金属切削液范文

导语：如何才能写好一篇金属切削液，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：切削液 切削力 工件表面粗糙度

前言：

随着我国装备制造业的快速发展，带动了金属加工液产品需求量的持续增长，据不完全统计，国内的金属加工液的年消耗量30～50万吨规模，并且保持10%左右的年增长率[1]。从金属加工液的应用来看，主要包括成型液、切削液、处理液和保护液等四大类，其中金属切削液的比例最大，约占整个金属加工液的45%左右，是使用最为广泛的金属加工液产品。

金属切削液的主要功能是降低摩擦系数，减少切削热量生成，提高工件表面质量，延长刀具使用寿命。因此，一个优质的切削液产品，应该在提高切削参数、降低刀具消耗、防止机床锈蚀、提高工件质量、降低维护成本、保证人身安全、减少环境污染等各个方面为用户提供有效手段。而这些目标的实现，则需要在了解当今机加工和材料技术的最新动态的基础上，运用物理、化学和生物科学的最新技术，研发出适用于各种加工要求的产品并使上述指标到达到最优组合。

金属切削液的评价方法多种多样，根据评价性能的需要，大致可以分为三大类。第一类为简单的滚动和滑动摩擦；第二类为金属去除和成屑过程；第三类为金属板材的成型或拉伸过程[2]。每种方法都有其自己的优点和局限性，到目前为止，还没有一种行之有效的实验室评价金属加工液的摩擦磨损性能的方法，这主要是由于成本和时间的受限，在实验室内仅能模拟有限的加工工艺[3]。本文将通过建立的铣削力测试平台，考察切削液的性能，工件表面质量以及刀具保护性能。

1 实验部分

1.1 试验设备

实验采用CMV-850型立式加工中心进行铣削，采用YDCB-Ⅲ05压电式多功能切削力测试系统进行铣削力测量，采用Mitutoyo SJ-201P粗糙度测量仪对工件表面质量进行检测。

测试系统：YDCB-Ⅲ05压电式多功能切削力测试系统，包括YDCB-Ⅲ05压电式多功能切削力仪、YE5850B电荷放大器、PCI-9118DG/L信号采集卡、计算机及其相应采集软件。

1.2试验材料

工件材料：45#钢（4HB170-197，调质）；

刀具型号：可转位硬质合金立铣刀；

试验切削液：KLC 8204切削液、KLC 8205切削液和国外参考切削液。

1.3试验条件

测量工况：采用多因素影响实验方法，综合考虑主轴转速、轴向切深、径向切深和进给量，试验条件。

2 结果与分析

通过干切削、KLC 8204切削液、KLC 8205切削液及参考切削液的铣削实验，分析切削参数对切削力的影响规律。同时对研制产品与参考切削液进行铣削实验，对比分析了两者对切削力及工件表面质量情况的影响。

2.1 切削力影响分析

在制定铣削方案过程中，重点考虑进给量和主轴转速对切削力的影响，根据试验方案测量切削力变化后，对实验结果进行分析，内容如下：

进给量对切削力的影响

根据所采集的实验数据分析来看，在固定主轴转速、轴向和径向切深的情况下，进给量对切削力的影响显著。以KLC 8204切削液铣削实验为例进行分析：

图2给出不同进给量条件下所测量的Fx，Fy和Fz三个方向的铣削过程切削力变化曲线，从图中可以看出，当主轴转速相同条件下，三个方向的切削力分力随着进给量的增加而变大，尤其以主切削力Fy方向的分力影响最为显著。

固定进给量、轴向和径向切深的情况下，分析主轴转速对铣削过程切削力的影响，以KLC 8205切削液为例进行分析：

图3给出切削力随着主轴转速的变化曲线，从图中可以看出，主轴转速对切削力的影响有限，Fx和Fz方向分力影响不大，Fy方向分力随着主轴转速的变化表现出波动，但是没有明显的规律性。

通过对两种切削液的铣削过程切削力进行测量，即KLC 8204和KLC 8205切削液，实验数据分析表明：影响铣削过程各向切削力（Fx，Fy，Fz）大小的主要因素为进给量，在铣削过程，各向切削力随着进给量的增加而变大，即同样工况条件下，进给量越大，所测量的切削力越大；在铣削过程中，主轴转速对切削力影响较小，没有明显的规律性。

2.2 切削力性能评价

首先通过实验数据分析切削液对铣削过程切削性能的影响，在此对干切削及KLC 8204切削液在各工况条件下所测量的切削力进行对比。

图4给出主轴转速 400rpm条件下，干切削与采用KLC 8204切削液在各工况条件下所测量三向分析对比。切削力的数据对比情况表明，在同样主轴转速、轴向和径向切深，不同的进给量下，采用KLC 8204切削液后，能够有效降低切削力。这主要是采用切削液将有效改善切削环境，尤其是能够降低切削表面的温度，带走切削过程所产生的大量切削热，同时为刀具表面提供的原因。

选择两款相近油品KLC 8205及国外同类产品作为参考切削液。通过实验数据对比可以看出，两者在同样工况条件下，铣削过程中切削力有明显差别，三个方向的切削力对比中，参考切削液的切削力测试结果要明显低于KLC 8205切削液。

本实验采用的KLC 8204切削液与干切削相比具有改进切削环境的功能，切削力的各项分力明显优于干切削环境；同样使用切削液情况下，通过对切削力的测量，能够区分不同切削液的性能的差别。

2.3工件加工表面质量评价：

铣削过程影响工件表面质量因素很多，主要有机床精度，切削参数的设定，刀具的选择以及切削液性能等。

表面粗糙度指零件已加工表面上所具有的较小间距和微小峰谷不平度的微观几何形状的尺寸特征，是反映零件表面质量的重要指标之一。国家标准规定，表面粗糙度的评定参数应从轮廓算术平均偏差Ra、微观不平度十点高度Rz和轮廓最大高度R中选取。本实验中取Ra作为铣削过程工件表面质量的评价参数。

首先对采用KLC 8204切削液与干切削实验的工件表面质量进行评价，以考察切削液在铣削过程中对工件表面质量的影响。

图6 给出同样主轴转速条件下，干切削与采用KLC 8204切削液后，工件表面粗糙度随进给量的变化曲线，从图中可以看出，采用切削液后，工件表面粗糙度更小，表明同样工况条件下，采用切削液后，工件的表面质量明显改善，能够表明切削液在铣削过程能够有效改善切削环境，有助于提高工件表面质量。通过该图也能看出进给量对工件表面粗糙度的影响有限，没有明显的规律性。

下面进行两款同类产品的工件加工后的表面质量进行对比，分别为KLC 8205切削液和国外参考切削液。

按照切削原理，加工过程中，适当提高主轴转速，能够降低工件表面粗糙度，从而提高工件表面加工质量，下面通过测量的实验数据来分析这一现象。

从图7中可以看出，当固定进给量，轴向及径向切深的前提下，工件表面的粗糙度受主轴转速影响明显，表现为：表面粗糙度随着主轴转速的提高而降低。同时可以看出，在同样工况条件下，采用KLC 8205切削液铣削后的工件表面粗糙度要低于采用参考切削液，表面工件表面质量更好。

首先通过第一组试验，即KLC 8204切削液与干切削进行对比来看，采用切削液后明显降低了工件表面粗糙度，尤其是在低转速区域改善更为明显；通过进行同类切削液产品的试验，可以看出，切削液对改善工件表面质量的能力不同，该试验能够区分不同切削液在降低工件表面粗糙度，提高工件表面加工质量的能力；通过改变试验参数，考察主轴转速对铣削过程工件表面质量的影响来看，适当提高主轴转速可以达到降低工件表面加工粗糙度、提高表面质量的目的。通过KLC 8205切削液与参考切削液实验对比，可以看出研制的新型切削液能够有效改善工件表面质量，在0.1mm/r进给量条件下，能够降低工件表面粗糙度可达30～80%。

