抗硬水（shuǐ）能力差，易起泡沫。

　　非離子型表麵活性劑在乳化液和水溶液中不產生離子，所以不怕硬（yìng）水，也不受PH值(酸堿值的大小)的限（xiàn）製，而且分子中的親水、親油基可根據（jù）需要加以調節。

　　(3)乳化穩定劑：乳化液中加入穩定劑的作用有（yǒu）兩（liǎng）個方麵：一是（shì）使乳化油中的皂類借穩定劑的加溶作用（yòng）與其他添加劑（jì）充分互（hù）溶，以改善乳（rǔ）化油及乳化液的穩（wěn）定性；二是擴大表麵活性（xìng）劑的乳化範圍，提高（gāo）穩定性。但是（shì），在使用乳化（huà）穩定劑低分（fèn）子醇時，應特別注意，因它同時（shí）又是破乳劑，如用量（liàng）過大會造成油水分（fèn）層。