如何選擇切削油

>近幾年來為了適應機械加工技術的不斷進步，對切削油也提出了更高的要求。此外，為了達到環境保護的目的，切削油還需要盡可能地對環境不產生污染。從機械加工經濟效益出發，當然要求在使用切削油之后可以提高加工效率和降低生產成本。實際上，現在已經有許多切削油在提高經濟效益方面發揮了作用。但這里非常重要的是只有選用適宜的切削油才能發揮上述作用，如果選用不當，則可能適得其反?，F在市場上銷售的切削油種類很多，它們的性能也千差萬別。這給操作人員正確選用切削油帶來了麻煩。有時在選擇切削油時還要從一次性能、二次性能和生產成本等多方面加以考慮。本文將從目前切削油的使用狀況及各種切削油的性能入手，分別按照車削、銑削、鉆孔、深孔鉆、鉸孔、攻螺紋及拉削等七種機械加工方式，從一次性能出發介紹選擇切削油的方法。目前切削油的使用狀況圖1所示是1993年按機械加工的機床和被加工材料分類調查干式，使用非水溶性切削油和水溶性切削油的比率。從機床分類來看，要求潤滑性能良好和延長刀具使用壽命的深孔鉆床、齒輪機床和拉床使用非水溶性切削油的比率較高。其他各種機床中有的用干式切削較多，有的則用水溶性切削油較多。其中車床和加工中心使用水溶性切削油較多，這是因為這類機床大多數已采用無人操作自動化加工，為了防止發生火災而使用水溶性切削油?！?/P>

　　不同材料在不同機床中使用各類切削油的比率從被切削材料種類來看，加工鑄鐵時采用干式切削的比率較高。不過在車床、磨床及加工中心上加工鑄鐵時，仍然是使用水溶性切削油的比率較高。這主要也是為了防止發生火災。加工鋁合金時使用水溶性切削油的比率較高，主要是使切削油兼有處理切屑的作用。與加工鑄鐵和鋁合金相反，加工鋼材時使用非水溶性切削油的比率較高。這主要是因為重視加工精度和延長刀具壽命的一次性能。圖2所示是水溶性切削油(原液)和非溶性切削油的生產量，以及水溶性化比率的變化狀況。在1990到1995年期間，水溶性切削油的生產量基本上無多大變化，但1997年的生產量達到50×106l，水溶性化比率達到38%。如果按照水溶性切削油原液稀釋為10～50倍使用，那就意味著它的實際使用量是非水溶性切削油的幾倍到幾十倍。圖2　水溶性切削油(原液)、非水溶性切削油的生產量及水溶性化比率的變化切削油的種類和性能圖3切削油分類切削油的分類如圖3所示。主要分為不用水稀釋的非水溶性切削油和用水稀釋后使用的水溶性切削油兩類。

　　從作用來看，兩類切削油在性能方面有較大差異。主要反映在以下幾方面：延長刀具壽命的性能。對表面粗糙度和尺寸精度的性能。降低切削動力的性能。排出切屑和對工件及機床的防銹性能。其他的二次性能。表1所示是兩類切削油的性能對比(好：○；△：稍差)。在延長刀具壽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。而冷卻性能則水溶性切削油優于非水溶性切削油。如果對潤滑性要求較高時，則從一次性能中的特種性能出發應使用水溶性切削油。表1　非水溶性和水溶性切削油性能對比圖4所示是關于切削油中含水分量對切削阻抗影響的調查結果。由圖中可見，當切削油中含水分的量增加時，切削阻抗也隨之增大。這就是不含水分的非水溶性切削油潤滑性很好的原因。圖4　切削油中水分與切削阻抗的關系再從二次性能來看，非水溶性切削油對防止機床和工件生秀的性能很好，且不易劣化，使用時的管理也較方便。而水溶性切削油去除切屑的性能很好，防止發生火災的性能很好，作業環境清潔。下面分別對各種加工方法如何選擇切削油的問題作一介紹。

　　當為了能針對加工條件、被切削材料及工具的具體狀況選擇最合適的切削油，必要時可請切削油生產廠進一步介紹產品性能，并對實際使用進行指導。車削和銑削加工車削是一種高速和高效率加工，也是一種較容易的加工。這時切削油的冷卻作用比潤滑性能更重要。常用的是乳化型或水溶性型切削油，如W1種W2種切削油。當要求具有很高的加工精度和良好的表面粗糙度時，則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種中的1～6號切削油。圖5所示是關于潤滑添加劑對加工表面粗糙度影響的調查結果。從圖中可以看出，添加氯系和硫磺系極壓劑的切削油有利于改善加工表面的粗糙度。圖5　潤滑添加劑對表面粗糙度的效果銑削加工是一種斷續加工，所以大都采用干式加工。只是為了便于處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種中的1號、2號切削油。斷續切削易由熱沖擊使刀具卷刃，為此最近開發了一種耐熱和耐機械沖擊的硬質合金刀具。使用這種刀具時就必須用濕式切削加工?？准庸ゃ@孔鉆孔加工的特點是難于排出加工時所產生的熱量，且需按排出切屑的相反方向供給切削油。為此用于鉆孔加工的切削油應具有很好的冷卻和滲透性能。