3 结论

（1）影响铣削过程各向切削力（Fx，Fy，Fz）大小的主要因素为进给量，各向切削力随着进给量的增加而变大，即同样工况条件下，进给量越大，所测量的切削力越大；

（2）铣削过程中，主轴转速对切削力影响较小，尤其是Fx和Fz方向分力受主轴转速的影响有限，Fy方向分力随着主轴转速变化表现出波动，但并没有表现出明显的规律性。

（3）铣削过程中，工件表面的粗糙度受主轴转速影响明显，表现为：工件表面粗糙度在一定程度上随着主轴转速的提高而降低；

（4）固定主轴转速、轴向切深，以及径向切深时，不同进给量条件下测量的工件表面粗糙度虽然具备很好的区分性，但是未呈现出明显的规律性；

（5）通过对工件表面质量测量，可以看出研制的KLC 8205切削液具备很好的铣削性能，能够降低工件表面粗糙度，提高工件表面加工质量；

（6）通过制定的铣削测试方案，能够很好地区分不同铣削环境下切削力的变化情况。

参考文献：

[1] 李茂生.金属加工液的开发应用于评价方法.与密封，2010，35（11）：123-127

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关键词：集中冷却液系统；切削液；选用；管理与维护

中图分类号：TE626.39　文献标识码：A

0 引言

随着我国国民经济的快速发展，带动了汽车、制冷、设备制造等行业的扩张式增长。独资、合资制造企业的不断涌入，新的生产线的不断引进，加快了各种新工艺、新设备、新管理模式的应用。新型的生产流水线作业不仅加快了生产节拍、提高了加工精度，也对生产中使用的金属加工液提出了更高的要求。在汽车发动机、传动器、压缩机等的生产线中已经逐步由以往的单机供液的方式向集中供液的方向上转变。同时集中供液的系统也逐渐由较小的30～50t向100～300t的系统转变。

在使用切削液的过程中，有很多厂家由于对切削液的选取、使用和维护方法了解不够，出现了集中冷却液系统的切削液使用寿命较短，加工精度不高，部件锈蚀等问题。因此，在切削液使用过程中，合适有效的管理与维护是非常必要的，它不仅可以确保生产的顺利进行，还可以相应的节约成本，提高生产效率。

1 切削液的分类及选用

1.1切削液的分类

切削液按矿物油在其中的含量及液滴的大小等可以分为三类：乳化液、半合成切削液及全合成切削液。

乳化液是比较早的传统型的切削液。它含基础油在60％以上，液滴比较大，一般在5μm左右，因此它的稀释液不透光而呈乳白色。其优点是应用范围比较广，冷却能力较均衡，价格较低，废液处理较简单。缺点一是稳定性较差，容易滋生细菌、真菌等微生物，从而降低使用寿命；二是由于液滴较大，带走量也比较大，导致成本增加。乳化液可应用于各种通用加工工艺。

半合成切削液含有较多的乳化剂，基础油的含量在5％～40％之间。液滴比较小，大约在1μm左右，在稀释后由于液滴较小的缘故光线可以部分透过，因此呈半透明状态。它的特点是品种众多、应用范围极广，具有良好的综合性能。性价比好，稳定性强，通常使用寿命都在1年以上，特殊的可以达到3-5年。同时由于液滴小，相对于乳化液带走量也较少。缺点是废液处理相对复杂。应用于各种切削、磨削加工。

全合成切削液中不含有任何基础油，其中的主要成分是防锈剂、表面活性剂及一些性能添加剂。它的所有组分均是完全水溶性的，在稀释后呈完全透明状。它有极佳的冷却性能、润湿性能及沉降性，在磨削加工中使用广泛。由于性差的原因，使其使用范围受到了一定的限制，但是近几年国外的一些全合成的切削液产品由于添加剂水平的提高已经可以在深钻孔、攻丝、拉削加工中使用。

1.2集中冷却液系统切削液的选用

切削液选用的原则首先要考虑到加工的工艺。例如在汽车发动机缸盖的生产线中主要的加工工艺是铣削、钻孔、绞孔及精镗加工，因此在选择切削液的类型上应以半合成切削液为主。而在压缩机气缸、曲轴的生产线加工中以轻负荷的铣削和磨削为主，因此此时选用全合成的切削液比较适宜。

其次，要考虑到加工的材质、速度与精度等。由于在实际生产中加工的材质种类繁多，如高硬度合金、不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金、铜合金、普通钢、铸铁等。不同材质的产品在加工中所要求的切削液的加工性能、耐锈蚀性、抗硬水性都是不同的，因此切削液的选择必须与之相适应。同时由于加工的速度、精度不同，对于切削液的与冷却性能的要求也不相同。通常国外的切削液基本以加工材质的不同分为：难加工金属如高硬度合金用切削液，有色金属如铝、铜合金用切削液及黑色金属如铸铁、普通钢用切削液三大类。同时每一大类又按照加工的速度、精度、难易程度分为不同的级别。国内的切削液分类相对比较简单，品种也相对较少，此时选用主要应考虑到具体的功能性添加剂的种类与含量。

此外，要考虑到切削液的消耗、寿命与废液处理等。在使用系统及环境相同的条件下，切削液的消耗通常半合成的要比乳化液消耗量减少20％-30％左右，全合成的要比半合成的减少6％-12％左右。集中冷却液系统切削液的使用寿命通常要求不低于1年，因为一般的集中冷却液系统都在100t左右，换液时间比较长，同时费用也较昂贵。在目前的进口生产线上基本都要求在2年以上。乳化液的使用寿命通常不会超过1年，半合成全合成切削液通常在1年以上，在日本及欧洲一些国家中一些大型的集中冷却液系统的使用寿命已经达到了4-6年。

集中冷却液系统使用的切削液选用不同于单机切削液的选用，因为它的生产工艺繁杂，加工方式较多，同时可能加工几种材质的部件，使用寿命也要求相对较长，所以在选用时应以选择高端的产品向下兼容为主要原则。如系统中有铣、钻、绞几种工艺则应以钻、绞为主；有普通钢、铸铁、有色金属则应以有色金属为主。

2 切削液的初装与更换

集中冷却液系统切削液使用的好坏与寿命的长短同切削液的初装或更换新液时的流程有很大的关系。但是―般的厂家或使用者对此没有给予充分的重视。

在切削液初装之前一定要对设备的工作台、管线、液箱、过滤系统做仔细的清洗，同时在添加清水冲洗时要添加一定量的杀菌剂、防锈剂对管线、液箱中可能留存的细菌真菌进行彻底的杀灭及临时的设备防护。如果是更换系统中旧有的切削液则应在更换切削液前添加系统清洗剂对工作台、管线、液箱、过滤系统中的浮油、杂质、细菌真菌进行清理及杀灭，再排放完废液，清理完所有的杂质以后再用清水漂洗，然后才能添加新液。同时配制新液时一定要用去离子水，并将原液向循环中的稀释用水中不断缓慢添加。原液向水中添加搅拌均匀后会得到稳定的水包油乳液，如果顺序相反则不能得到稳定的乳液，影响切削液的稳定性及使用性能。新液的稀释用水指标见表1。

3 切削液的日常管理与维护

切削液的日常管理与维护一般分为两个方面：设备的日常管理与维护和切削液的日常管理与维护。

3.1设备的日常管理与维护

每天定期检查管路、过滤系统、进排液系统的使用状况，尤其是过滤系统的链轨、滤布及出液口的泵送压力等，要仔细检查，做到及时发现问题及时解决，避免影响生产的现象发生。

3.2切削液日常管理与维护

切削液的日常管理与维护包括：日常检测与现场问题快速处理两个方面。

3.2.1日常检测

浮油：浮油通常是由于系统中设备的油品泄漏产生，也有一些是由于切削液不稳定造成其中

的基础油析出产生的。它对于切削液的危害非常大。由于油的密度低于水，因此切削液箱中的大量浮油，会隔绝切削液与空气接触，造成厌氧菌的大量快速繁殖，直接威胁到切削液的使用寿命，当浮油超过0.5％时必须采取措施立即清除。

浓度：现场快速检测浓度使用折光仪，而实验室检测一般使用的是滴定方法。当切削液使用时间比较短，或虽经长时间的使用，但状况还比较好的情况下，二者的数值应比较接近。当使用时间比较长，切削液的性能已经大幅度下降时，二者的数值会相差很大，多的时候可以达到3％～4％之间，此时应以滴定浓度为准。某公司150t集中冷却液系统切削液使用两年时间中的切削液浓度变化情况见图1。

pH值：pH值是切削液维护中的一个非常重要的指标，它是在现场没有细菌板测试的情况下快速反应细菌繁殖程度的一个参照物。切削液中的有机组分是细菌的良好食物，细菌在繁殖的同时产生大量的酸性物质，中和掉了切削液中正常的碱性物质，使得切削液的pH值下降。切削液与pH值之间的实测数据见图2。

硬度：硬度是指切削液中钙、镁离子的含量。硬度过高会使切削液不稳定，同时会降低切削液的抗锈蚀能力，严重的还会使切削液破乳，产生油水分离现象。硬度过低又易引起切削液起泡。适宜的切削液硬度应保持在50～150μg/g之间。

