切削液技術的發展趨勢

　　眾所周知，切削液具有潤滑、冷卻、清洗及防銹等作用，對提高切削加工質量和效率、減少刀具磨損等均有顯著效果。近十多年來，我國的切削液技術發展很快，切削液新品種不斷出現，性能也不斷改進和完善，特別是20世紀70年代末生產的水基合成切削液和近幾年發展起來的半合成切削液(微乳化切削液)在生產中的推廣和應用，為機械加工向節能、減少環境污染、降低工業生產成本方向發展開辟了新路徑。歸納起來，切削液技術主要有以下特點：

　　1)最小潤滑技術

　　干式切削加工是不采用任何切削液的加工，它可以從根本上消除傳統濕式加工易污染環境的弊端，是切削技術的一場深刻革命。由于干式切削符合當今發展綠色制造技術的要求，因而是一種非常有前途的切削新技術。但干式切削具有溫度高、切削力大等特點，又出現了一系列濕式加工中沒有的問題。目前，干式切削技術還很不成熟，其應用范圍也很有限。而傳統的濕式切削又有諸多不足。因此有人提出了準干式切削加工技術。準干式切削是一種介于濕式切削和純粹干式切削之間的切削方式，又稱為最小潤滑技術。準干式切削采用噴霧冷卻方式，它用極少的切削液而起到較好的冷卻和潤滑作用。

　　2)液氮冷卻技術

　　利用液氮進行低溫(超低溫)切削加工，就是利用液氮使工件、刀具或切削區處于低溫冷卻狀態進行切削加工的方法。氮氣是大氣中含量最多的成分，液氮作為制氧工業的副產品，來源十分廣闊。使用液氮作為切削液，應用后直接揮發成氣體返回到大氣中，沒有任何污染物，從環保方面看，是一種有前途的切削掖替代品。

　　液氮冷卻有直接和間接兩種應用方法

　　a.直接應用：即將液氮作為切削液直接噴射到切削區。一般來說，由于刀具磨損嚴重，金剛石刀具不能用來加工黑色金屬。而美國一學者采用液氮冷卻系統對不銹鋼用金剛石刀具進行車削加工，由于低溫抑制了碳原子的擴散和石墨化，大大減少了刀具磨損，并取得了極好的加工質量，其表面粗糙度達到Ra25µm。磨削加工時會因磨削區高溫常常對工件表面造成熱損傷，如燒傷、微裂紋等，為有效解決這些問題，印度工學院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材，結果表明：正確合理地使用液氮冷卻，可有效控制磨削區溫度，使磨削溫度保持在材料發生相變溫度之下而不發生磨削燒傷；并且在材料塑性增大和較大進給量情況下，這種效果更加顯著。對于非金屬材料和復合材料的液氮冷卻切削加工,國外也開展了廣泛研究。如FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)是一種高強度/重量比、耐疲勞的復合材料，用傳統切削方法加工非常困難，因而限制了這種材料的使用。新西蘭學者對其進行超低溫冷卻加工，使用液氮不間斷冷卻(0.4-0.5 L/min)，極大地改善了這種材料的切削加工性，不但獲得了滿意的加工表面質量，還在很大程度上延長了刀具壽命。采用低溫切削熱固性塑料、合成樹脂、石墨、橡膠和玻璃纖維等材料時也均顯示出良好的切削性能。

　　b.間接利用：主要是刀具冷卻法，即在加工中不斷地冷卻刀具，使切削熱快速從刀具上、特別是刀尖處被帶走，刀尖始終保持在低溫狀態下工作。美國林肯大學的學者利用一種配備新型冷卻系統的PCBN刀具進行了試驗研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內儲存液氮，由進口輸人，從出口流出。試驗表明，使用液氮冷卻時，車刀壽命延長to倍，磨損降低1/4，并可獲得較低的表面粗糙度。

　　還有一種特殊的間接利用方法為噴氣冷卻。日本一些學者研制出噴氣冷卻系統。該系統使用的冷卻氣體是由液氮在熱交換器中冷卻過的，其溫度低于—50℃冷卻氣體直接噴射于磨削點。實驗發現，磨削后工件材料的殘余壓應力比使用磨削液磨削時要大，殘余壓應力的分布區域也變寬了。而殘余壓應力可提高零件的抗疲勞壽命，這對一些零件，如飛機零件等十分重要。采用固體潤滑劑處理過的CBN砂輪，或加工中添加極少量(101向的超精植物油，可在加工中起到較好的潤滑作用。 #p#分頁標題#e#

　　由此可見，在有關環保法規越來越嚴格、切削液使用和處理費用日益升高的情況下，液氮有可能在一定范圍內成為切削液的替代品。

　　3)集中冷卻潤滑系統

　　集中冷卻潤滑系統是把多臺機械加工設備各自獨立的冷卻潤滑裝置合并為一個冷卻潤滑系統。這種系統的主要優點是：(1)延長切削液的使用壽命；(2)易于實現對切削液性能指標的自動控制，確保切削液質量；(3)廢液量較少且便于集中處理，有利于保護生態環境，(4)便于維護、保養和管理；(5)便于切屑運輸和進行集中處理等等。

