切削加工润滑冷却液的选择.doc

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株 洲 电 力 机 车 厂 企 业 标 准
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切削加工润滑冷却液的选择

2003-XX-XX 发布　　　　　　　　　　　　　 　2003-XX-XX 实施

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株 洲
企 业 标 准

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Q/TX -

电力机车厂
切削加工润滑冷却液的选择
废止
Q/TX - -

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肖连新
2003/2/19

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1　范围
本标准规定了中国南车集团株洲电力机车厂的切削加工润滑冷却液（以下简称切削液）的选用规范，并对各种切削液的不同作用及其正确的使用方法作了详细的阐述。
本标准适用于所有型号电力机车的机械加工件切削加工用的冷却液的选用。其它产品也可参照执行。
2　规范性引用文件
下列文件中的条款通过在本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
机械加工工艺师手册/杨叔子主编.—北京:机械工业出版社，2001.8 ISBN 7-111-9176-0
机械加工工艺设计实用手册/张耀宸主编.—航空工业出版社，1993.12 ISBN 7-80046-594-2
金属切削液/张月兰主编—上海科学技术出版社，1989
水基切削液的研制及应用/王家序等—润滑与密封，2002（1），60～61。
3 切削液的作用
合理选用切削液，可以改善金属切削过程中的界面摩擦，减少刀具和切屑的粘结，抑制积屑瘤和鳞刺生长；降低切削温度，减少工件热变形；提高刀具耐用度，从而保证和提高加工质量及生产效率具有重要意义。一般来说，正确使用切削液，可提高切削速度30%左右，降低切削温度100～150℃，减小切削力10%～30%，延长刀具寿命4～5倍。
3.1 润滑作用
切削液能渗入到刀具、切屑、加工表面之间而形成薄薄的一层润滑膜或化学吸附膜从而起润滑作用，因此，可以减少它们之间的摩擦，减轻粘结现象并抑制积屑瘤，故可改善表面质量。其润滑效果主要取决于切削液的渗透能力、吸附成膜的能力和润滑膜的强度。在切削液中加入不同成分和比例的添加剂，可改变其润滑能力。
切削液的润滑效果还与切削条件有关。例如，切削速度越高，切削厚度越大，工件材料强度越高，切削液的润滑效果就越差。