硬度的不同表示方法：

德国：(dHO)1dHO=17.8μg/g碳酸钙；

法国：(FHO)1FHO=10μg/g碳酸钙；

英国：碳酸钙当量的μg/g浓度。

电导率：电导率大小显示着切削液中导电离子的多少。导电离子过多会使切削液的防锈性能下降。

细菌真菌：切削液中的细菌通常是指厌氧菌，厌氧菌在没有氧气的条件下繁殖很快，当细菌的数量达到107时，经过一两周切削液就会腐败变质报废了。真菌的繁殖则对系统的管线有着堵塞的危险，因此当检测出切削液中的细菌超过105，真菌为一个+时就应及时添加杀菌剂进行杀灭。

防锈性能：切削液规范的防锈性能测试到目前为止还没有统一的国际通用标准。原则是按照不同的加工材质选择相应的实验标准。

3.2.2现场问题快速处理

现场问题快速处理方法见表2。

(上接第29页)

4 总结

(1)对于大型集中冷却液系统切削液的加工性能，精度，防锈，消耗，使用寿命等方面来说，最重要的是按照具体的加工工艺、材质及寿命等要求正确地选择合适的切削液。如果在切削液的选择上出现了失误，对以后的具体使用会产生致命的不良影响。而这些不良的影响是无法从根本上解决的。例如在空调的压缩机部件的集中冷却液系统中错误的选择了乳化液，则会造成产品的单件成本(切削液消耗)上升，零件磨削精度不高等直接后果。

(2)切削液的维护应从切削液的初装开始。应对设备、管线、液箱等进行彻底的清理、杀菌方可初装新液。

(3)切削液的日常管理与维护中，气味、pH值、硬度、细菌等都与切削液的使用效果与寿命直接相连。只有做好了及时的检测与现场问题的快速处理，才可以保证它的使用效果与寿命。

5 结束语

在国内机械加工业的现代化发展过程中，集中冷却液系统正在被越来越广泛地应用到生产实际中。相应的大型集中冷却液系统切削液的选用、日常管理与维护也越来越被人们所重视。它不仅关系到加工产品的精度、质量、成本等一系列的因素，更关系到企业生产的顺利进行。正确地选用合适的切削液产品，完善的管理与及时的维护正在成为企业健康发展的重要保障。

参考文献：

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【关键词】数控技术；维护；更换

随着机加工的发展，切削液也得到了普及。在机加工过程中，正确地选用切削液，不仅可以降低切削温度，减少刀具磨损，延长刀具寿命，还可以提高工件表面质量。本文通过简单介绍了切削液在机加工中对工件、车床、环境的影响，浅析了切削液在机加工中的作用及废弃切削液的检测和处理。

1切屑液对机加工的影响

1.1切削液对工件表面质量的影响

合理的选择切削液并正确的使用，对提高加工工件表面质量是至关重要的。在加工过程中，不同的材质使用不同的切削液，实现了对工件的冷却、、清洗等作用，防止了因加工产生的大量热能对工件材质的改变；切削液还可以吸附在工件表面形成吸附膜，对工件加工过程中起到了一定的作用；在高速的机加工过程中，切屑液的使用实现了工件边加工边清洗，防止了因铁销等吸附在工件表面而对工件划伤或结渣等。

1.2切削液对机床的影响

对刀具的影响。在加工过程中，切削液可以吸附在刀具表面形成吸附膜，减小了刀具与工件表面的摩擦，同时对刀具起到了一定的防锈作用。当然，最重要的还是切削液的冷却作用，可以防止刀具因加工过程中受热而材质发生改变。实践证明，合理的使用切削液可以成倍的提高刀具、钻头、等的使用寿命。

对车床导轨表面的影响。车床长时间的使用，容易造成车床导轨表面磨损严重，从而使加工工件表面易产生“双凹”槽，加工螺纹锥面产生锥距超差。通过对车床内部增加特殊管路，实现切削液对车床导轨进行清洗，从而可以改善这一状况。

通过对车床切削液管路的重新设计，还可以利用切削液对挡销板等进行清洗，防止了铁销、灰尘等在机床内凝结。切削液内含有防锈添加剂，对机床内部起到了一定的防锈处理。

1.3切削液对员工身体健康及环境的影响

切削液长时间使用容易滋生细菌，主要是厌氧型细菌，厌氧菌生存在没有氧气的环境中，每小时分裂为二，代谢释放出SO2，有臭鸡蛋味，切削液变黑。当切削液中的细菌大于106时，切削液就会变臭。长期吸入是对人体有害的。

切削液对环境的危害主要是其废液对水资源及土壤的污染。矿物质油是切屑液的主要成分之一，未经处理的乳化液含油量高达2000mg/L，对水生物威胁严重。切削液中的添加剂对环境的污染也及其严重，如氯化石蜡对水生环境的危害，尤其对水微生物、贝类及鱼类危害极大。

2切削液的简单介绍及其作用

2.1切削液的分类

由于加工条件的不同，切削液的选择也会有区别，根据其主要成分的不同，切削液可以分为两大类：以水、化学合成水或乳化液为主的水基切削液和以各种矿物质油，动物油，植物油或由他们组成的复合油为主的油基切削液。前者冷却能力较强，后者性突出。

2.2添加剂在切削液中的使用

为了提高切削液在机加工过程中专项性的作用，通常会在切削液中加入各种添加剂，例如：

油性添加剂：主要有动植物油、脂肪酸、胺类、脂类等，能与金属表面形成牢固的吸附膜，在较低的切削速度下能起到较好的作用。

极压添加剂：含有硫、磷、氯等的有机化合物，在高温下与金属表面起化学反应，形成能耐高温和压力的化学膜。

表面活性剂：即乳化剂，能与矿物质油和水混合乳化，形成乳化液并吸附在金属表面形成膜。常用得到表面活性剂有石油磺酸钠、油酸钠皂等。

通过添加剂的合理选择和使用，使切削液具有突出的专项作用，在金属加工过程中广泛应用。

2.3切削液的作用

通过实践证明，在机加工过程中，选用合适的金属切削液，能降低切削温度60～150℃，降低表面粗糙度1～2级，减少切削阻力15～30%，成倍地提高刀具、锯条、钻头等的使用寿命。并能够把铁销等从切削区冲走，从而提高生产效率和产品质量。故在机加工过程中应用极为广泛，其具备以下几方面

作用：切削液侵润到刀具、工件及切削之间形成吸附膜，减少摩擦和粘结，减小了切削阻力，保证了切削质量，延长刀具的使用寿命。PH值在8～9性能较好。

冷却作用：在工件切削加工过程中，能及时降低切削区的温、冷却刀具和工件，提高了切削效率和切削质量，延长了刀具寿命。切削液冷却性能的好坏，取决于他的传热系数、比热容、气化热、气化速度、流量、流速及本身温度等。一般来说，水溶液的冷却性能最好，乳化液次之，油类最差。

清洗作用：对切削区内的切削和磨料粒子及时冲洗而离开刀具和工件，防治了刀具和工件表面磨损；减小了切削区的阻力，使切削或磨削能够顺利的进行。

防锈作用：在切削液中加入防锈剂使其具有了一定的防锈作用（对黑色金属具有1～3个月的防锈），防止了工件和机床生锈，对机床的保养和工件的防锈都起到了积极的作用。

断销作用：在螺纹等数控加工中，我们还可以在车床内加入断销装置，利用高压泵对切削液进行加压（5～10MPa），通过特殊喷嘴对准车刀方向断续喷出，对车床加工过程中的断销起到了积极作用，提高了车床的自动化，减轻了操作手的体力劳动，提高了安全系数。

此外，在机床内通过增加专用管路，切削液对导轨和挡销板还具有清洗和作用，保证了工作环境的清洁，减小了导轨和挡销板的摩擦阻力。在工作过程中，降低了员工的工作强度，提高了工作效率和产品质量。

3废弃切削液的检测及处理

切削液的工作环境为半封闭式，长时间的工作，切削液中会容有大量的氧化铁、油污、尘埃等杂质使杂志浓度过高，若不能很好的及时处理，切削液就容易失效，无法继续使用；同时，切削液在使用过程中会滋生大量的厌氧型细菌，使其变质发出臭味，对员工的身体健康也有一定的危害。这就需要在加工生产中，及时的检查切削液的质量并作出相应的处理。

3.1切削液检测标准

3.2切削液维护和处理

3.2.1增大切削液存储池的容量

适当的增大切削液存储池的容量，可以有效的延长切削液更换时间。切削液储量增大，使氧化铁、油脂、粉尘等杂质在其内的溶解量增大，在工作过程中，可以有效的缓解杂质浓度对切削液的影响。

3.2.2切削液过滤循环使用

切削液中的杂质主要为浮油、铁销、灰尘及细菌等，定期持续的过滤清理，能较好的保持切削液的性能，延迟切削液的使用寿命，从而降低切削液使用成本，增长刀具使用寿命和提高工件表面精度。

