加工方法与切削液的选择

加工方法与切削液的选择对于不同切削加工类型，金属的切除特性是不一样的，较难的切削加工对切削液要求也较高。切削过程的难易程度，按从难到易的次序排列如下：内拉削－外拉削－攻丝－螺纹加工－滚齿－深孔钻－镗孔－用成形刀具切削螺纹－高速低进给切削螺纹－铣削－钻孔－刨削－车削（单刃刀具）－锯削磨削。上述排列顺序并不是绝对的，因为，刀具的几何形状和工件材料的变化也会改变加工的难易程度。下面对一些常用的加工方法如何选择切削液作简单的叙述。１）车削、镗削（1）粗车：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、润滑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更好。极压乳化液除冷却性能好之外，还具备良好的极压润滑性，可明显延长刀具使用寿命，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，涂上润滑油。（2）精车：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、豆油或其他产品作润滑液才能达到精度要求。正如上面所提到的，由于植物油稳定性差，易氧化，有的工厂采用了15％JQ－1精密切削润滑剂加85％L－AN32全损耗系统用油作为精密切削油，效果很好。（3）镗削：镗削机理与车削一样，不过它是内孔加工，切削量和切削速度均不大，但散热条件差，可采用乳化液作切削液，使用时应适当增加切削液的流量和压力。２）铣削：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的冲击力，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，并有一定润滑性能的切削液，如极压乳化液。在低速铣削时，要求用润滑性好的切削油，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）螺纹加工：切削螺纹时，刀具与切削材料成楔形接触，刀刃三面被切削材料所包围，切削力矩大排屑较困难，热量不能及时由切屑带走，刀具容易磨损，切屑碎片挤塞并且容易产生振动。尤其车螺纹和攻螺纹时切削条件更苛刻，有时会出现崩刃和断丝锥，要求切削液同时具备较低的摩擦系数和较高的极压性，以减少刀具的摩擦阻力和延长刀具使用寿命，一般应选用同时含有油性剂和极压剂的复合切削液。此外，攻螺纹时切削液的渗透性能很重要，切削液能否及时渗透到刀刃上，对丝锥的耐用度影响很大，切削液的渗透性与粘度有关，粘度小的油渗透性较好，必要时可加入少量的柴油或煤油来提高渗效果。有的场合，如盲孔攻螺纹时切削液很难进入孔中，这时采用粘度大，附着力强的切削液效果反而更好。下面列举几个攻螺纹用切削液的配方：（1）10％硫化脂肪油、10％氯化石蜡、8％脂肪油、72％L－AN15全损耗系统用油。适用于钢、合金钢攻螺纹。（2）20％JQ－2极压润滑剂、10％JQ－1精密切削润滑剂、70％L－AN15全损耗系统油。适用于钢、合金钢攻螺纹。（3）5％JQ－2极压润滑剂＋20％柴油机机油＋60％L－AN15全损耗系统用油。适用于铝和铝合金攻螺纹。（4）30％JQ－2极压润滑剂＋10％氯化石蜡＋10％脂肪油＋50％L－AN32全损耗系统油。适用于不铱锈钢及盲孔攻螺纹。（5）20％极压乳化油＋80％水，适用于钢标准件螺纹加工。４）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润滑状态，一般采用润滑性能良好并有一定冷却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，采用润滑性能好的深孔钻切削油便能满足工艺要求。５）拉削：拉刀是一种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，所以要求切削液的润滑性和排屑性能较好。国内已有专用的含硫极压添加剂的拉削油。对于不锈钢和耐热合金的拉削，可用下列配方：20％JQ－2极压润滑剂,15％氯化石蜡，1％司本－80，64％L－AN22全损耗系统用油６）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。对于不锈钢、耐热合金等难切削材料，可选用低粘度的极压切削油。７）深孔钻：深孔钻（枪钻）是近年发展起来的深孔加工工艺。传统的深孔加工（孔深与孔径之比大于5），需要钻、镗、粗铰、研磨等多道工序才能加工出有较高精度和较低表面粗糙度的孔。新工艺是采用结构特殊的刀具和高压冷却润滑系统，可将上述多道工序简化为一次连续走刀完成相当深度的高精度和低表面粗糙度的孔加工。这种工艺效率高，经济效益显著。性能优良的深孔钻切削液是深孔钻加工技术关键之一，深孔钻切削液必须具备下列性能。（1）良好的冷却作用，消除由于变形及摩擦所产生的热量，抑制屑瘤的生成。（2）良好的高温润滑性，减少刀刃及支承的摩擦磨损，保证刀具在切削区的高温下保持良好的润滑状态。