| 金屬加工工藝的潤(rùn)滑特點(diǎn)(1)
概述：在國(guó)外金屬加工液中，切削液一直占有較大比例，一般為50％左右。金屬加工液分類(lèi)常按金屬加工方法分為切削液和成型液兩大類(lèi)，或按油品化學(xué)組成分為非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液兩大類(lèi)。我國(guó)目前亦大多沿用此分類(lèi)。ISO于1986年通過(guò)IS06743/7，按油基、水基將加工液分為MH和MA兩大類(lèi)，又根據(jù)每類(lèi)的化學(xué)組成、應(yīng)用各分為8類(lèi)和9類(lèi)，共17類(lèi)，該標(biāo)準(zhǔn)將目前眾多的金屬加工液的品種均可包含進(jìn)去，我國(guó)已等效采用了該標(biāo)準(zhǔn)，制定了 GB7631.5。
金屬的機(jī)械加工通常包括兩種類(lèi)型：金屬的去除和金屬的變形。前者作業(yè)是靠刃具把金屬?gòu)谋患庸ぜ铣�；后者則是用模具使金屬在應(yīng)力下塑性變形，如軋、拉拔、沖壓、擠壓等。一般習(xí)慣地把金屬去除作業(yè)所用的潤(rùn)滑劑稱(chēng)為切削液，而把金屬變形用的潤(rùn)滑劑稱(chēng)為金屬加工工藝用液體。金屬加工液則是泛指上述兩類(lèi)加工、作業(yè)用潤(rùn)滑劑。
（一）、金屬切削液的選用
大部分金屬切削需要使用切削液，甚至在可以正常進(jìn)行干切削的作業(yè)，如果選用適當(dāng)?shù)睦鋮s潤(rùn)滑劑也可增加工效。早在1883年，F(xiàn).W.泰勒(Taylor)曾證明用沖洗刀具和加工件可使切削速度提高30%~40%。
金屬切削液的品種繁多。ASTM D2881把金屬加工用的液體劃為三類(lèi)：(1)油和油基液體；(2)水基乳液及分散體；(3)化學(xué)溶液(真溶液及膠體溶液)。2類(lèi)與3類(lèi)之間的基本區(qū)別在于分散相的粒度和粒度分布。溶解油乳化液的平均粒度大于1 μm，真 溶液及膠體溶液的粒度范圍為20~40 nm。膠體乳液(Ⅱ-C)代表了一種介于化學(xué)溶液 與溶解油的乳液之間的中間狀態(tài)，其粒度分布介于上述兩等級(jí)之間。這種劃分原則基本上是一個(gè)理論性的區(qū)分，因?yàn)閺牡湫偷牡V物油到不含油的化學(xué)溶液之間，可能存在著無(wú)限度的等級(jí)。
近年來(lái)，金屬切削液的發(fā)展和變化主要是在水溶性液體領(lǐng)域(2、3類(lèi))。由于這 類(lèi)液體以水為基質(zhì)，其傳熱速度高(水的傳熱速度為油的2.5倍)。等量的水吸收一定熱量后，比油的溫升要慢得多，從而提高了冷卻效果，且可減少油霧，因此水基切 削液的用量增大。以英國(guó)為例，水基切削液在整個(gè)切削液市場(chǎng)中約占60%。但是水基 切削液與油相比存在著潤(rùn)滑性差，其次是銹蝕、膠體穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性、可濾性、泡沫性等問(wèn)題。這些問(wèn)題對(duì)切削液在機(jī)床應(yīng)用時(shí)的“油池壽命(Sum p Life)”至關(guān)重要。合理選擇、應(yīng)用、監(jiān)控和維護(hù)，對(duì)使用水基切削液特別重要。
1、金屬切削液的成分與選擇
根據(jù)我國(guó)目前市場(chǎng)情況，切削液的主要成分如下。
(1) 油或油基液體：屬于ASTM D 2881分類(lèi)中的Ⅰ-A、Ⅰ-B、Ⅰ-C，習(xí)慣稱(chēng)為切削油(也稱(chēng)凈切削油)，主體為礦物油，含或不含添加劑。
(2) 乳液：屬于ASTM D 2881分類(lèi)中的Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C，有時(shí)稱(chēng)為溶解油。根 據(jù)礦物油含量和油滴粒度可分為3種： 粗乳液：含油65%~80%,油滴粒度 2~10 μm； 微乳液：含油40%~50%，油滴粒度＜1 μm； 半合成乳液：含油5%~40%，油滴粒度約0.1 μm；
(3) 合成液體：含油或不含油，以溶于水的高分子有機(jī)物為主要潤(rùn)滑劑。