切削液在维护过程中，我们可以采用相关设备对切削液进行：集中去除杂质破乳取油水质净化取水样化验再循环使用。其主要方法有过滤分离法、沉降分离法、磁性分离法。

3.2.3更换切削液

在工作过程中，我们应该定时的更换切削液。通过更换切削液可以有效的提高生产效率、提高工件表面质量、延迟刀具的使用寿命、对机床也起到一定的维护作用。在切削液更换过程中，我们应该注意到：

（1）排空原液：尽可能完全排空原工作液；

（2）清渣：彻底清除工作液系统和存有工作液的液槽、机床表面、泵和循环管道系统及过滤系统，清除对象包括切屑、污渣、杂油、污泥等杂质，不留死角；

（3）清洗杀菌：用1～2%的切削液和0.1～0.3%的杀菌剂配制清洗液，循环清洗系统；

（4）排空，检查清洗效果。

同时，对于废弃切削液的处理应该严格遵守国家要求，禁止乱排乱放。

3.2.4抑制细菌滋生

切削液中滋生的细菌以厌氧型细菌为主，抑制细菌的滋生最简单的方法就是在切削液中不定期加入抗菌剂。其次，要求在停机时对切削液进行定期搅拌或循环，防止车间出现“星期一”臭气现象。

总之，切削液的使用已得到普及并且发展迅速，在企业以质量谋生存的今日，如何提高产品质量已成为企业发展的重要课题，因此，这就要求我们在日常工作过程中做到定时检测、定期更换，并对设备等进行改良创新。

参考文献：

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关键词：切削加工切削液选用

在金属切削过程中，为提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度，延长刀具使用寿命，达到最佳的经济效果，就必须减少刀具与工件、刀具与切屑之间磨擦，及时带走切削区内因材料变形而产生的热量。要达到这些目的，一方面是通过开发高硬度耐高温的刀具材料和改进刀具的几何形状，而另一方面采用性能优良的切（磨）削液往往可以明显提高切削效率，降低工件表面粗糙度，延长刀具使用寿命，取得良好的社会和经济效益。

在机械加工中切削液的主要功能是和冷却作用，加入特殊添加剂后还可起到清洗和防锈的作用，用于保护机床，刀具及工件等物件不被腐蚀。我们在机械加工中，常用的切削液有：水溶液、普通乳化液、极压乳化液、矿物油、植物油、动物油、极压切削油等。其中，水溶液的冷却效果最好，极压切削液的效果最好，下面本文就针对于常用的金属切削方法切削液的选用进行探讨。

1.车削时切削液的选用

车削加工时最常用的一种切削加工方法，粗车时加工余量较大，因而切削深度和进给量都较大，切削阻力大，产生大量切削热，刀具磨损也较严重，主要应选择用以冷却作用为主并具有一定清洗、和防锈作用的水基切削液，将切削热及时带走，降低切削温度，从而提高刀具耐用度，一般选用极压乳化液效果好。

极压乳化液除冷却性能好之外，还具备良好的极压性，可明显延长刀具使寿命，提高切削效率，使用水基切削液要注意机床导轨面的保养，下班前要将工作台上的切削液擦干，涂上油。精车时，切削余量较小，切削深度只有0.05～0.8mm，进给量小，要求保证工件的精度和粗糙度。精车时由于切削力小，温度不高，所以宜采用高浓度（10%以上）的乳化液和含油性添加剂的切削液为宜。对于精度要求很高的车削，如精车螺纹，要采用菜籽油、豆油划其他产品作液才能达到精度要求。正如上面所提到的，由于植物油稳定发差，易氧化，有的工厂采用了精密切削剂全损耗系统用油作为精密切削油，效果很好。

2.铣削时切削液的选用

铣削是最常用的平面加工方法，铣削是断续切削，每个刀齿的切削深度时刻变化，容易产生振动和一定和冲击力，所以铣削条件比车削条件差。用高速刀具高速平铣或高速端铣时，均需要冷却性好，并有一定性能的切却液，如极压乳化液。在低速铣削时，要求用性好的切削油，如精密切削油和非活性极压油。对不锈钢和耐热合金钢，可用含硫、氯极压添加剂的切削油。

3.铰削

铰削加工是对孔的精度加工，要求精度高铰削属低速小进给量切削，主要是刀具与孔壁成挤压切削，切屑碎片易留在刀槽或粘接在刀刃边上，影响刃带的挤压作用，破坏加工精度和表面粗糙度增加切削扭矩，还会产生积屑瘤，增加刀具磨损铰孔基本上属于边界状态，一般采用性能良好并有一定良好性的高浓度极压乳化液或极压切削油，就可以得到良好效果。对深孔铰削，采用性能好的深孔钻切削油便能满足工艺要求

4.拉削

拉削是加工内表面的效率较高的加工方法，拉削时拉刀沿着轴线方向按刀刃和齿升并列着众多刀齿的加工工具，拉削加工的特点是能够高精度地加工出具有复杂形状的工件。因为拉刀是贵重刀具所以刀具耐用度对生产成本影响较大。此外，拉削是精加工，对工件表面粗糙度要求严格。拉削时，切削阻力大，不易排屑，冷却条件差，易刮伤工件表面，所以要求切削液的性和排悄性能较好。国内已有专用的含硫极压添加剂的拉削油。

5.钻孔

使用一般的麻花钻钻孔，属于粗加工，钻削时排屑困难，切削热不易导出往往造成刀刃退火，影响钻头使用寿命及加工效率。选用性能好的切削液，可以使钻头的寿命延长数倍甚至更多，生产率也可明显提高。一般选用极压乳化液或极压合成切削液。极压合成切削液表面张力低，渗透性好，能及时冷却钻头，对延长刀具寿命，提高加工效率十分有效。对于产锈钢、耐热合金等难切削材料，可选用低粘度的极压切削油。

6.磨削加工

6.1.普通磨削

可采用防锈乳化液或苏打水及合成切削液，对于精度要求和精密磨

削，使用精磨液可明显提高工件加工精度和磨削效率

6.2.高速磨削

通常把砂轮线速度超过50m/s的磨削称为高速磨削。当砂轮的线速度增加时，磨削温度显著升高。从试验测定，砂轮线速度为60m/s时的磨削温度（工作平均温度）比30m/s高约50%～70%；砂轮线速度为80m/s时，磨削温度比60m/s时又高15%～20%。砂轮线速度提高后，单位时间内参加磨削的磨粒数增加，摩擦作用加剧，消耗能量也增大，使工件表层温度升高，增加表面发生烧伤和形成裂纹的可能性，这就需要用具有高效冷却性能的冷却液来解决，所以在高速磨削时，不能使用普通的切削液，而要使用具有良好渗透、冷却性能的高速磨

削液，才能满足线速度60m/s的高速磨削工艺要求。

6.3.强力磨削

这是一种先进的高效磨削工艺，例如功入式高速强力磨削时，线速度为60m/s的砂轮以每分钟3.5～6mm左右有进给速度径向功入，功除率可高达20～40mm3/mm.s，这时砂轮磨粒与工件摩擦非常剧烈，即使在高压大流量和条件下，所测到摩擦区工件表层温度范围达700～1000℃，如果冷却条件不好，磨削过程就不可能进行。在功入式强力磨削时，采用性能优良的合成强力磨削液与乳化液相比，总磨量提高35%，磨削比提高30%～50%，延长正常磨削时间约40%，降低功率损耗约40%，所以强力磨削时，冷却液的性能对磨削效果影

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关键词：绿色切削液；决策方案；模糊综合评价

1 切削液概述

切削液是一种用在金属切削加工过程中，用来刀具和加工件，从而降低切削时刀具与工件间的摩擦力，在的同时能够对工件进行冷却、排屑、防锈、清洗、防腐蚀处理。从而带走切削区的切削热，降低切削温度；减小刀具前刀面与切屑，后刀面与已加工表面间的摩擦，降低刀具磨损，延长刀具使用寿命；由于膜的存在，切削力、摩擦和功率消耗减少，加工效率得以提高，工件精度和表面质量有所改善，提升了切削加工的经济性。切削技术的不断进步也推动着切削液技术的发展。

