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浅谈切削润滑技术

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  切削液的主要功能是润滑和冷却作用,它对于减少刀具磨损,提高加工表面质量,降低切削区温度,提高生产效率都有非常重要的作用。

  1.切削液的作用

  (1)润滑作用

  切削液能在刀具的前、后刀面与工件之间形成一层润滑薄膜,可减少或避免刀具与工件或切屑间的直接接触,减轻摩擦和黏结程度,因而可以减轻刀具的磨损,提高工件表面的加工质量。

  切削速度对切削液的润滑效果影响最大,一般速度越高,切削液的润滑效果越低。切削液的润滑效果还与切削厚度、材料强度等切削条件有关。切削厚度越大,材料强度越高,润滑效果越差。

  (2)冷却作用

  流出切削区的切削液带走大量的热量,从而降低工件与刀具的温度,提高刀具耐用度,减少热变形,提高加工精度。不过切削液对刀具与切屑界面的影响不大,试验表明,切削液只能缩小刀具与切屑界面的高温区域,并不能降低最高温度,一般的浇注方法主要冷却切屑。切削液如喷注到刀具副后面处,将对刀具和工件的冷却效果更好。

  切削液的冷却性能取决于它的导热系数、比热容、汽化热、气化速度及流量、流速等。切削热的冷却作用主要靠热传导。因为水的导热系数为油的3~5倍,且比热也大一倍,所以水溶液的冷却性能比油好。

  切削液自身温度对冷却效果影响很大。切削液温度太高,冷却作用小,切削液温度太低,切削油粘度大,冷却效果也不好。

  (3)清洗作用

  在车、铣、磨削、钻等加工时,常浇注和喷射切削液来清洗机床上的切屑和杂物,并将切屑和杂物带走。

  (4)防锈作用

  一些切削液中加入了防锈添加剂,它能与金属表面起化学反应而生成一层保护膜,从而起到防锈的作用。

  2.切削液添加剂及切削液分类

  (1)切削液添加剂

  l 油性添加剂 单纯矿物油与金属的吸附力差,润滑效果不好,如在矿物油中添加油 性添加剂,将改善润滑作用。动植物油、皂类、胺类等与金属吸附力强,形成的物理吸附油膜较牢固,是理想的油性添加剂。不过物理吸附油膜在温度较高时将失去吸附能力,因此一般油性添加剂切削液在200℃以下使用。

  l 极压添加剂 这种添加剂主要利用添加剂中的化合物,在高温下与加工金属快速反应形成化学吸附膜,从而起固体润滑剂作用。目前常用的添加剂中一般含氯、硫和磷等化合物。由于化学吸附膜与金属结合牢固,一般在400℃~800℃高温仍起作用。硫与氯的极压切削油分别对有色金属和钢铁有腐蚀作用,应注意合理使用。

  l 表面活性剂 表面活性剂是一种有机化合物,它使矿物油微小颗粒稳定分散在水中,形成稳定的水包油乳化液。表面活性剂除起乳化作用外,还能吸附在金属表面,形成润滑膜,起润滑作用。

  乳化液中除加入适量的乳化稳定剂(如乙二醇、正丁醇)外,还添加防锈添加剂(如亚硝酸钠等),抗泡沫剂(二甲基硅油等),防霉添加剂(苯酚等)。

  (2)切削液的种类

  切削液可分为水溶性和非水溶性两大类。

  l 切削油 切削油分为两类:一类以矿物油为基体加入油性添加剂的混和油,一般用于低速切削有色金属及磨削中;另一类是极压切削油,是在矿物油中添加极压添加剂制成,适用于重切削和难加工材料的切削。

  l 乳化液 乳化液是用乳化油加70%~98%的水稀释而成的乳白色或半透明状液体,它由切削油加乳化剂制成。乳化液具有良好的冷却和润滑性能。乳化液的稀释程度根据用途定。浓度高润滑效果好,但冷却效果差;反之,冷却效果好,润滑效果差。

  l 水溶液 水溶液的主要成分是水,为具有良好的防锈性能和一定的润滑性能,常加入一定的添加剂(如亚硝酸钠、硅酸钠等)。常用的水溶液有电介质水溶液和表面活性水溶液。电介质水溶液是在水中加入电介质作为防锈剂;表面活性水溶液是加入皂类等表面活性物质,增强水溶液的润滑作用。

  3.切削液的选用原则

  切削液的效果除由本身的性能决定外,还与工件材料、刀具材料、加工方法等因素有关,应该综合考虑,合理选择,以达到良好的效果。表2-12为常用切削液选用表。以下是一般的选用原则。

  (1)粗加工 粗加工时,切削用量大,产生的切削热量多,容易使刀具迅速磨损。此类加工一般采用冷却作用为主的切削液,如离子型切削液或3%~5%乳化液。切削速度较低时,刀具以机械磨损为主,宜选用润滑性能为主的切削液;速度较高时,刀具主要是热磨损,应选用冷却为主的切削液。

  硬质合金刀具耐热性好,热裂敏感,可以不用切削液。如采用切削液,必须连续、充分浇注,以免冷热不均产生热裂纹而损伤刀具。

  (2)精加工 精加工时,切削液的主要作用是提高工件表面加工质量和加工精度。

  加工一般钢件,在较低的速度(6.0m/min~30m/min)情况下,宜选用极压切削油或10%~12%极压乳化液,以减小刀具与工件之间的摩擦和粘结,抑制积屑瘤。

  精加工铜及其合金、铝及合金或铸铁时,宜选用粒子型切削液或10%~12%乳化液,以10%~12%极压乳化液,以降低加工表面粗糙度。注意加工铜材料时,不宜采用含硫切削液,因为硫对铜有腐蚀作用。另外,加工铝时,也不适于采用含硫与氯的切削液,因为这两种元素宜与铝形成强度高于铝的化合物,反而增大刀具与切屑间的摩擦。也不宜采用水溶液,因高温时水强使铝产生针孔。

  (3)难加工材料的切削难加工材料硬质点多,热导率低,切削液不易散出,刀具磨损较快。此类加工一般处于高温高压的边界润滑摩擦状态,应选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。当用硬质合金刀具高速切削时,可选用冷却作用为主的低浓度乳化液。


(来源:海纳金属加工液)


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