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如何选择切削油 |
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作者：化学工业（株）机械精密产业事业本部 若代彰路 |
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近几年来为了适应机械加工技术的不断进步，对切削油也提出了更高的要求。此外，为了达到环境保护的目的，切削油还需要尽可能地对环境不产生污染。
从机械加工经济效益出发，当然要求在使用切削油之后可以提高加工效率和降低生产成本。实际上，现在已经有许多切削油在提高经济效益方面发挥了作用。但这里非常重要的是只有选用适宜的切削油才能发挥上述作用，如果选用不当，则可能适得其反。
现在市场上销售的切削油种类很多，它们的性能也千差万别。这给操作人员正确选用切削油带来了麻烦。有时在选择切削油时还要从一次性能、二次性能和生产成本等多方面加以考虑。本文将从目前切削油的使用状况及各种切削油的性能入手，分别按照车削、铣削、钻孔、深孔钻、铰孔、攻螺纹及拉削等七种机械加工方式，从一次性能出发介绍选择切削油的方法。
目前切削油的使用状况
图1所示是1993年按机械加工的机床和被加工材料分类调查干式，使用非水溶性切削油和水溶性切削油的比率。从机床分类来看，要求润滑性能良好和延长刀具使用寿命的深孔钻床、齿轮机床和拉床使用非水溶性切削油的比率较高。其他各种机床中有的用干式切削较多，有的则用水溶性切削油较多。其中车床和加工中心使用水溶性切削油较多，这是因为这类机床大多数已采用无人操作自动化加工，为了防止发生火灾而使用水溶性切削油。
图1不同材料在不同机床中使用各类切削油的比率
从被切削材料种类来看，加工铸铁时采用干式切削的比率较高。不过在车床、磨床及加工中心上加工铸铁时，仍然是使用水溶性切削油的比率较高。这主要也是为了防止发生火灾。
加工铝合金时使用水溶性切削油的比率较高，主要是使切削油兼有处理切屑的作用。与加工铸铁和铝合金相反，加工钢材时使用非水溶性切削油的比率较高。这主要是因为重视加工精度和延长刀具寿命的一次性能。
图2所示是水溶性切削油(原液)和非溶性切削油的生产量，以及水溶性化比率的变化状况。在1990到1995年期间，水溶性切削油的生产量基本上无多大变化，但1997年的生产量达到50×106l，水溶性化比率达到38%。如果按照水溶性切削油原液稀释为10～50倍使用，那就意味著它的实际使用量是非水溶性切削油的几倍到几十倍。
图2水溶性切削油(原液)、非水溶性切削油的生产量
及水溶性化比率的变化
切削油的种类和性能
图3 切削油分类
切削油的分类如图3所示。主要分为不用水稀释的非水溶性切削油和用水稀释后使用的水溶性切削油两类。从作用来看，两类切削油在性能方面有较大差异。主要反映在以下几方面：
延长刀具寿命的性能。
对表面粗糙度和尺寸精度的性能。
降低切削动力的性能。
排出切屑和对工件及机床的防锈性能。
其他的二次性能。
表1所示是两类切削油的性能对比(好：○； △：稍差)。在延长刀具寿命和使表面粗糙度良好方面，水溶性切削油不如非水溶性切削油。而冷却性能则水溶性切削油优于非水溶性切削油。如果对润滑性要求较高时，则从一次性能中的特种性能出发应使用水溶性切削油。表1非水溶性和水溶性切削油性能对比
 图 4所示是关于切削油中含水分量对切削阻抗影响的调查结果。由图中可见，当切削油中含水分的量增加时，切削阻抗也随之增大。这就是不含水分的非水溶性切削油润滑性很好的原因。
图4切削油中水分与切削阻抗的关系
再从二次性能来看，非水溶性切削油对防止机床和工件生秀的性能很好，且不易劣化，使用时的管理也较方便。而水溶性切削油去除切屑的性能很好，防止发生火灾的性能很好，作业环境清洁。
下面分别对各种加工方法如何选择切削油的问题作一介绍。当为了能针对加工条件、被切削材料及工具的具体状况选择最合适的切削油，必要时可请切削油生产厂进一步介绍产品性能，并对实际使用进行指导。
车削和铣削加工
车削是一种高速和高效率加工，也是一种较容易的加工。这时切削油的冷却作用比润滑性能更重要。常用的是乳化型或水溶性型切削油，如W1种W2种切削油。
当要求具有很高的加工精度和良好的表面粗糙度时，则常使用氯化油和非活性型硫化氯化油等非水溶性切削油，如2种中的1～6号切削油。图 5所示是关于润滑添加剂对加工表面粗糙度影响的调查结果。从图中可以看出，添加氯系和硫磺系极压剂的切削油有利于改善加工表面的粗糙度。
图5润滑添加剂对表面粗糙度的效果
铣削加工是一种断续加工，所以大都采用干式加工。只是为了便于处理切屑而使用切削油。常用的切削油有乳化型水溶性切削油，如W1种中的1号、2号切削油。断续切削易由热冲击使刀具卷刃，为此最近开发了一种耐热和耐机械冲击的硬质合金刀具。使用这种刀具时就必须用湿式切削加工。
