众所周知,切削液是金属切削加工的重要配套材料。人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器、铜器和铁器时,就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马时代,车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油,16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从1775年英国的约翰·威尔金森(J.wilkinson)为了加工瓦特蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始,伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。到1860年经历了漫长发展后,车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床相继出现,也标志着切削液开始较大规模的应用。
19世纪80年代,美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。 F·W·Taylor发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高对30%~ 40%的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢,切削液的主要作用是冷却,故提出“冷却剂”一词。从那时起,人们把切削液称为冷却润滑液。
切削液按油品化学组成分为非水溶性(油基)液和水溶性(水基)液两大类。
乳化液的成分:矿物油50-80%,脂肪酸0-30%,乳化剂15-25%,防锈剂0-5%,防腐剂<2%,消泡剂<1%
半合成:矿物油0-30%,脂肪酸5-30%,极压剂0-20%,表面活性 剂0-5%,防锈剂0-10%
在金属切削加工中,切削每次都在新生面上进行,速度变化每分钟数毫米至数百米,压力高达2~3GPa。切削时除外摩擦外,还有刀具与切入金属内部的分子内摩擦,切削区界面温度可达600~800℃。这样的高温高压会使刀具的强度和硬度降低,因此切削油必须兼具冷却、润滑、清洗和防锈四个作用。
表现在降低刀尖温度、抑制被切削材料和刀具的热膨胀,以提高操作性能和加工精度。水的热导率和比热容均比油大,粘度也比油小,故乳化液的冷却性能远比油好。
减少前刀面与屑、后刀面与加工表面的摩擦,防止发生粘着、积瘤、鳞刺或冷焊,以减少功率消耗和刀具磨损,并得到较好的表面光洁度。
为防止大气中的水和氧气对新加工表面的锈蚀,在切削油中要加入防锈剂,提高切削油的防锈性能,以满足工件在加工过程中短期防护之需。
利用液流冲去细小的切屑和粉末,防止粘结,以保证刀具和工件连续加工。在磨加工中,清洗性差的切削油会导致堵塞砂轮,使磨削区温度升高和烧坏工件。使用低粘度油和加入表面活性剂能提高切削的清洗性。