切削液技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　眾所周知，切削液具有潤(rùn)滑、冷卻、清洗及防銹等作用，對(duì)提高切削加工質(zhì)量和效率、減少刀具磨損等均有顯著效果。近十多年來(lái)，我國(guó)的切削液技術(shù)發(fā)展很快，切削液新品種不斷出現(xiàn)，性能也不斷改進(jìn)和完善，特別是20世紀(jì)70年代末生產(chǎn)的水基合成切削液和近幾年發(fā)展起來(lái)的半合成切削液(微乳化切削液)在生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用，為機(jī)械加工向節(jié)能、減少環(huán)境污染、降低工業(yè)生產(chǎn)成本方向發(fā)展開(kāi)辟了新路徑。歸納起來(lái)，切削液技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：

　　1)最小潤(rùn)滑技術(shù)

　　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(tǒng)濕式加工易污染環(huán)境的弊端，是切削技術(shù)的一場(chǎng)深刻革命。由于干式切削符合當(dāng)今發(fā)展綠色制造技術(shù)的要求，因而是一種非常有前途的切削新技術(shù)。但干式切削具有溫度高、切削力大等特點(diǎn)，又出現(xiàn)了一系列濕式加工中沒(méi)有的問(wèn)題。目前，干式切削技術(shù)還很不成熟，其應(yīng)用范圍也很有限。而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多不足。因此有人提出了準(zhǔn)干式切削加工技術(shù)。準(zhǔn)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(rùn)滑技術(shù)。準(zhǔn)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(rùn)滑作用。

　　2)液氮冷卻技術(shù)

　　利用液氮進(jìn)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(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進(jìn)行切削加工的方法。氮?dú)馐谴髿庵泻孔疃嗟某煞郑旱鳛橹蒲豕I(yè)的副產(chǎn)品，來(lái)源十分廣闊。使用液氮作為切削液，應(yīng)用后直接揮發(fā)成氣體返回到大氣中，沒(méi)有任何污染物，從環(huán)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(yīng)用方法

　　a.直接應(yīng)用：即將液氮作為切削液直接噴射到切削區(qū)。一般來(lái)說(shuō)，由于刀具磨損嚴(yán)重，金剛石刀具不能用來(lái)加工黑色金屬。而美國(guó)一學(xué)者采用液氮冷卻系統(tǒng)對(duì)不銹鋼用金剛石刀具進(jìn)行車削加工，由于低溫抑制了碳原子的擴(kuò)散和石墨化，大大減少了刀具磨損，并取得了極好的加工質(zhì)量，其表面粗糙度達(dá)到Ra25µm。磨削加工時(shí)會(huì)因磨削區(qū)高溫常常對(duì)工件表面造成熱損傷，如燒傷、微裂紋等，為有效解決這些問(wèn)題，印度工學(xué)院S.Paul用液氮超低溫冷卻磨削五種常用鋼材，結(jié)果表明：正確合理地使用液氮冷卻，可有效控制磨削區(qū)溫度，使磨削溫度保持在材料發(fā)生相變溫度之下而不發(fā)生磨削燒傷；并且在材料塑性增大和較大進(jìn)給量情況下，這種效果更加顯著。對(duì)于非金屬材料和復(fù)合材料的液氮冷卻切削加工,國(guó)外也開(kāi)展了廣泛研究。如FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)是一種高強(qiáng)度/重量比、耐疲勞的復(fù)合材料，用傳統(tǒng)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(xué)者對(duì)其進(jìn)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(zhì)量，還在很大程度上延長(zhǎng)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(shí)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?gòu)牡毒呱稀⑻貏e是刀尖處被帶走，刀尖始終保持在低溫狀態(tài)下工作。美國(guó)林肯大學(xué)的學(xué)者利用一種配備新型冷卻系統(tǒng)的PCBN刀具進(jìn)行了試驗(yàn)研究。這種刀具是在車刀上部的方盒內(nèi)儲(chǔ)存液氮，由進(jìn)口輸人，從出口流出。試驗(yàn)表明，使用液氮冷卻時(shí)，車刀壽命延長(zhǎng)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(xué)者研制出噴氣冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用的冷卻氣體是由液氮在熱交換器中冷卻過(guò)的，其溫度低于—50℃冷卻氣體直接噴射于磨削點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磨削后工件材料的殘余壓應(yīng)力比使用磨削液磨削時(shí)要大，殘余壓應(yīng)力的分布區(qū)域也變寬了。而殘余壓應(yīng)力可提高零件的抗疲勞壽命，這對(duì)一些零件，如飛機(jī)零件等十分重要。采用固體潤(rùn)滑劑處理過(guò)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(rùn)滑作用。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　由此可見(jiàn)，在有關(guān)環(huán)保法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格、切削液使用和處理費(fèi)用日益升高的情況下，液氮有可能在一定范圍內(nèi)成為切削液的替代品。

　　3)集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)

　　集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)是把多臺(tái)機(jī)械加工設(shè)備各自獨(dú)立的冷卻潤(rùn)滑裝置合并為一個(gè)冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)延長(zhǎng)切削液的使用壽命；(2)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)切削液性能指標(biāo)的自動(dòng)控制，確保切削液質(zhì)量；(3)廢液量較少且便于集中處理，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，(4)便于維護(hù)、保養(yǎng)和管理；(5)便于切屑運(yùn)輸和進(jìn)行集中處理等等。