　　另外，鉆孔時對鉆頭的使用壽命和加工效率比孔精度和表面粗糙度更為重視。圖6所示是關于潤滑添加劑對鉆頭使用壽命影響的調查結果。由圖中可見，在鉆孔速度較低的范圍內，硫磺系和氯系極壓添加劑可以發揮延長鉆頭使用壽命的作用。在鉆孔速度較高的范圍內，如果冷卻性能不充分，那么極壓添加劑反而會促進鉆頭的磨損。另外，極壓添加劑對降低切削阻抗和改善表面粗糙度也都非常有效。這種極壓添加劑具有與水溶性切削油相同的作用。圖6　切削油與鉆頭壽命深孔加工深孔加工要求切削油發揮以下各種作用：能幫助排出切屑。使切刃和導向塊具有良好的潤滑性。有利于散發切削熱。為此切削油應具有粘度低、流動性和潤滑性都很好的特性。圖7所示是關于活性型硫磺成分對加工表面粗糙度影響的調查結果。由圖中可見，增加活性型硫磺成分可以改善加工表面的粗糙度。圖7　切削油中活性硫磺量與表面粗糙度的關系綜上所述，用于深孔加工的切削油應選用粘度低的活性型硫化氯化油，例如2種中的3號、13號和14號切削油。

　　因使用水溶性切削油時鉆頭磨損很厲害，所以在對鋼材進行深孔加工時，不使用這種切削油。對被切削性能很好的鋁合金及鑄鐵進行深孔加工時，則使用乳化型切削油，例如W1種中的1～3號切削油。鉸孔加工鉸孔是一種旨在提高鉆孔精度和表面粗糙度的加工。鉸孔時是由切入刃連續進行切削加工，由邊緣進行軋光。至于鉸刀的切削作用和軋光作用，將受刀具與工件的夾持方式、驅動方法、切刃形狀、切削條件、預孔狀態等的影響，切削油也將產生較大的影響。鉸孔加工時切削油的要求是能使加工面粗糙度良好，孔精度高和鉸刀使用壽命長。為了達到此要求，切削油應具有能防止刀瘤使孔徑擴大，軋光效果良好和防止擋塊被磨損這三個特點。為此鉸孔加工的切削油應具有適當的抗熔粘性和在軋光時能充分發揮潤滑作用。其次是滲透性、易去除切屑和進行清洗的性能也都很好。圖8所示是關于切削油對鉸孔表面粗糙度影響的調查結果。由圖中可見，用水溶性切削油時的加工表面粗糙度較好。圖9所示是關于切削油對鉸刀外周角部磨損影響的調查結果，從中可見，用非水溶性切削油的磨損較少。從加工表面粗糙度出發，使用有極壓添加劑的礦物油和混合油的效果較好。

　　使用不同切削油的鉸孔表面粗糙度圖9　切削油與鉸刀外周角部磨損的關系一般說來，非水溶性切削油中的低粘度活性型硫化氯化油較為適用，例如2種中的3號和13號切削油。至于水溶性切削油，大多數使用適合于重切削的乳化型切削油，例如W1種的2號切削油。攻螺紋在攻螺紋時，由于切刃要受配合量的很大約束，所以降低切削阻抗，防止刃瘤的產生和順利排出切屑等都非常重要。極壓和油性等潤滑添加劑不僅可以防止產生刀瘤和熔粘，還可以提高螺紋的精度，具有良好的加工表面粗糙度，以及減少刀具的被磨損，例如含油豐富的2種3號、13號、14號切削油。在使用水溶性切削油時，含有極壓添加劑的高濃度乳化型切削油較合適，例如W1種中的2號切削油。拉削加工因拉削加工通常都是作為最后的精加工，所以對尺寸精度和加工表面粗糙度的要求很高。對切削油的要求是有助于提高尺寸精度和改善表面粗糙度，并能延長刀具的使用壽命。但因開始拉削加工所供給的切削油量較少，所以需使用油膜強度很強和耐壓強度很高的切削油。

　　當對鋼材和不銹鋼進行拉削時，因易形成刀瘤，而應使用抗熔粘性很好的切削油。拉床有立式和臥式兩種類型。因臥式拉床能附著的切削油較少，所以需使用具有高粘度脂肪油的多活性型硫化氯化油。圖10所示是關于市售拉削加工切削油對拉削性能產生效果的調查結果。由圖中可見，增加氯和硫黃成分可降低切削阻抗。特別是含氯成分多的油劑(E.G)，降低切削阻抗效果很好。還有是使氯和硫黃成分共同發揮作用(F和E、G)。圖10　拉削加工油對拉削性能的效果按照被加工材料來看，對鋼材和不銹鋼拉削時，為了防止產生刀瘤，以使用活性型氯化硫化切削油為宜，例如2種中的16號切削油。當加工精度要求較高時，應使用含氯成分較多的切削油。在這種場合，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，也應選擇適合于重切削的高濃度乳化型切削油，例如W1種中的2號。為了能順利地進行切削加工，必須認真地選擇切削油。在考慮被切削材料、機床種類和加工條件的同時，還應認真考慮作業特性，廢水處理方式和環境保護等各種問題。

　　最后還有一點要說明的是，上面介紹的各種狀況都是在實驗室實驗之后作出的評價，在實際生產中還可能出現各種狀況，所以操作人員可以上述資料為基礎，在實際生產中進一步去探索。