（3）良好的渗透性、排屑性，使切削液及时渗透到刀刃上，并保证切屑能顺利排出，因此，深孔钻切削液要求具有高的极压性和低的粘度。目前国内生产的801深孔钻切削油具备了良好的高温润滑性，冷却性和排屑性，已被广泛使用在进口和国产的深孔钻机床上，使用性能良好。８）齿轮加工：滚齿、插齿时，刀齿断续切削并有冲击力，故刀齿容易磨损，尤其在进给量大和高速切削时，刀齿的磨损就更严重，所以要求切削液具备良好的润滑性能。过去在滚齿、插齿中一般都是用20或30号机械油作切削油，由于机械油中不含添加剂，故加工的齿轮面光滑度较差，刀具耐用度也低。近年来，许多工厂在原用机械油的基础上加进15％的JQ－1精密切削润滑剂，使加工的齿轮齿面粗糙度和精密度达到精密汽车的要求，刀具耐用度也明显提高。这是因为在机械油中加入JQ－1后，摩擦系数约降低30％，承受负荷能力提高50％以上，大大降低了切削时的摩擦阻力，使加工质量和刀具耐用度均有明显改善。对于高硬度材料的滚齿、插齿，用氯系添加剂和有机钼添加剂的切削油有明显效果。对于高速切齿加工，用油基切削液，会产生较大的油烟，污染环境，而且由于冷却不充分，往往会造成工件表面烧伤，影响加工质量，刀具磨损也加剧，此时，最好选用具有强极压性的水基切削液，如含有硫、磷极压添加剂的水基合成切削液或高浓度极压乳化液，可克服高速切削时的油污染，加工质量和刀具磨损情况均比油基切削液好。但对原有的滚齿、插齿机床，必须采取措施，防止水进入转动部分，以免机床产生故障。用硬质合金刀具进行齿轮加工，过去大部分采用干切削，工件温度升高，刀具寿命低。最近研制成功的EC滚切硬齿切削油，可以成功地用于滚齿加工，使工件温度下降，提高了齿轮的加工精度，刀具的寿命可延长80％~100％。剃齿加工要求高的表面质量，为了防止粘刀，可采用含活性极压添加剂的切削油，又因为剃齿加工产生细小的切屑，为了使切屑容易冲掉，最好用低粘度的切削油，如果切屑分离不畅，会使已加工表面质量恶化。９）磨削：磨削加工能获得很高尺寸精度和较低的表面粗糙度。磨削时，磨削速度高、发热量大，磨削温度可达800~1000℃，甚至更高，容易引起工件表面烧伤和由于热应力的作用产生表面裂纹及工件变形，砂轮磨损钝化，磨粒脱落，而且磨屑和砂轮粉末易飞溅，落到零件表面而影响加工精度和表面粗糙度，加工韧性和塑性材料时，磨屑嵌塞在砂轮工作面上的空隙处或磨屑与加工金属熔结在砂轮表面上，会使砂轮失去磨削能力，因此，为了降低磨削温度，冲洗掉磨屑和砂轮末，提高磨削比和工件表面质量，必须采用冷却性能和清洗性能良好、并有一定润滑性能和防锈性能的切削液。(1)普通磨削：可采用防锈乳化液或苏打水及合成切削液，简单配方如下。A：2％防锈乳化液，0.5％亚硝酸钠，0.2％碳酸钠，97.3％水；B：0.8％亚硝酸钠，0.3％碳酸钠，0.5％甘油，98.6％水；C：直接用3％~4％的防锈乳化液或化学合成液。对于精度要求和精密磨削，可使用H－1精磨液可明显提高工件加工精度和磨削效率，使用浓度为4％~5％。(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。(3)强力磨削：这是一种先进的高效磨削工艺，例如切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左右进给速度径向切入，切除率可高达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。在切入式强力磨削时，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响很大。(4)金刚石砂轮磨削：这是适用于硬质合金、陶瓷、玻璃等硬度高的材料的磨削加工，可以进行粗磨、精磨，磨出表面一般不产生裂纹、缺口，可以得到较低的表面粗糙度。为了防止磨削时产生过多的热量和导致砂轮过早磨损，获得较低的表面粗糙度，就需要连续而充分的冷却。这种磨削由于工件硬度高，磨削液主要应具备冷却和清洗性能，保持砂轮锋锐，磨削液的摩擦系数不能过低，否则会造成磨削效率低，表面烧伤等不良效果，可以采用以无机盐为主的化学合成液作磨削液。精磨时可加入少量的聚乙醇作润滑剂，可以提高工件表面加工质量。对于加工精度高的零件，可采用润滑性能好的低粘度油基切削液。(5)螺纹、齿轮和丝杠磨削：这类磨削特别重视磨削加工后的加工面质量和尺寸精度，一般宜采用含极压添加剂的磨削油，这类油基磨削液由于其润滑性能好，可减少磨削热，而且其中的极压添加剂可与工件材料反应，生成低剪切强度的硫化铁膜和氯化铁膜，能减轻磨粒与切削刃尖端的磨损，使磨削顺利进行。为了获得较好的冷却性和清洗性，切削液要保证防火安全，应选用低粘度高闪点的磨削油为宜。10）珩磨：珩磨加工的工件精度高，表面粗糙度低，加工过程产生铁粉和油石粉颗粒度很小，容易悬浮在磨削液中，造成油石孔堵塞，影响加工效率和破坏工件表面的加工质量，所以要求冷却润滑液具备较好的渗透、清洗、沉降性能。水基冷却液对细小粉末的沉降性能差，一般不宜采用。粘度大的油基磨削液也不利粉末的沉降，所以一般采用粘度小——约2~3mm2/s(40℃))的矿物油加入一定量的非活性的硫化脂肪油作珩磨油。