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切削加工润滑冷却液的选择
编号
Q/TX

3.2 冷却作用
通过切削液的热传导、对流和汽化作用，切削液能从切削区域带走大量的切削热，使切削温度降低。切削液冷却性能的好坏，取决于它的传热系数、比热容、气化热、气化速度、流量、流速及本身温度等。在刀具材料的耐热性较低、工件材料的热膨胀系数较大或它们的导热性很低的情况下，切削液的冷却作用显得尤为重要。一般来说，水溶液的冷却性能最好，乳化液次之，油类最差。
3.3 清洗作用
切削液的流动可冲走切削区域和机床导轨上的细小切屑及脱落的磨粒，这对磨削、深孔加工、尤其对精密加工来说是十分重要的。切削液的清洗能力与它的渗透性、流动性及使用的压力有关，同时还受到表面活性剂性能的影响。表面张力低，渗透和流动性好的切削液清洗效果就好。为此，往往要提高乳化油中表面活性剂的含量和加入少量矿物油，然后加水稀释组成半透明的乳化液或水溶液。
3.4 防锈作用
在切削液中加入防锈添加剂以后，可以在金属材料的表面上形成附着力很强的一层保护膜，或与金属化合形成钝化膜，对工件、机床、刀具都能起到很好的防锈、防蚀作用。
4 切削液中的添加剂与切削液的种类
4.1 切削液中的添加剂
为适应各种要求，改善切削液的性能所加入的化学物质，称为添加剂。添加剂在切削液中所占的比例极小，约0.01%～5%。添加剂是一些化学物质，可分为油性添加剂、极压添加剂、表面活性添加剂和其它添加剂。
4.1.1 油性添加剂
油性添加剂含有极性分子，能与金属表面形成牢固的吸附膜，但不能耐高温高压，只能在较低的切削速度下能起到较好的润滑作用。油性添加剂有动物油、植物油、脂肪酸、胺类、醇类、脂类等。
4.1.2 极压添加剂
极压添加剂是含有硫、磷、氯、碘等的有机化合物，它们在高温下与金属表面起化学反应，形成能耐较高温度和压力的化学润滑膜。此润滑膜能承受很高的压强，能防止金属界面直接接触，降低摩擦因数，保持良好的切削润滑条件。
4.1.3 表面活性剂
表面活性剂既乳化剂，具有乳化作用和油性添加剂的润滑作用。前者使矿物油和水混合乳化，形成乳化液；后者吸附在金属表面上形成润滑膜。常用的表面活性剂有石油磺酸钠、油酸钠皂等，它们的乳化性能好，且具有一定的清洗、润滑、防锈性能。以松香、顺酐和多元胺等原料合成的非离子表面活性剂H具有优异的润滑和防锈性能。
4.1.4 其它添加剂
其它还有防锈添加剂（如亚硝酸钠、石油磺酸钠等）、抗泡沫添加剂（如二甲基硅油）和防霉添加剂（如苯酚等）、乳化添加剂（如乙二醇、乙醇等）、助溶添加剂（如乙醇、正丁醇等）。添加剂选择恰当，可得到效果良好的切削液。应当说明的是，防霉添加剂可起到杀菌和抑制细菌繁殖的效果，但也会使操作工人皮肤起红斑、发庠等，所以尽可能不用。
4.2 切削液的种类
切削液主要有水基和油基两种，前者冷却能力强，后者润滑性能突出。
4.2.1 水基切削液根据其成分的不同可分为水溶液、乳化液或化学合成液三种。水基切削液中都添加有防锈剂，也有再添加极压添加剂的。
4.2.1.1 水溶液的主要成分是水，其冷却与冲洗性能好；但单纯的水溶液易使金属生锈，润滑性也差，因此要添加一定的防锈添加剂或油性添加剂，如聚乙二醇、油酸等。为了提高磨削时的清洗作用，还加入清洗剂。
4.2.1.2 乳化液是由乳化油用水稀释而成的乳白色液体。其冷却和润滑性能较好，主要用于钢、铸铁和有色金属的切削加工，有用于磨削。为提高浓度低的乳化液的润滑和防锈性能，可加入油性剂、极压和防锈添加剂。
乳化液可分为：①防锈；②清洗；③极压；④透明乳化液四种。其中极压乳化液的润滑性较好；透明乳化液可用于精磨加工。
4.2.1.3 化学合成液是用水将亚硝酸盐以外的各种无机盐（磷酸盐、硼酸盐、钼酸盐等）、链醇胺以及有机防锈剂稀释成为透明状的切削液，有较好的防锈和消泡性，但润滑性较差，一般只适合于钢和铸铁的磨削加工。
4.2.1.4 重庆大学机械传动实验室研制出一种新型水基切削液，它是由非离子表面活性剂H和油酸三乙醇胺酯等复合配制而成的，具有优良的润滑性、防锈性、冷却性和清洗性，是水基切削液的重大突破。
4.2.2 油基切削液的主要成分是各种矿物油，动物油，植物油，或由它们组成的复合油，并可视需要添入各种添加剂，如极压添加剂、油性添加剂等。在高温高压下的边界润滑摩擦称为极压润滑状态。在矿物油中添加含氯、硫和磷等极压添加剂和油性剂及防锈剂，使在高温高压下仍维持良好的润滑和防锈性能称为极压切削油，它特别适合于强力切削和难加工材料的加工。
4.2.2.1 矿物油：有各种粘度可供选用，热稳定性好，价格便宜。低粘度渗透性好的矿物油除用于黄铜、易切削钢的轻切削外，也可用于轻合金研磨和超精加工。常用的有机械油、轻柴油和煤油等。
4.2.2.2 动植物油：有良好的油性，能吸附在金属表面上，形成牢固的润滑膜，故有良好的润滑性能。适用于切削速度较低的精加工，例如铰削和螺纹加工。豆油、菜油、棉子油、蓖麻油、猪油、鲸鱼油均属此类。
4.2.2.3 复合油：以矿物油为基础，添加混合植物油5%～30%，改善其润滑性能，适用于低速切削或轻切削，刀尖温度不太高的断续切削，以及使用极压油会变色或有腐蚀现象的有色金属（如铜合金）加工。
4.2.2.4 极压油有：①硫化油；②氯化油；③复合硫化矿物油三种。