(4) 化學(xué)溶液：不含油，屬ASTM D 2881分類(lèi)中的Ⅲ。從以上成分來(lái)看，以切削油的潤(rùn)滑性最好。乳化液中的粗乳、微乳和半合成型 乳液，如配制得當(dāng)也有相當(dāng)好的潤(rùn)滑性能。目前粗乳液和微乳液的使用范圍最廣泛 。用于重負(fù)荷切削的乳化液要含極壓添加劑。合成液是乳化液的補(bǔ)充產(chǎn)品。這種液體常用在特定的用途上。某些合成液體在 使用中由于濃度增大，清洗性增強(qiáng)而導(dǎo)致?lián)p傷操作人員的皮膚和機(jī)床涂層�；瘜W(xué)溶液是不含礦物油的水溶液。使用前用水稀釋?zhuān)辛己玫臎_洗、冷卻效果 ，并應(yīng)能防止接觸區(qū)域的銹蝕。這類(lèi)液體主要用于研磨，功能在于清洗和冷卻，沒(méi)有潤(rùn)滑性。切削液的選擇，首先要避免使用那些對(duì)機(jī)床、刃具和加工材料有害的液體。通常，不含游離硫的硫化油適用于加工鋼材和銅材。而有些銅合金和高鎳合金，在硫 劑(特別是含游離硫)作用下會(huì)產(chǎn)生暗色斑痕。水基切削液的成分比較復(fù)雜，這是因?yàn)橐櫦叭榛到y(tǒng)的穩(wěn)定，既要考慮諸成分的HLB值，又要達(dá)到各項(xiàng)性能的平衡。由于切削液以水為基質(zhì)，還應(yīng)考慮諸成分的水溶性或在水中分散的性質(zhì)。
選擇切削液前應(yīng)充分了解下列情況。
1.1 加工材料的性質(zhì)
被加工的材料物理化學(xué)性質(zhì)各異，反映在切削操作上就會(huì)有切削的難易和與切削液相容性等新問(wèn)題。對(duì)較難加工的材料及其與切削液的相容性分別簡(jiǎn)略介紹如下 。
鋁：質(zhì)軟，切割易粘切具。乳化液如堿性強(qiáng)，與鋁產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成乳液分層。應(yīng)選用專(zhuān)用乳化液或石蠟基礦物油作冷卻潤(rùn)滑劑。
黃銅：切削時(shí)產(chǎn)生大量細(xì)屑，易使乳化油變綠。含活性硫的油劑可使加工材料變色，如選油劑要有過(guò)濾設(shè)備。
青銅：剪切前產(chǎn)生顯著的塑性變形，可使乳化液變成綠色。如選油劑要有過(guò)濾設(shè)備。
銅：粘韌，切削時(shí)產(chǎn)生微細(xì)卷曲的屑，可使乳化液變成綠色，影響乳化液的穩(wěn)定，在活性硫作用下生污斑。如選用油劑要配備過(guò)濾設(shè)備
可鍛鑄鐵：切削時(shí)產(chǎn)生大量微細(xì)的具有化學(xué)活性的磨蝕性屑。這些活性細(xì)屑好似過(guò)濾介質(zhì)，削弱了乳化液的活性，而且可生成鐵皂，使乳化液變?yōu)榧t褐色，乳化 液的穩(wěn)定性變劣。如使用油劑，必須用離心機(jī)或過(guò)濾器把鐵屑除去
鉛及其合金：易切削，可生成鉛皂，破壞乳化液的穩(wěn)定。如使用油劑，對(duì)油劑有稠化傾向，要防止使用含大量脂肪的油劑。
鎂：切削時(shí)產(chǎn)生細(xì)屑，可燃。一般不使用水基切削液，可采用低粘度油作為切削液。
鎳及高鎳合金：切削時(shí)局部產(chǎn)生高熱，切屑可能燒結(jié)�？蛇x用重負(fù)荷乳化液或非活性硫化油。
鈦：產(chǎn)生磨蝕性、可燃的切削，易發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，應(yīng)用重負(fù)荷乳化油或極壓油劑。
鋅：切削面不規(guī)整，難以取得良好的光潔度，與乳化液生成鋅皂，使乳化液分離，應(yīng)選專(zhuān)用乳化液。
1.2 加工工況
刀具的作用是在主剪切區(qū)域把加工材料用強(qiáng)剪切力切除剝落。刀具的推進(jìn)面和暴露的新鮮金屬面之間，由于強(qiáng)烈的附著作用使推進(jìn)面受到高的應(yīng)力。因切割剝落的屑要移過(guò)刀具推進(jìn)面，從而形成了第二剪切區(qū)域。在第二剪切區(qū)域產(chǎn)生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。潤(rùn)滑和冷卻作用在此時(shí)同樣重要。但屬于金屬去除的機(jī) 械加工種類(lèi)很多，又各有其獨(dú)特的工況。一般認(rèn)為，在低速加工(螺紋切削、擴(kuò)孔和齒面切削)時(shí)，切削潤(rùn)滑劑的主要任務(wù)是縮小推進(jìn)面與屑的粘結(jié)，作為邊界潤(rùn)滑劑。在高速切削加工時(shí)，切削液的主要作用是降低摩擦熱，帶走熱量。
<P>那些切削液難以到達(dá)剪切區(qū)域的加工作業(yè)，給潤(rùn)滑、冷卻造成很大的困難。通常對(duì)擴(kuò)孔、齒輪切削(特別是滾齒)、深孔鉆和鏜孔、攻絲(特別是盲孔)、深套孔、車(chē)螺紋加工要精心選擇適用的切削液。
1.3 油基和水基的特點(diǎn)
油基切削液指含添加劑的礦物油。水基切削液指乳液、合成液及化學(xué)溶液�；\統(tǒng)地說(shuō)，低速重負(fù)荷切削需要充分的潤(rùn)滑，通常選用極壓切削油劑。高速淺層切削 ，冷卻是首要的，一般選用水基切削液。有些極壓乳化液具有很好的潤(rùn)滑和冷卻性 ，可以用于重負(fù)荷切削。一般的研磨加工，有時(shí)潤(rùn)滑反而有害，故可使用合成液或 化學(xué)溶液。加工材料、刀具材質(zhì)、機(jī)床構(gòu)造也是確定選用油基液或水基液的重要依據(jù)。
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