2 分类

切削液一般都由带有特定功能助剂配伍而成，其种类繁多，在分类时一般按其组成的化学成分不同分为非水溶性（油基）液和水溶性（水基）液两大类两大类。在高速切削时，油基切削液会因冷却效果差导致发热量大，使切削区的温度过高，是工件产生热变形，严重甚至导致烟雾、起火等现象。以含极压添加剂的切削油为例，其一般使用在切削速度不超过60m/min的场合。乳化液集成了优良的冷却性、性与防锈性，适用于发热量的高速低压切削。其使用加工范围广（可用于所有的轻、中等负荷的切削加工及多数重负荷加工），散热好，易清洗，经济性佳，使用安全、卫生。但其也存在易变质、气味不佳的缺点，因此在使用时不得不加入少量杀菌剂，这也给机床操作人员的健康带来隐患。化学合成切削液具备有与乳化油接近的的优点，而且比乳化油稳定性和抗腐败能力要强。但化学合成留下的残留物容易使工件表面产生锈蚀。不锈钢，在选用切削液时我们不但要考虑工件的材料还要考虑其加工形式和加工方法。比如在粗加工时，以使用选用乳化液或极压乳化液和硫化油为主，而精加工时，选用极压切削油或浓度则要大得多，还会使用矿物油+黑机油或煤油+油酸+植物油的组合。攻丝和铰孔常用极压乳化液、铅油加机械油、等；而滚齿则用极压乳化液或极压切削油。若工件材料是高强度钢多用极压切削液。

以攻螺纹加工为例，若是俗称“铅油”的切削液，其生产效率低，油污不易清洗；若选用合成切削液，虽然冷却、清洗效果好，但性差，刀具易发生磨损，螺纹质量得不到保证。但若选用微乳化液，它具备乳化液和合成切削液的优点，扬长避短。而微乳化液恰恰是切削液发展的趋势。

除了考虑到加工要素外，在切削液的选用过程中我们还要考虑到切削液对操作者健康和对环境的影响。目前，市场使销售的主流切削液大都还有一定毒性的添加剂，如毒性较大的苯酚（杀菌剂），低毒但却被公认的是强致癌物质亚硝酸钠（防锈剂），强刺激性的甲醛（杀菌剂），此外，不少切削液因矿物油、表面活性剂的脱脂作用，或因防腐杀菌剂的刺激性，及无机盐、有机胺等碱性物质的作用，易使皮肤产生皮炎。其产生的油雾对呼吸系统和眼睛也有一定的刺激性。另外切削液产生的油雾容易导致设备锈蚀，电器故障，滑动面摩擦增大，难降解的矿物油会对水资源和土壤资源产生污染。

3 切削液的发展趋势

开发绿色切削液，推广集中冷却系统，即把机械加工设备各自独立的冷却装置合并为一个冷却系统，使切削液维护管理上水平。研究干切削、最小量切削和削液废液处理成为研究的主方向。

4 应用实例

本文根据参考资料[3]针对SG—3新型合成切削液，按照二级模糊综合评价方法对其绿色性进行评价。

权重集的确定采用层次分析（AHP）法中的1～9比例标度法。对于健康指标、环境指标及安全指标这3项而言，健康指标比安全指标重要，而环境指标则介于两方之间。

评价结果表明，切削液的绿色性好或一般的比例远大于差的比例，因此SG-3新型合成切削液是一种可以选择的绿色切削液。

参考文献：

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关键词：石油机械设计 材料 标准化 冷作硬化 残余应力 剂

在市场经济中,企业要在竞争中处于不败之地,靠的就是高质量、低成本的产品。石油机械设计工作的重要性,不仅在于它是生产技术准备工作的第一步,而且还在于它将严重影响产品的质量和成本,虽然影响产品成本的因素很多,但主要与设计、制造和原料有关。

1、石油机械设计中对材料的选择

在我们的具体的生产过程之后中,我们在所需要的石油机械零件的设计与制造过程中,材料的选择是十分关键的,这件很关键的影响到使用性能、使用寿命及制造成本。当碰到零件的材料选择问题时,一般都是参考相同零件或类似零件的用材方案,选择一种传统上使用的材料(这种方法称为经验选材法)。虽然现在我们的可以参考的标的不是很多,与此同时我们面临的主要问题是材料的性能(如耐腐蚀性能等)又无比较成型的时刻要求,他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据,信手选定一种较万能的材料。这就要求我们的交给你个技术企业在很大程度上实现我们的技术要求,最后事实现在我们的在实际工作中许多石油机械工程师,常常把零件的材料选择看成一种简单而不太重要的任务。石油机械零件材料的选择应满足基本要求:（1）使用性能要求。材料在使用过程中的表现,即使用性能,是选材时应考虑满足的根本要求。不同零件所要求的使用性能是很不一样的,有的零件主要要求高强度,有的则要求高的耐磨性,有的甚至无严格的性能要求,仅仅要求有美丽的外观。因此,在选材时,首要的任务就是准确地判断零件所要求的主要使用性能。（2）工艺性能要求。材料的工艺性反映的是材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力,即要求所选材料在加工制造时首先能够造出成品来,并且能够便于制造、同时必须保证质量。

2、石油机械设计标准化是提高产品质量降低成本的主要途径

我们的石油机械质量的前提是其零件的质量要求,这就在很大程度上要求我们对于石油机械零件设计工作来说,实际的工作中要求我们实现标准化的要求。在这里我们所谈到的零件的标准化,就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等,制定出各式各样的大家共同遵守的标准。标准化带来的优越性表现在:(1)能以最先进的方法在专门化工厂对那些用途最广的零件进行大量的、集中的制造,以提高质量、降低成本。(2)统一材料和零件的性能指标,使其能够进行比较,并提高零件性能的可靠性。(3)采用标准结构及零、部件,可以简化设计工作,缩短设计周期,提高设计质量。搞好设计阶段的标准化工作是降低产品成本的重要途径在市场经济体制下,生产厂家应根据市场的需求变化,不断更新产品品种,提高产品质量,降低物资消耗,提高经济效益。

3、影响机加工件表面层物理力学性能的因素

我们现在的机器设备零件加工企业要求我们的石油机械加工中工件,由于其受力不同,其自身的性能有着很大的变化,从而能产生的性能上的差异,主要是为了表现为表面层的金相组织和硬度的变化及表面层出现的残余应力。表面层金相组织的变化。石油机械加工过程中在加工区由于加工时所消耗的热量绝大部分转化为热能使加工表面出现温度的升高。当温度升高到超过金相组织变化的临界点时,表面层金相组织就会发生变化。一般的切削加工,切削热大部分被切屑带走,因此影响也较小。但对磨削加工来说,由于单位面积上产生的切削热比一般切削方法大几十倍,切削区的高温将引起表面层金属的相变。当磨削深度增大时工件表面及表面下不同深度的温度都将提高,容易造成烧伤;当工件纵向进给量增大时,磨削区温度增高,但热源作用时间减小,因而可减轻烧伤。但提高工件速度会导致其表面粗糙度值增大。提高砂轮速度可弥补此不足。实践证明,同时提高工件速度和砂轮速度可减轻工件表面烧伤。冷却方式。采用切削液带走磨削区热量可避免烧伤。但由于旋转的砂轮表面上产生强大的气流层,切削液不易附着,以致没有多少切削液能进入磨削区。但当进给量较小时,由于刀具刃口圆角在加工表面单位长度上的挤压次数增多,硬化程度也会增大。刀具。刀具刃口圆弧半径增加,对表层挤压作用大,使冷硬增加;刀具副后刀面磨损增加,对已加工表面摩擦增大,使冷硬增加;刀具前角加大可减小塑性变形,使冷硬减小。工件材料 工件材料的硬度越低,塑性变形越大,切削后冷作硬化现象越严重。表面层的残余应力。切削过程中金属材料的表层组织发生形状和组织变化时,在表层金属与基体材料交界处将会产生相互平衡的弹性应力,该应力就是表面残余应力。

4、剂的特性及应用

为了使工件得到所期望的几何形状、尺寸精度和表面质量,需要对工件进行切削、研磨、冲压、轧制和拉拔等,金属加工剂是金属在加工工艺过程中所使用的冷却材料。

4.1 剂的作用和技术要求

我们使用的金属切屑剂的主要目的是:(1)延长刀具的使用寿命;(2)保证和提高工件的加工尺寸精度;(3)改善工件表面的光洁度;(4)及时排除金属屑,确保切削过程顺利进行。

4.2 金属切削剂的选择

选择金属切削剂,首先要根据切削加工的工艺条件及要求,初步判断选取纯油性或水溶性切削剂。通常我们可以根据机床供应商的推荐来选择;其次,还可以根据常规经验进行选取,如使用高速钢刀具进行低速切削时,通常采用纯油性,使用硬质合金刀具进行高速切削时,通常可以采用水溶性;对于供液困难或切削液不易达到切削区时采用纯油性金属切削液（如攻丝、内孔拉削等）,其他情况下通常可采用水溶性金属切削液等。机械找堵水技术03年至11年在锦州采油厂共累计实施118井次,累增油2.87×104t。年平均打压换层成功率为78%。07年打压换层成功率较低,只有36%。换层失败的原因主要有套管漏、封隔器座封不牢、打压开关砂堵等,针对这些问题,技术人员对机械找堵水设备进行了相关技术改进,使得08年及以后的年换层成功率有了显著上升

5、结语

总之,在市场经济中,为了更好满足企业的发展,石油机械产品越来越先进,品种越来越多。这就要求我们在石油机械设计当中,对材料的选择、标准化的应用提高到一个新的认识,在加工过程中,减少影响表面层物理力学性能的因素以及剂的合理运用。努力把我们加工成本降到合理的水平,从而提高企业的经济效益。

参考文献

[1]梁耀能.石油机械工程材料[M].南理工大学出版社,2002,2.