　　4)實現切削液質量管理自動化

　　保證切削液長期穩定地滿足各種質量要求和充分發揮經濟效益，關鍵在于嚴格而科學的日常管理。隨著機械加工自動化程度的不斷提高和無人化工廠(車間)的出現，在冷卻潤滑系統中實現對切削液的自動檢測和自動控制已勢在必行。這種檢測和控制系統可自動檢測和控制切削液的工作溫度、使用濃度、PH值、微生物數量和氣味等，并可對切削液的失效進行預報。

　　5)高性能、長壽命、低污染切削液及其廢液處理技術

　　隨著機械工業整體技術的發展，機床切削速度更快，切削負荷更大，切削溫度更高，同時不斷有新工藝出現來適應新材料的加工，這都需要新型的高性能切削液滿足加工要求；同時根據勞動衛生和環境保護的要求，切削液中應盡量不含有危害人體健康和生態環境的物質。近年來我國進口的數控機床、加工中心等先進設備越來越多，其使用的切削液若從國外進口，運輸不便，成本很高，因此，研制高性能切削液以替代進口產品已是當務之急。在我國，水基切削液使用范圍越來越廣，且已開始從乳化液向性能好、壽命長的合成切削液、微乳化液過渡。在發達國家，微乳化液已普遍使用，正大力研制環保型切削液。

　　研制長壽命切削液，研究延長切削液使用壽命的方法，從而減少切削液廢液排放量；研究更有效和更經濟的廢液處理方法，減少有害污染物在環境中的積累，是國內外切削液研究的一個重要內容。

　　 切削液添加劑

　　切削液性能的優劣、廢液處理的難易、對操作者的危害和對環境的污染程度均取決于這些添加劑的種類及性能。作為未來的切削液添加劑，必須性能優良，對人體和環境無害。大量的應用實踐表明，在使用中應嚴加限制的添加劑有以下幾類：亞硝酸鹽及類似的化合物、磷酸鹽類化合物、氯化合物、甲醛及類似的化合物。提高切削液質量的有效途徑是研究開發新型高效無毒添加劑。這一點已引起國內外學者的關注，而且做了不少工作，研制出了一些新型的添加劑：

　　1)硼酸酷類添加劑

　　硼酸醋是一種多功能環保型添加劑。①硼酸醋的油膜強度高，摩擦系數低，具有優良的減摩抗磨性能；②具有良好的防銹性能；③具有抗菌和殺菌功能，且無毒害作用川。

　　2)鉬酸鹽系緩蝕劑

　　鉬酸鹽是陽性緩蝕劑，添加到切削液中能在金屬表面生成Fe-MoO4-Fe2O3鈍化膜，可獲得良好的緩蝕效果。通常認為，鑰酸鹽作為防銹劑是無毒的，也不污染環境，但它價格昂貴，影響了使用的廣泛性。為了推廣應用，人們研究了鑰酸鹽和其它有機、無機緩蝕劑配伍使用時的協同效應。

　　3)新型防腐殺菌劑

　　切削液本身具有微生物和菌類滋生繁衍的條件，容易腐敗變質。防腐殺菌劑的作用在于抑制細菌和霉菌的滋生，殺滅液體中已存在的細菌，藉以延長切削液的使用壽命。近年來，由于環境保護法規的頒布和施行，許多國家都在限制使用有毒的防腐殺菌劑，研究開發新型防腐殺菌劑。據日本專利介紹，選用油酸、硬脂酸等梭酸制取的銅鹽，具有1年以上的抗腐敗能力。據美國資料介紹，檸檬酸銅也具有較好的抗菌效果，添加量為300PPM。美國Mobil化學公司研制出一種名叫MobilmentAquaRho的乳化油，添加了含磷、氮和硼的合成物，乳化液的使用壽命達4個月以上。 #p#分頁標題#e#

　　近年來，國內外學者研究的重點都放在無切削液的切削加工工藝上，但對多數材料和加工種類而言，全面取代濕式切削和濕式磨削即使可能，也很遙遠。今后在很長一段時間內我們無法回避使用切削液這一現實。解決機械制造過程的潔凈化問題應該雙管齊下，即在研究無切削液技術的同時，重視切削液自身的改造和創新，使干式加工和濕式加工兩者優勢互補。因此，我們提出“從切削液本身的環境無害化做起，同時開發無切削液加工新技術”的研究方針。研究工作的重點應該放在以下幾個方面：

　　開發對人和環境完全無害的綠色切削液；

　　優化供液方法和供液參數，減少切削液消耗量；

　　研究科學的切削液使用管理技術，盡量延長其使用壽命減少廢液排放；

　　研究切削液廢錐的回收利用和無害化處理技術；

　　研究考慮環境影響的切削液的綜合評價方法，為企業正確選擇切削液提供技術支持；

　　研究各種無切削液的加工方法，尤其是干式切削工藝。研究切削刀具、工件和機床的最佳工藝參數，擴大干式切削工藝的應用范圍；

　　研究開發新型高效無毒添加劑。 (安徽技術師范學院張華劉鎮昌)