切削液作為金屬切削加工中的重要輔料，具有冷卻、潤滑、排屑及防銹等功能，起著延長刀具使用壽命、改善零件加工質量、提高切削加工效率等作用
1.概述
切削液作為金屬切削加工中的重要輔料，具有冷卻、潤滑、排屑及防銹等功能，起著延長刀具使用壽命、改善零件加工質量、提高切削加工效率等作用。對于航空航天產品，實現產品高質量、高效率、低成本的過程需要關注每一個細節，切削液的選用與工件表面質量和加工精度有關，與被加工材料、加工工藝過程以及刀具材料密切相關。
隨著結構件越來越多采用薄壁結構特征，越來越多采用難加工材料，給航空航天制造精度帶來了挑戰。切削加工中由于工件材料、刀具材料、加工性質、加工內容和工藝要求等不同，對切削液的冷卻、潤滑、清洗、防銹性能的要求也各有不同。要保證產品*終的高質量，需要關注產品加工過程中的每一個細節。本文就航空航天產品在切削加工中如何正確選擇切削液進行了淺要探討。旨在有助于工程技術人員當下正確使用和選擇切削液。
2.切削液種類
為滿足各種加工工藝和產品要求，切削加工中使用的切削液品種繁多。按化學成份和狀態可分為水基和油基切削液兩大類。通常用水稀釋而成的切削液稱為水基切削液，不用水稀釋的切削液稱為油基切削液。水基切削液以冷卻為主，滑性能較差，常用的水基切削液有：防銹潤滑劑乳化液、防銹乳化液、極壓乳化液、微乳液等；油基切削液以潤滑作用為主，冷卻作用和清洗作用較差，常用的油基切削液有：純礦物油、脂肪油（或油性添加劑）+礦物油、非活性極壓切削油、活性極壓切削油等。
3.切削液的選用
目前航空航天產品加工中常用的刀具有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷及金剛石等。各種刀具材料不同針對的加工對象材料也各不同，針對各種加工環境選用的切削液也有不同。
3.1刀具材料與切削液
碳素工具鋼與合金工具鋼刀具由于耐熱性能差，適用于一般材料的切削，像鋁合金、各種鋼等。加工中一般需要切削液的冷卻效果要充分，通常應采用水基乳化液。
高速鋼刀具是以鉻、鎳、鎢、鉬、釩、鋁等為基礎的高級合金鋼，其耐熱性比工具鋼高，容允的*高溫度可達600℃。與其他耐高溫的金屬和陶瓷材料相比，高速鋼有較高的韌性，適于各種形狀復雜的工件和連續的切削加工，且高速鋼具有良好的可加工性。由于高速鋼刀具紅硬性差，切削環境中需采用切削液。低速和中速切削時，建議采用油基切削液或乳化液。在高速切削時，由于熱量大，采用水基切削液為宜；使用油基切削液會產生較多油霧，污染環境，容易造成工件燒傷，產品表面質量下降，刀具磨損增大。粗加工時采用極壓水溶液或極壓乳化液；精加工時采用極壓乳化液或極壓切削油，減小摩擦，提高表面質量和精度。
硬質合金由碳化鎢（wc）、碳化鈦（Tic）、碳化鉭（TaC）和5%～10%鈷構成，允許*高工作溫度可達l 000℃，硬度大大超過高速鋼，具有優良的耐磨性能，在加工鋼鐵材料時，可減少切屑間的粘結現象。鑒于硬質合金刀具紅硬性好，在加工一般的材料時，一般不加切削液而采用干切削，但在干切削時，工件溫升較高，使工件易產生熱變形，影響工件加工精度，而且在沒有潤滑劑的條件下進行切削，由于切削阻力大，功率消耗增大，刀具的磨損也加快。硬質合金刀具價格較貴，從經濟角度考慮，干切削不經濟。考慮硬質合金對驟熱的敏感性，選擇切削液時盡可能使合金刀具受熱均勻，避免崩刃。一般油基切削液的熱傳導性能較差，使刀具產生驟冷的危險性要比水基切削液小，所以硬質合金刀具一般選用含有抗磨添加劑的油基切削液為宜。在使用切削液進行切削時，要注意均勻地冷卻刀具，*好在開始切削之前預先冷卻刀具。對于高速切削，要用大流量切削液噴淋切削區，以免造成刀具受熱不均勻而產生崩刃，亦可減少由于溫度過高產生蒸發而形成的油煙污染。
陶瓷刀具采用氧化鋁、金屬和碳化物在高溫下燒結而成，高溫耐磨性比硬質合金還要好，一般采用干切削。考慮到均勻的冷卻和避免溫度過高，也常使用水基切削液，但*好連續、充分的澆注，不能間斷，任何可能的間斷都會導致刀具的崩齒和損壞。
金剛石刀具具有極高的硬度，一般使用干切削。為避免溫度過高，可以像陶瓷材料一樣，選用水基切削液冷卻，以獲取*佳的切削環境。
3.2加工工藝與切削液