[2]胡家秀.石油机械设计基础[M].石油机械工业出版社,2001,6.

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常见的节约资源型机械制造工艺技术有如下三种：

1.1环保型机械制造工艺技术。

此技术与我国环境保护目标相呼应，借助当代最先进的科学技术手段，将机械制造中产生的环境污染降至最少，从而保护了人们的身体健康。

1.2节约能源型机械制造工艺技术。

当今工业生产过程中普遍存在着能源过量消耗的问题，而该技术以绿色制造的为生产观念，以节约能源为生产目标，促进我国经济的可持续发展。

1.3节约资源型机械制造工艺技术。

主要是节约利用生产原材料，再生产过程中简化工艺流程，能够有效节约原材料。为最大限度的提高原材料的利用率，且保证不会影响机械功能，可适当减少零部件的数量以及重量。我国应大力倡导节约资源型机械制造工艺技术的使用，从而促进国家经济的可持续发展。

2节约资源型机械制造工艺技术简述

近几年来，我国致力奋斗于资源节约型以及环境保护型社会的建设工作中，加大了对环境的保护力度，并通过结合节约资源型机械制造工艺技术充分利用资源，减少资源的浪费。在传统加工过程中切削液占据着主要地位，其能冷却零件，还能通过对零件进行清洗工作以防止零件生锈。由此可见这种液体可以大量用于切削区进行零件清洗以及工作。而切削液的大量使用造成了严重的环境污染问题，因此需要国内人士引起重视。

2.1干式加工技术

首先，大量使用切削液会增加制造成本。比如在调查研究收割机制造行业的成本时，经统计发现:切削液的制造成本占整个工业成本的20%。工业生产过程中切削液的制造成本主要体现在切削液的购买以及设备的维护及设备中。其次，大量使用切削液会造成严重的环境污染问题。切削液中含有大量硫、氯以及矿物油等，这些物质对环境来说是一个巨大的威胁。如果使用切削液过程中出现偏差，将直接导致环境受到污染。最后，工作人员在使用切削液的过程中，其自身身体健康就受到了威胁。生产过程中难免要与切削液进行接触，如果接触时间过长，将会使得工人的呼吸道以及皮肤出现问题。为此，在工业生产过程中可引进干式加工技术，使得工人们免受皮肤病以及呼吸道疾病的干扰。通过对干式加工技术进行全面研究分析得知，干式加工技术是新时期节约资源的一种机械制造工艺技术，不同于以往传统模式下大量使用切削液的情形。工业生产过程中引用此技术能够确保加工得到的切屑不再受到切削液的污染，从而减少了制造成本，降低了环境污染程度，进而保证了人们的身体健康。

2.2少无切削加工制造工艺技术

面对切削液给人们的身体健康以及环境带来的巨大威胁，相关工作人员应结合现代先进的绿色切削技术，以减轻切削液带来的负面效应。绿色切削与我国发展绿色制造产业的要求相呼应。此技术主要适用于齿轮型花键、形状相异的孔类零部件以及有色金属类型零件等。该技术相比于传统工业技术具有显著地优势：能够有效降低日常工业生产过程中材料的消耗量，从而大大地降低了工业生产成本。2.3低温切削加工制造工艺技术低温切削加工制造工艺技术普遍用于加工难度大的材料加工过程中，比如高锰钢、钛合金以及淬硬钢等材料。该技术需要配置低温冷风设备并安装低沸点冷却装置以及氮气流装置。然而该技术的引用必将导致生产制造成本的增加。由此可见，该技术还不够成熟，还需对此技术进行进一步的改革。2.4高速切削加工制造工艺技术机械制造生产过程中如果使用粗糙的零件进行加工，必将增加加工余量，降低了生产效率，也造成了材料的过度浪费。为有效提高工件的质量，可引进高速切削加工制造工艺技术，该技术不仅提高了切削速度，同时还减小了切削力度，保证了工件的质量。

3节约资源型机械制造工艺的具体应用

3.1风冷却切削技术的应用

现代机械制造加工技术的应用主要是为了同时解决冷却与两方面的问题，一般可采用我风冷却切削技术。该技术工艺通过使用除湿器除去空气中的水分,再将无水分的空气输送至空气冷却器中，当空气温度降到零下二十摄氏度以后，再将冷风送至切削部位,并适量喷洒无害植物油以防止生锈。该技术有效地实现资源的节约目的。

3.2干式加工技术的应用

干式加工技术被广泛运用于干磨削以及干切削工作。前文已经介绍了大量使用切削液的危害，而干式加工技术能够有效解决切削液的使用带来的环境污染问题。既降低了生产成本，又保证了环境质量。首先介绍干式加工技术在干式磨削中的运用。传统的磨削加工会造成大量的油气和烟雾，导致环境受到严重威胁，而且也加大了机械加工的成本。而干磨削加工方式有效地弥补了传统磨削加工的不足之处。干式磨削是通过借助热交换器，对空气进行冷却压缩，当空气温度降低至零下一百摄氏度以后，在磨削部位适量喷洒氮气，能够有效减少压缩空气产生的热量，最大限度的避免了工件发生变形情况。第二，干式加工技术在干切削中的运用。该技术主要对干式齿轮、干铣削、干车削等进行加工。是目前使用最为广泛的加工技术。例如，对丝杠进行加工时，应先对处在较软工件上的螺纹进行加工，然后对该工件进行淬硬处理，最后进行精磨处理。这样不仅缩短了加工时间，而且极大地提高了加工的效率。

4结语

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关键词：静电冷却；干式切削；钛合金

1.引言

美国的统计数据显示，与切削液使用有关的花费约占总制造费用的16%，是刀具费用的3～4倍。德国汽车制造业的调查数据显示，把切削液和有关设备费、能耗费、处理费、人工费、维修费、材料费都加在一起达到全部工件加工成本的7%～17%，而全部刀具费用仅为总制造费用的2%～4%。干式切削技术是为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略而发展起来的一项绿色切削加工技术。目前德国、美国和日本等工业发达国家把这项技术已成功应用到生产领域。干式切削的方法有：高速干式切削、低温冷风切削、液氮冷却切削等，静电冷却干式切削便是其中的一种。

2.静电冷却干式切削装置

2.1.汤森放电理论

气体中的载流子是离子和电子。由于在正常压力和温度下，外界电离因素（热、光和辐射等）所产生的载流子极少，空气中1cm3体积中，1秒中仅产生4 ～6对。无外加电场时，这些载流子会因复合而消失，当外加极弱电场时，除一部分载流子仍有复合而消失外，另一部分漂移到电极上而被中和，漂移到电极上的电子与电场强度成正比，此时气体内的电流密度正比于电场强度，符合欧姆定律。进一步提高电场强度，这时电离因素所积累的能量将逐渐增大，当电场强度增加到一定的强度，离子积累的能量大到与气体分子碰到时足以使它离解，被碰撞分子离解为正离子和电子。由于载流子增多，电流不再保持恒定而迅速上升，新形成的离子和电子在电场作用下积累能量，再碰撞分子，产生新一代的载流子。这样，整个电离过程像雪崩似的发展下去，载流子数激增，因而气体内的电流无限增加。此时，空气失去绝缘性能而被击穿。

2.2. 静电冷却装置

静电冷却干式切削的实质在于向切削区域输送经过放电处理的空气。空气经过空气压缩装置加压后以适合的速度通过静电冷却装置，使空气离子化、臭氧化。然后通过传输系统把电离空气送到切削区，在切削点周围形成特殊气体氛围，既降低切削区的温度，又能在刀具与切屑、刀具与工件接触面上形成起作用的氧化薄膜，并使被加工表面呈压缩应力。