5 切削液的选择与应用
5.1 切削液的选择
切削液的效果，除了取决于切削液本身的性能外，还取决于工件材料，刀具材料和加工方法等因素，选择时还应综合考虑表面质量的要求、机床种类、切削用量、砂轮特性等。
粗加工和半精加工时切削热量大，因此，切削液的作用应以冷却散热为主。
精加工和超精加工时，为了获得良好的已加工表面质量，保持刀具尺寸和形状精度，切削液应以润滑为主。
硬质合金刀具的耐热性较好，一般可不用切削液。
由于难加工材料的切削加工均处于高温高压边界润滑摩擦状态，切削力大、温度高，容易粘刀，因此，宜选用极压切削油或极压乳化液。
切削铝合金和镍基高温合金时，如切削液中含有硫，或切削钛合金时切削液中含有氯，在切削后应立即彻底清洗零件，以免产生应力腐蚀。有人提出，当切削高温合金或钛合金重要零件的工作温度超过260℃时，切削时不要使用含硫或氯的冷却液。
磨削的特点是温度高，会产生大量的细屑和沙粒，因此磨削液应有较好的冷却性和清洗性，并应有一定的润滑性和防锈性，可选用乳化液，但选用离子型切削液效果更好，而且价格也较便宜。磨削难加工材料，宜选用润滑性较好的极压乳化液或极压切削油。
各种加工情况下的切削液的选择可参考表Ⅰ。
表Ⅰ：切削液选用参考表
工件材料
碳钢、合金钢
不锈钢
耐热合金
铸铁
铜及其合金
铝及其合金
刀具材料①
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金

加

工

方

法
车削
粗车
3、1、7
0、1、3
7、4、2
0、4、2
2、4、7
8、2、4
0、1、3
0、3、1
3、2
0、3、2
0、3
0、3
精车
4、7
0、2、7
7、4、2
0、4、2
2、8、4
8、4
0、6
0、6
3、2
0、3、2
0、6
0、6
铣削
端铣
4、2、7
0、3
7、4、2
0、4、2
2、4、7
0、8
0、3、1
0、3、1
3、2
0、3、2
0、3
0、3
铣槽
4、2、7
7、4
7、4、2
7、4、2
2、8、4
8、4
0、6
0、6
3、2
0、3、2
0、6
0、6
钻削
3、1
3、1
8、4、2
8、4、2
2、8、4
2、8、4
0、3、1
0、3、1
3、2
0、3、2
0、3
0、3
铰削
7、8、4
7、8、4
8、7、4
8、7、4
8、7
8、7
0、6
0、6
5、7
0、5、7
0、5、7
0、5、7
攻螺纹
7、8、4

8、7、4

8、7

0、6

5、7

0、5、7

拉削
7、4、8

8、7、4

8、7

0、3

3、5

0、3、5

滚齿、插齿
7、8

8、7、4

8、7

0、3

5、7

0、5、7

磨削
粗磨
1、3
4、2
4、2
1、3
1
1
精磨
1、3
4、2
4、2
1、3
1
1

注：本表中数字代表意义如下：
0——干切削 1——润滑性不强的化学合成液 2——润滑性较好的化学合成液 3——普通乳化液
4——极压乳化液 5——普通切削油 6——煤油 7——含硫、含氯的极压切削油或植物油和矿物油的复合油 8——含硫、氯、氯磷或硫氯磷的极压切削油。
① 磨削时刀具材料为砂轮。
5.2 切削液的使用方法
5.2.1 浇注法
普遍使用的方法是浇注法，它是将低压切削液直接浇注在切削区域的切屑上，由于切削液流速慢（v<10m/s）、压力低（p<0.05Mpa），难于直接渗透入最高温度区，因此，仅用于普通金属切削机床的切削加工。加工时，应尽量将切削液浇注到切削区。
5.2.2 高压冷却法
对于深孔加工，难加工材料的加工，以及高速强力磨削，应采用高压冷却法，它可将碎断的切屑冲走。切削时切削液工作压力约为1～10Mpa，流量为50～150L/min。
5.2.3 喷雾冷却法
喷雾冷却法是一种较好的使用切削液的方法，适于难加工材料的车削、铣削、拉削、攻螺纹、孔加工等以及刀具的刃磨。加工时，切削液被0.3～0.6Mpa的压缩空气通过喷雾装置雾化，从直径为1.5～3mm的喷嘴高速喷射到切削区，在高温下迅速汽化，吸收大量热量，有效地降低切削温度。