　　4)實(shí)現(xiàn)切削液質(zhì)量管理自動(dòng)化

　　保證切削液長(zhǎng)期穩(wěn)定地滿足各種質(zhì)量要求和充分發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)鍵在于嚴(yán)格而科學(xué)的日常管理。隨著機(jī)械加工自動(dòng)化程度的不斷提高和無(wú)人化工廠(車間)的出現(xiàn)，在冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)切削液的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制已勢(shì)在必行。這種檢測(cè)和控制系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)和控制切削液的工作溫度、使用濃度、PH值、微生物數(shù)量和氣味等，并可對(duì)切削液的失效進(jìn)行預(yù)報(bào)。

　　5)高性能、長(zhǎng)壽命、低污染切削液及其廢液處理技術(shù)

　　隨著機(jī)械工業(yè)整體技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床切削速度更快，切削負(fù)荷更大，切削溫度更高，同時(shí)不斷有新工藝出現(xiàn)來(lái)適應(yīng)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(shí)根據(jù)勞動(dòng)衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)的要求，切削液中應(yīng)盡量不含有危害人體健康和生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)。近年來(lái)我國(guó)進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)設(shè)備越來(lái)越多，其使用的切削液若從國(guó)外進(jìn)口，運(yùn)輸不便，成本很高，因此，研制高性能切削液以替代進(jìn)口產(chǎn)品已是當(dāng)務(wù)之急。在我國(guó)，水基切削液使用范圍越來(lái)越廣，且已開(kāi)始從乳化液向性能好、壽命長(zhǎng)的合成切削液、微乳化液過(guò)渡。在發(fā)達(dá)國(guó)家，微乳化液已普遍使用，正大力研制環(huán)保型切削液。

　　研制長(zhǎng)壽命切削液，研究延長(zhǎng)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(jīng)濟(jì)的廢液處理方法，減少有害污染物在環(huán)境中的積累，是國(guó)內(nèi)外切削液研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

　　 切削液添加劑

　　切削液性能的優(yōu)劣、廢液處理的難易、對(duì)操作者的危害和對(duì)環(huán)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(lái)的切削液添加劑，必須性能優(yōu)良，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害。大量的應(yīng)用實(shí)踐表明，在使用中應(yīng)嚴(yán)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(zhì)量的有效途徑是研究開(kāi)發(fā)新型高效無(wú)毒添加劑。這一點(diǎn)已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)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(huán)保型添加劑。①硼酸醋的油膜強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)低，具有優(yōu)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(wú)毒害作用川。

　　2)鉬酸鹽系緩蝕劑

　　鉬酸鹽是陽(yáng)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(rèn)為，鑰酸鹽作為防銹劑是無(wú)毒的，也不污染環(huán)境，但它價(jià)格昂貴，影響了使用的廣泛性。為了推廣應(yīng)用，人們研究了鑰酸鹽和其它有機(jī)、無(wú)機(jī)緩蝕劑配伍使用時(shí)的協(xié)同效應(yīng)。

　　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(zhì)。防腐殺菌劑的作用在于抑制細(xì)菌和霉菌的滋生，殺滅液體中已存在的細(xì)菌，藉以延長(zhǎng)切削液的使用壽命。近年來(lái)，由于環(huán)境保護(hù)法規(guī)的頒布和施行，許多國(guó)家都在限制使用有毒的防腐殺菌劑，研究開(kāi)發(fā)新型防腐殺菌劑。據(jù)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(jù)美國(guó)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(guó)Mobil化學(xué)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(dá)4個(gè)月以上。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)都放在無(wú)切削液的切削加工工藝上，但對(duì)多數(shù)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(yuǎn)。今后在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我們無(wú)法回避使用切削液這一現(xiàn)實(shí)。解決機(jī)械制造過(guò)程的潔凈化問(wèn)題應(yīng)該雙管齊下，即在研究無(wú)切削液技術(shù)的同時(shí)，重視切削液自身的改造和創(chuàng)新，使干式加工和濕式加工兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。因此，我們提出“從切削液本身的環(huán)境無(wú)害化做起，同時(shí)開(kāi)發(fā)無(wú)切削液加工新技術(shù)”的研究方針。研究工作的重點(diǎn)應(yīng)該放在以下幾個(gè)方面：

　　開(kāi)發(fā)對(duì)人和環(huán)境完全無(wú)害的綠色切削液；

　　優(yōu)化供液方法和供液參數(shù)，減少切削液消耗量；

　　研究科學(xué)的切削液使用管理技術(shù)，盡量延長(zhǎng)其使用壽命減少?gòu)U液排放；

　　研究切削液廢錐的回收利用和無(wú)害化處理技術(shù)；

　　研究考慮環(huán)境影響的切削液的綜合評(píng)價(jià)方法，為企業(yè)正確選擇切削液提供技術(shù)支持；

　　研究各種無(wú)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(jī)床的最佳工藝參數(shù)，擴(kuò)大干式切削工藝的應(yīng)用范圍；

　　研究開(kāi)發(fā)新型高效無(wú)毒添加劑。 (安徽技術(shù)師范學(xué)院張華劉鎮(zhèn)昌)