静电冷却装置由供电电源装置、空气压缩装置、静电场装置、电离空气的传输系统、喷嘴等组成。（见图1）

3.静电冷却作用

常规切削加工中，切削液的作用机理有：冷却作用；作用；清洗作用；防锈作用。静电冷却技术具有：冷却作用；作用；表面钝化；清洁作用；切屑断裂和导出等。

3.1.冷却作用

由于存在带电离子，经过放电处理的空气的冷却作用远高于普通空气。向切削区域输送空气的温度介于-10℃～-20℃之间，当空气流直接冷却和被加工材料遭受破坏所需要能量减少时，产生温度下降 。在温度下降时会出现列宾捷而效应。

3.2.作用

作用主要取决于切削过程中存在臭氧和离子被摩檫表面所吸收并同其化学键结合而形成为边界薄膜。薄膜厚度介于数百到数千nm之间，其抗剪强度略高于流体动力油，但远低于金属。

3.3.表面钝化

由于物理——化学等离子体活性组分发生反应的结果，而切削区域的物理——化学等离子体是在高温分解转化过程中，在伴随有氧气以及存在高剪切应力和外激电子发射条件下出现的。因为臭氧、氧和各种成分的带电离子有足够高的浓度，钝化过程可以更高速度进行。

3.4.清洁作用

清洁作用是指零件被加工表面和刀具清除切削区域碎屑、碳化物和非金属夹杂物的能力。静电冷却的清洁作用相当显著。

3.5.切屑断裂和导出

对切屑形成过程控制，不仅可以通过改变切削参数和刀具几何角度来实现，也可通过改变静电冷却装置的工作规范和该装置的喷嘴对刀具和工件的位置来实现。

4.静电冷却干式切削钛合金的试验及分析

试验数据

试件：BT20钛合金（近α钛合金）

刀具：YD15外圆车刀

仪器和设备：车床，静电冷却装置

试验方法：在同样的切削参数下，对切削液冷却和静电冷却的试验数据进行分析比较

试验表明：在静电冷却干式切削条件下，选用切削性能先进的新型刀具材料，合理的刀具几何参数和切削用量，对钛合金的切削加工达到了常规切削。提高了刀具耐用度、生产效率、降低了生产成本。尤其在高速精加工中效果更加明显。

5.结束语

静电冷却技术从源头上解决了切削液污染环境和危害工人健康，又减少了资源和能源消耗的弊端，较好的解决了生态环境、技术与经济间的协调关系与可持续发展。静电冷却技术亦为难加工材料切削技术的发展，增添了探索途径。

参考文献：

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（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710065）

【摘　要】本文主要分别讲述了纵向毛细形成的原因是刀具表面不平整引起的犁耕作用；横向毛细管形成的原因是硬质点嵌入切屑中在与刀具的相对滑动中撕裂切屑形成横向缝隙。在此模型的基础上总结了低温MQL的机理，并通过实验数据验证油膜的存在。

关键词 机理；毛细管模型；模型

0　引言

常规的微（MQL）技术在切削难加工材料时，切削区的温度过高使刀具表面的膜失去了效果，造成刀具剧烈磨损。若采用有效的降温手段，使切削区达到-10~-40℃，可以进一步提高MQL的效果，并且能够有效减轻高温摩擦对刀具产生的剧烈磨损。

低温冷风微量技术通过降低压缩气体的温度，一方面提高切削区换热的强度，改善换热效果；另一方面，换热效果的提高又可以使液滴形成的膜进一步保持能力，从而降低刀具磨损，提高加工质量。但是目前该项技术还存在不少问题：（1）使用低温冷风MQL技术时如何能够保证切削区的温度，达到设计要求的-10~-40℃；（2）微量液的机理不明，是否有油膜的产生；（3）对风冷切削技术缺乏系统性的试验研究，对一系列技术参数没有量化和优化。

1　低温冷风MQL机理

根据纵横交错毛细管模型，本研究进行了流场模拟和雾化实验观测，总结描述出低温MQL油膜的形成过程。如图1所示，在切削过程中切削变形区摩擦界面上由于强大的挤压及剪切应力和切削刃处的不平整，沿着切屑的流出方向会产生纵向主毛细管，而横向的毛细管[1]是由于在冶炼中以及挤压和剪切应力作用下，产生的小的硬质点，由于挤压作用硬质点会嵌在切屑内部（图1a），刀-屑相对运动中，硬质点会使切屑接触面上形成空隙（图1b），硬质点在摩擦力作用下逐渐扩大形成毛细管（图1c），如果有积屑瘤的存在，则整个毛细管会更加清晰。

从整个过程来看，毛细管内部为真空，当其一端与大气相通时外界气体和高速细粒油快速填充，在继续的相对运动中，有外部的高压微量液与毛细管中的液持续补充，与此同时，翘曲切屑与刀体之间也会存在缝隙，液颗粒，会在高压下持续进入缝隙中，从而形成了局部类油楔的边界模型（图1d）。

以上油膜的形成过程是主要是针对前刀面的，而后刀面主要的作用是形成已加工表面，它的油膜形成过程，可描述为如下：在挤压及剪切应力下，撕裂后的金属，留下极不光滑表面粗糙度，工件和刀具之间的过渡表面接触区存在很多间隙，细小的油颗粒，在高压气体作用下，喷入间隙中，从而在刀具后刀面与工件之间形成一层不均匀油膜，在工件与刀具之间的相对运动中提供后刀面的。

在高压冷风的携带下，油微粒，进入金属间隙，吸附在金属表面，同时，冷风带走了切削产生的大部分热量，同时，也降低了油本身的温度，油在低温下，粘度会增加，会在刀体上形成抗压性能更好的油膜。

2　低温MQL机理实验研究

2.1　实验方案

为探究低温冷风切削机理。对比分析不同条件下，对钛合金切削力及切削温度产生影响的原因。因此设置如下三种试验环境：

环境一：在仅提供低温冷风的情况下。

环境二：在低温冷风MQL条件下切削。

环境三：在利用机床自身的冷却液浇注式冷却条件下，进行车削试验。

试验仪器：CTL-40/1.5型冷风射流机；ACCU-LUBE微量喷油系统；DT8300测温仪；CA-1A动态电阻应变仪；三向车削测力仪。

以钛合金（TC4）和45#钢圆棒料做为试验切削材料。选用切削用量为转速n=350r/min、切削深度ap=0.5mm、进给量f=0.3mm/r。

2.2　实验结果及分析

从图2中，三种环境从切削力Fz对比来看，冷风切削和浇注式切削时的切削力要大于低温冷风MQL切削，而浇注式比冷风切削稍大；在相同的切削参数下，切削钛合金时产生的切削力要比45#大。冷风MQL条件下切削力比干式切削的切削力小接近17%。

影响切削力大小的参数主要有：切削用量三要素（切削深度>进给量>切削速度）；刀具的几何参数（前角、主偏角、负倒棱、刀尖圆弧等）；刀具材料（高速钢>硬质合金>陶瓷刀具）；刀具磨损情况；切削液类型（无切削液>乳化液>油）。

而在本次试验中，采用的切削参数是一样的，并且使用同一把车刀，刀具的材料是YG8，连续车削两层钛合金，对刀具后刀面的磨损几乎可以忽略不计。两次实验中一次只采用低温冷风、另一次试验中采用的是低温冷风微量，差别只是增加了少量的油。但是从图2中可以看出，低温MQL的切削力比冷风车削的小接近17%，这部分减小的力，就是增加微量油的结果，也就是油产生油膜后使得切削阻力降低，从而降低了切削力。

实验结果图3中在三种环境下，在相同的切削速度下可以发现浇注式的条件下，切削区的温度最低。冷风MQL与冷风切削的测量温度相对较高，这两种环境相比较切削温度相差不多。冷风MQL略低一些。浇注式的冷却主要是靠大量切削液的对流换热方式，浇注式的切削液流量大流速低，切削液来不及到达切削主区间隙，及时冷却切削前刃部位，因为水的比热容最大，可以迅速带走切削热，因此，测量温度较低。

冷风MQL的冷却效果比纯冷风效果好，主要原因还是在于冷风MQL比单纯冷风多了少许油，而这些油在冷风高速气流的携带下对刀具、切屑、工件之间的切削区进行强力降温，并迅速在切屑和刀具之间形成油膜，使切屑的温度来不及传递到刀具、工件，这是冷风切削的降温机理。另一方面，在冷风降温同时低温油膜使得切屑与刀具之间摩擦类型发生了变化，由干摩擦，变成了边界摩擦，这使得摩擦减少，同时摩擦热也相应减少。因此，在低温冷风微条件下，切削温度较低，由于油膜的保护刀具在这样的环境下使用寿命更长。

从图4中A图可以清晰看到，切屑边缘的锯齿状毛刺，这是在切屑挤压变形中，刀具施加的剪切和挤压力克服了切削材料的屈服强度和拉伸强度，即克服了材料的动态强度，造成切削材料的周期性屈服变形，形成了规律的锯齿状毛刺。从C中可以更明显的看到，由于周期性的屈服而造成原本光滑的表面变成了粗糙不平的翘曲面。而从B图中可以清晰看到清晰沿着切屑流出方向由于摩擦而形成的沟壑痕迹。

正是由于切屑中类似图4A和B处，切屑产生的翘曲和由于摩擦撕裂产生的横向毛细管，使得微量油在高压的冷风携带下，吹入到切屑与刀具之间的缝隙中，填满缝隙，在切屑与刀具之间的相对运动中，形成类油楔边界模型。

3　结论

在前人毛细管模型的研究和实际观察，提出一种单个纵横毛细管模型，通过实验数据分析和对切屑的观测，可以得到结论如下：

（1）通过对切屑形态和表面观察，证明油进入通道的存在（单个纵横交错毛细管模型）；

（2）通过低温MQL和冷风切削实验数据（切削力减小接近17%、切削温度降低8%），接验证油膜的存在；

（3）油通道和油膜的存在，印证低温冷风MQL机理。

参考文献

［1］严鲁涛,袁松梅,刘强.微量技术作用机理研究[J].制造技术与机床,2009(1):57-59.