孔加工
钻孔
钻孔加工的特点是难于排出加工时所产生的热量，且需按排出切屑的相反方向供给切削油。为此用于钻孔加工的切削油应具有很好的冷却和渗透性能。另外，钻孔时对钻头的使用寿命和加工效率比孔精度和表面粗糙度更为重视。
图 6所示是关于润滑添加剂对钻头使用寿命影响的调查结果。由图中可见，在钻孔速度较低的范围内，硫磺系和氯系极压添加剂可以发挥延长钻头使用寿命的作用。在钻孔速度较高的范围内，如果冷却性能不充分，那么极压添加剂反而会促进钻头的磨损。另外，极压添加剂对降低切削阻抗和改善表面粗糙度也都非常有效。这种极压添加剂具有与水溶性切削油相同的作用。
图6切削油与钻头寿命
深孔加工
深孔加工要求切削油发挥以下各种作用：
能帮助排出切屑。
使切刃和导向块具有良好的润滑性。
有利于散发切削热。
为此切削油应具有粘度低、流动性和润滑性都很好的特性。图7所示是关于活性型硫磺成分对加工表面粗糙度影响的调查结果。由图中可见，增加活性型硫磺成分可以改善加工表面的粗糙度。
图7切削油中活性硫磺量与表面粗糙度的关系
综上所述，用于深孔加工的切削油应选用粘度低的活性型硫化氯化油，例如2种中的3号、13号和14号切削油。因使用水溶性切削油时钻头磨损很厉害，所以在对钢材进行深孔加工时，不使用这种切削油。对被切削性能很好的铝合金及铸铁进行深孔加工时，则使用乳化型切削油，例如W1种中的1～3号切削油。
铰孔加工
铰孔是一种旨在提高钻孔精度和表面粗糙度的加工。铰孔时是由切入刃连续进行切削加工，由边缘进行轧光。至于铰刀的切削作用和轧光作用，将受刀具与工件的夹持方式、驱动方法、切刃形状、切削条件、预孔状态等的影响，切削油也将产生较大的影响。
铰孔加工时切削油的要求是能使加工面粗糙度良好，孔精度高和铰刀使用寿命长。为了达到此要求，切削油应具有能防止刀瘤使孔径扩大，轧光效果良好和防止挡块被磨损这三个特点。
为此铰孔加工的切削油应具有适当的抗熔粘性和在轧光时能充分发挥润滑作用。其次是渗透性、易去除切屑和进行清洗的性能也都很好。
图 8所示是关于切削油对铰孔表面粗糙度影响的调查结果。由图中可见，用水溶性切削油时的加工表面粗糙度较好。图9所示是关于切削油对铰刀外周角部磨损影响的调查结果，从中可见，用非水溶性切削油的磨损较少。从加工表面粗糙度出发，使用有极压添加剂的矿物油和混合油的效果较好。 
图8使用不同切削油的铰孔表面粗糙度 图9切削油与铰刀外周角部磨损的关系
一般说来，非水溶性切削油中的低粘度活性型硫化氯化油较为适用，例如2种中的3号和13号切削油。至于水溶性切削油，大多数使用适合于重切削的乳化型切削油，例如W1种的2号切削油。
攻螺纹
在攻螺纹时，由于切刃要受配合量的很大约束，所以降低切削阻抗，防止刃瘤的产生和顺利排出切屑等都非常重要。极压和油性等润滑添加剂不仅可以防止产生刀瘤和熔粘，还可以提高螺纹的精度，具有良好的加工表面粗糙度，以及减少刀具的被磨损，例如含油丰富的2种3号、13号、14号切削油。在使用水溶性切削油时，含有极压添加剂的高浓度乳化型切削油较合适，例如W1种中的2号切削油。
拉削加工
因拉削加工通常都是作为最后的精加工，所以对尺寸精度和加工表面粗糙度的要求很高。对切削油的要求是有助于提高尺寸精度和改善表面粗糙度，并能延长刀具的使用寿命。但因开始拉削加工所供给的切削油量较少，所以需使用油膜强度很强和耐压强度很高的切削油。当对钢材和不锈钢进行拉削时，因易形成刀瘤，而应使用抗熔粘性很好的切削油。
拉床有立式和卧式两种类型。因卧式拉床能附著的切削油较少，所以需使用具有高粘度脂肪油的多活性型硫化氯化油。
图10所示是关于市售拉削加工切削油对拉削性能产生效果的调查结果。由图中可见，增加氯和硫黄成分可降低切削阻抗。特别是含氯成分多的油剂(E.G)，降低切削阻抗效果很好。还有是使氯和硫黄成分共同发挥作用(F和E、G)。
图10拉削加工油对拉削性能的效果
按照被加工材料来看，对钢材和不锈钢拉削时，为了防止产生刀瘤，以使用活性型氯化硫化切削油为宜，例如2种中的16号切削油。当加工精度要求较高时，应使用含氯成分较多的切削油。
在这种场合，水溶性切削油的性能比非水溶性切削油差得多，所以很少使用。即使要使用，也应选择适合于重切削的高浓度乳化型切削油，例如W1种中的2号。
为了能顺利地进行切削加工，必须认真地选择切削油。在考虑被切削材料、机床种类和加工条件的同时，还应认真考虑作业特性，废水处理方式和环境保护等各种问题。最后还有一点要说明的是，上面介绍的各种状况都是在实验室实验之后作出的评价，在实际生产中还可能出现各种状况，所以操作人员可以上述资料为基础，在实际生产中进一步去探索。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/8/2004) |
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