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油基切削液的润滑性能较好,冷却效果较差。水基切削液与油基切削液相比润滑性能相对较差,冷却效果较好。慢速切削要求切削液的润滑性要强,一般来说,切削速度低于30m/min时使用切削油。
含有极压添加剂的切削油,不论对任何材料的切削加工,当切削速度不超过60m/min时都是有效的。在高速切削时,由于发热量大,油基切削液的传热效果差,会使切削区的温度过高,导致切削油产生烟雾、起火等现象,并且由于工件温度过高产生热变形,影响工件加工精度,故多用水基切削液。
乳化液把油的润滑性和防锈性与水的极好冷却性结合起来,同时具备较好的润滑冷却性,因而对于大量热生成的高速低压力的金属切削加工很有效。与油基切削液相比,乳化液的优点在于较大的散热性,清洗性,用水稀释使用而带来的经济性以及有利于操作者的卫生和安全而使他们乐于使用。实际上除特别难加工的材料外,乳化液几乎可以用于所有的轻、中等负荷的切削加工及大部分重负荷加工,乳化液还可用于除螺纹磨削、槽沟麻削等复杂磨削外的所有磨削加工,乳化液的缺点是空易使、霉菌繁殖,使乳化液中的有效成分产生化学分解而发臭、变质,所以一般都应加入毒性小的有机杀菌剂。
化学合成切削液的优点在于经济、散热快、清洗性强和极好的工件可见性,易于控制加工尺寸,其稳定性和抗能力比乳化液强。润滑性欠佳,这将引起机床活动部件的粘着和磨损,而且,化学合成留下的粘稠状残留物会影响机器零件的运动,还会使这些零件的重叠面产生锈蚀。
一般在下列的情况下应选用水基切削液:
对油基切削液潜在发生火灾危险的场所;
高速和大进给量的切削,使切削区超于高温,冒烟激烈,有火灾危险的场合。
从前后工序的流程上考虑,要求使用水基切削液的场合。
希望减轻由于油的飞溅护油雾和扩散而引起机床周围污染和肮脏,从而保持操作环境清洁的场合。
从价格上考虑,对一些易加工材料护工件表面质量要求不高的切削加工,采用一般水基切削液已能满足使用要求,又可大幅度降低切削液成本的场合。
一般在下列的情况下应选用油基切削液:
当刀具的耐用度对切削的经济性占有较大比重时(如刀具价格昂贵,刃磨刀具困难,装卸辅助时间长等);
机床精密度高,不允许有水混入(以免造成腐蚀)的场合;
机床的润滑系统和冷却系统容易串通的场合以及不具备废液处理设备和条件的场合
水基切削液分为三大类,即乳化液、合成切削液和半合成切削液。
1、乳化液:它由乳化油与水配置而成。乳化油主要是由矿物油(含量为50%~80%)、乳化剂、防锈剂、油性剂。极压剂和防腐剂等组成。稀释液不透明,呈乳白色。但由于其工作稳定性差,使用周期短,溶液不透明,很难观察工作时的切削状况,故使用量逐年减少。
2、合成切削液:它的浓缩液不含矿物油,由水溶性防锈剂、油性剂、极压剂。表面活性剂和消泡剂等组成。稀释液呈透明状或半透明状。主要优点是:使用寿命长;优良的冷却和清洗性能,适合高速切削;溶液透明,具有良好的可见性,特别适合数控机床、加工中心等现代加工设备上使用。但合成切削液容易洗刷掉机床滑动部件上的润滑油,造成滑动不灵活,润滑性能相对差些。
3、半合成切削液:也称微乳化切削液。它的浓缩液由少量矿物油(含量为5%~30%),油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂和防腐剂等组成。稀释液油滴直径小于1μm,稀释液呈透明状或半透明状。它具备乳化液和合成切削液的优点,又弥补了两者的不足,是切削液发展的趋势。
切削液的冷却性能和其导热系数、比热、汽化热以及粘度有关。水的导热系数和比热均高于油,以此水的冷却性能要优于油。
金属加工过程中,会产生高温然后降温变化,工件和环境介质有可能氧化反应;使用的切削液组份有可能发生反应;产生的油泥会腐蚀刀具、工件或者车床。工件生锈达不到客户要求的表面质量;刀具或者机床生锈会加快损耗,增加成本。在金属切削过程中,工件要与环境介质以及切削液组份分解或氧化变质而产生的油泥等腐蚀性介质接触而腐蚀,与切削液接触的机床部件表面也会因此而腐蚀。
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