篇10

【关键词】不锈钢；切削加工；加工方法

1.引言

与优质碳素结构钢相比，不锈钢材料加入了Cr、Ni、N、Nb、Mo等合金元素。这些合金元素的增加，不仅提高了钢的耐蚀性，对不锈钢的机械性能也有一定影响。如马氏体不锈钢4Cr13与45号中碳钢相比，具有相同的含碳量，但相对切削加工性只有45钢的58%；奥氏体不锈1Cr18Ni9Ti只有40%，而奥氏体—铁素体双相不锈钢韧性高、切削性更差。

2.不锈钢材料切削难点分析

在实际加工中，切削不锈钢往往伴随着断刀、粘刀现象的发生。由于不锈钢在切削时塑性变形大，产生的切屑不易折断、易粘结，导致在切削过程中加工硬化严重，每一次走刀都对下一次切削产生硬化层，经过层层积累，不锈钢在切削过程中的硬度越来越大，需要的切削力也随之升高。

加工硬化层的产生、切削力的增高必然导致刀具与工件之间的摩擦增大，切削温度也随之升高。并且，不锈钢的导热系数较小，散热条件差，大量切削热集中刀具与工件之间，使已加工表面恶化，严重影响了已加工表面的质量。而且，切削温度的升高会加剧刀具磨损，使刀具前刀面产生月牙洼，切削刃产生缺口，从而影响工件表面质量，降低了工作效率，增加了生产成本。

3.提高不锈钢加工质量的方法

由上可以看出，不锈钢的加工比较困难，切削时易产生硬化层，容易断刀；产生的切屑不易折断，导致粘刀，会加剧刀具的磨损。针对不锈钢这些切削特点，结合生产实际，我们从刀具材料、切削参数及冷却方式三方面入手，找到提高不锈钢加工质量的方法。

3.1 刀具材料的选择

选择合适的刀具是加工出高质量零件的基础。刀具太差，加工不出合格的零件；选择过好的刀具，虽然能满足零件的表面质量要求，但容易造成浪费，提高了生产成本。结合不锈钢切削时散热条件差、产生加工硬化层、易粘刀等特点，选择的刀具材料应满足耐热性好、耐磨性高、与不锈钢亲和作用小的特点。

3.1.1 高速钢

高速钢是加入W、Mo、Cr、V、Go等合金元素的高合金工具钢，具有较好的工艺性能，强度和韧性配合好，抗冲击振动的能力较强。在高速切削产生高热情况下（约500℃）仍能保持高的硬度（HRC仍在60以上），高速钢红硬性好，适合制作铣刀、车刀等铣削刀具，可以满足不锈钢切削时产生的硬化层及散热性差等切削环境。

W18Cr4V是最典型的高速钢刀具，自1906年诞生以来，已经被广泛制作成各种刀具以满足切削加工的需要。但随着各种被加工材料机械性能的不断提高，W18Cr4V刀具已经不能满足难加工材料的加工要求。高性能的钴高速钢应时而生。与普通高速钢相比，钴高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和使用的可靠性，适合高切除率加工和断续切削加工，常用牌号如W12Cr4V5Co5。

3.1.2 硬质合金钢

硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴或镍、钼为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金具有强度和韧性较好，耐热、耐磨、耐腐蚀、硬度高等一系列优良性能。在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度，适合不锈钢、耐热钢等难加工材料的切削加工。常见硬质合金主要分为三类：YG类（钨钴类硬质合金）、YT类（钨钛钴类）、YW类（钨钛钽（铌）类），这三种合金的成分不同，用途也有很大差别。其中YG类硬质合金由于具有较好的韧性，导热性也较好，可以选择较大的前角，适合不锈钢的切削。

3.2 切削不锈钢刀具几何参数的选择

1）前角γo：结合不锈钢强度高、韧性好、切削时切屑不易被切离等特点，在保证刀具有足够强度的前提下，应选用较大的前角，这样既可以减小加工对象的塑性变形，也能够降低切削温度和切削力，同时减少硬化层的产生。

2）后角αo：增加后角将减小加工表面与后刀面的摩擦，但切削刃的散热能力和强度也随之降低。后角的大小取决于切削厚度，切削厚度大时，宜选较小后角。

3）主偏角kr、副偏角k′r、：主偏角kr的减小可增加刀刃工作长度，有利于散热，但在切削时会增加径向力，容易产生振动，常取kr值为50°～90°，若机床刚性不足，可适当加大。副偏角常取k′r=9°～15°。

4）刃倾角λs：为了增加刀尖强度，刃倾角一般取λs=7°～—3°。

3.3 切削液和冷去方式的选择

由于不锈钢的切削加工性较差，对切削液的冷却、、渗透及清洗性能有更高的要求，常用的切削液有以下几类：

1）乳化液：比较常见的冷却方式，具有较好的冷却、清洗、性能，常用于不锈钢粗车。

2）硫化油：切削过程中能在金属表面形成高熔点硫化物，而且在高温下不易破坏，具有良好的作用，并有一定的冷却效果，一般用于钻孔、铰孔及攻丝。

3）机油、锭子油等矿物油：其性能较好，但冷却和渗透性较差，适用于外圆精车。

在切削加工过程中应使切削液喷嘴对准切削区，或最好采用高压冷却，喷雾冷却等冷却方式。

4.以把手为例子，分析不锈钢铣削过程中的加工方法

该零件虽然结构简单，但零件材料为1Cr18Ni9Ti，属于奥氏体不锈钢，厚度12，切削量较大，加工硬化严重。若采用逆铣，则刀齿先在已经硬化的表面上滑行，加工硬化会更严重，所以此零件最好采用顺铣加工外形尺寸，以便减小加工硬化以及铣削时带来的冲击、振动，保护铣刀刀齿不易崩刃。不对称顺铣法能保证切削刃平稳地从金属中切离，切屑粘结接触面积小，在高速离心力的作用下易被甩掉，以免刀齿重新切入工件时，切屑冲击前刀面产生剥落和崩刃现象，提高刀具的耐用度，零件外形图见图1。

另外，选用哪种铣刀呢？针对上述不锈钢难加工的特点，我们发现铣削不锈钢的刀具应满足以下这些特点：切削刃要锋利，又要能承受冲击，容屑槽也要大。结合零件外形尺寸以及我所的实际生产，选用大螺旋角铣刀（包括圆柱铣刀、立铣刀）能够满足上述条件，同时若把所选刀具螺旋角从20°增加到40°，刀具耐用度也可提高1.5倍以上。

选择高速钢立铣刀，铣刀直径16，转速300r/min，进给量37.5mm/min铣出六面尺寸。由于不锈钢铣削时产生大量的热量，故应选择合适的冷却方式。理论上采用喷雾冷却法效果最为显著，可提高铣刀耐用度一倍以上，但这种冷却方式不适用于我们的工作场所，故这里采用10%乳化液冷却，并保证切削液流量达到充分冷却。钳工划出外形线，需要铣零件的外形尺寸。分析零件内腔有2—R4内角，需选用直径为8的铣刀。由于铣刀直径较小，转速高，故应选择刀耐热性好、耐磨性高、与不锈钢的亲和作用小的硬质合金钢。因为硬质合金钢具有较高的硬度（70～175HRC），耐850℃～1000℃的高温，具有良好的耐磨性和耐热性以及高硬度，其切削速度也比高速钢刀具提高2到3倍，正适合这里的高速切削。加工过程中应勤于观察，及时清除刀齿周围的粘屑，防止粘刀，避免损伤已加工面。

5.结语