切削液技术在行业的发展现状以及发展潜力分析

众所周知,切削液是金属切削加工的重要配套材料。人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器和铁器时,就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代,车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油,16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从1775年英国的约翰·威尔金森(J.wilkinson) 为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始,伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。到1860年经历了漫长发展后,车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现,也标志着切削液开始较大规模的应用。

19世纪80年代,美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。 F·W·Taylor发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%~40%的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢,切削液的主要作用是冷却,故提出“冷却剂”一词。从那时起,人们把切削液称为冷却润滑液。随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富,发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。最早,人们采用动植物油来作为切削液,但动植物油易变质,使用周期短。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异的润滑添加剂。在第一次世界大战之后,开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。1924年,含硫、氯的切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。

刀具材料的发展推动了切削液的发展,1898年发明了高速钢,切削速度较前提高2~4倍。1927年德国首先研制出硬质合金,切削速度比高速钢又提高2~5倍。随着切削温度的不断提高,油基切削液的冷却性能已不能完全满足切削要求,这时人们又开始重新重视水基线切割镀锌线的优点。1915年生产出水包油型乳化液,并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。1948年在美国研制出第一种无油合成切削液,并在20世纪70年代由于油价冲击而使应用提高。

线切割镀锌线

近十几年来, 由于切削技术的不断提高,先进线切割镀锌线的不断涌现,刀具和工件材料的发展,推动了切削液技术的发展。随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强,对切削液技术提出了新的要求,它必将推动切削液技术向更高领域发展。

1、切削液的重要作用:在金属切削加工中,合理使用切削液,能够减小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,切削液主要是起冷却和润滑作用。(1)冷却作用 切削液浇注在切削区后通过切削热的传导、对流和气化,把刀具、工件和切屑上的切削热带走,从而降低了切削区的温度,达到冷却作用,提高了刀具的耐用度和工件的加工精度。(2)润滑作用 切削液渗透到切削区,在刀具与切屑和工件的接触表面上产生吸附并发生化学反应,形成润滑油膜而起到润滑作用,抑制了积屑瘤的产生,有效地减小切削力,降低工件表面粗糙度。此外,切削液还有清洗、排屑和防锈作用。

2、切削液的现状:目前,切削液的品种繁多,作用各异,但归纳起来分为两大类,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,它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。目前使用的切削油有以下几种:①矿物油:常用作为切削液的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油和煤油等。它们具有良好的润滑性和一定的防锈性,但生物降解性差。②动植物油:常用作为切削液的动植物油有鲸鱼油、蓖麻油、棉子油、菜于油和豆油。它们具有优良的润滑性和生物降解性,但易氧化变质。③普通复合切削液:它是在矿物油中加人油性剂调配而成。它比单用矿物油性能好。④极压切削油:它是在矿物油中加入含硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂和油性剂等调配而成的复合油。(2)水基切削液 水基切削液分为三大类,即乳化液、合成切削液和半合成切削液。①乳化液:它由乳化油与水配置而成。乳化油主要是由矿物油(含量为50%~80%)、乳化剂、防锈剂、油性剂。极压剂和防腐剂等组成。稀释液不透明,呈乳白色。但由于其工作稳定性差,使用周期短,溶液不透明,很难观察工作时的切削状况,故使用量逐年减少。②合成切削液:它的浓缩液不含矿物油,由水溶性防锈剂、油性剂、极压剂。表面活性剂和消泡剂等组成。稀释液呈透明状或半透明状。主要优点是:使用寿命长;优良的冷却和清洗性能,适合高速切削;溶液透明,具有良好的可见性,特别适合数控机床、加工中心等现代加工设备上使用。但合成切削液容易洗刷掉机床滑动部件上的润滑油,造成滑动不灵活,润滑性能相对差些。

3、切削液添加剂的现状:切削液是一种复杂的化合物,它含有几种乃至几十种不同成分的添加剂。添加剂的成分不但直接影响切削液的切削性能(润滑、冷却和清洗性能),而且还影响切削液的非切削性能(毒性、腐蚀性、污染性、使用周期性和废液可处理性)。切削液常用的添加剂主要有极压润滑剂、防锈剂和防腐剂等。所以切削液的这些添加剂不仅要性能优良,而且要无毒无害。

目前国内在切削液中有防腐剂的产品很少见,在切削液使用中加入防腐剂也不多见。这主要是由于加入防腐剂使切削液的成本增加较大和使用不大方便所致,今后的任务是开发和推广价格适宜使用方便且无毒的防腐剂。

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