在鋁合金產品制造過程中，航空航天企業大部分采用乳化液。一般工廠使用的切削液，是由切削液濃縮物加水稀釋而成的工作乳化液。乳化液在鋁合金產品加工中主要起冷卻、潤滑和沖屑等作用。乳化液的濃度、壓力、流量的選擇，對零部件的加工質量影響很大。車削、銑削此類開放式切削方式，排屑通暢，切削液主要起冷卻和沖屑作用，對切削液濃度要求不高，一般選用濃度為3%～5%左右的切削液；鉆孔、攻絲等封閉場合切削，加工環境惡劣，排屑不暢，刀具和工件相互擠壓，這時切削液除對刀具冷卻和潤滑外，還要沖屑，這種DNT-方式對切削液的潤滑性能要求較高，一般鉆孔選用濃度為5%～8%的切削液；攻絲加工時，工件受刀具嚴重擠壓，應選用含極壓添加劑、濃度為8%～10%的切削液較為合適。在進行面銑削加工時，切削速度快，刀具切削量大，切屑多，及時的將切屑沖走以免刮花已加工表面，這是銑削加工面臨的*大問題，應選用大流量切削液沖洗。在進行孔加工時，排屑困難，刀具、工件和切屑三者之間的摩擦會產生大量的熱，這些熱量又不能及時傳遞出去，造成刀具燒傷，嚴重破壞工件表面粗糙度。為解決這此問題，除了合理選用刀具的幾何角度，保證分屑、斷屑、排屑外，選擇切削液是關鍵，這時應選用冷卻、潤滑、清洗性能較好的切削液，如極壓乳化液。巴索的BlasicutBC20通用型金屬切削液，適合于對清洗性要求高的鑄鐵、鋼鋁合金、合金鋼的切削加工，通用性高。嘉實多Alusol B是一種專為鋁和鋁合金的機加工而研制出來的優質溶劑切削液，適用于汽車制造業以及一般工程上廣泛使用的鋁和鋁合金產品的加工。
在鈦合金材料的攻絲中，絲錐在半封閉空間中運動，切削條件惡劣，攻絲轉矩大，極易出現被“咬死”、崩刃和折斷等問題。北京航空航天大學李光軍教授關于《低頻扭轉振動攻絲降低切削扭矩的研究》中明確指出提高切削液的潤滑性和切削液的滲透性可以輔助改善攻絲切削環境，有助于降低絲錐攻絲扭矩的效果。在航空工業中，鈦及鈦合金經常被用作制造各種關鍵的結構件，此類結構件的加工對工藝、機床、刀具以及切削液提出了非常高的要求。為滿足這些要求，瑞士金屬切削液專家——巴索潤滑公司研制出了一種被稱為“革命性的”水溶性切削液——Vasco 5000.與傳統產品相比，該切削液可提供更好和更快的加工效果，以及更長的刀具壽命，從而提高可靠懌和生產率。其中直接影響加工質量的關鍵網素之一就是對切削液的正確選擇。當然，冷卻液的使用還要有相應的創新技術支持，山特維克可樂滿在鈦合金深孔鉆加工中，發明了噴吸鉆，采用兩根相同的管道提供冷卻液和排屑，形成文丘里效應。后將HPC（高壓冷卻）與Capto（山特維克接口快換系統）融合，發展出完備的鈦合金銑削系列HP刀具高壓冷卻系統解決方案。HP刀具采用固定噴嘴技術，噴出高速的平行層射流，可準確的對準刀片需要冷卻的位置，所產生的射流精度和特性使得這種技術與眾不同。德國福斯的RENODRILL 2190適用于高硬度材質和高難度加工工藝，如深孔鉆，槍鉆，拉削和攻螺紋等。
國內硬脆性材料尤其是太陽能Si片的線切割近五年來發展迅速，隨著晶片向大直徑、薄片方向發展，對切削液也提出了諸多的要求。首先切削液本身要具備無污染、低黏度、高帶砂量、低雜質含量、對Si片的下游無不良影響等特點；其次切削液的應用具有切割后硅片無線痕、易于清洗、切割出片率高、成品合格率高的特點；再其次切削液的專一化問題，現階段國內Si片切割用切削液品種單一，無論對于什么設備、多粗的鋼線、多大粒徑的砂、何種切割工藝基本就是同樣的切削液，故產品針對性不強，造成切割過程的諸多問題，所以研究開發適應不同切割工藝的切削液是當下急待解決的問題；對于如Ge、GaAa等的線切割國內還大多采用油基切削液，研究適于硬脆性材料的切削液是今后研究的重點方向。
4.MQL冷卻——綠色環保節約的冷卻方法
隨著切削技術日益廣泛的應用，切削液的用量也隨之大幅度增加，造成對環境的嚴重污染，同時也增加了產品的制造成本。為減少切削液的這些負面影響，*佳方法就是采用綠色加工技術。*小量潤滑（Minimal quantity lubrication，簡稱MQL）技術作為一種節省成本和保護環境的加工方法正逐漸被采用和研究。MQL切削技術的實現原理是將壓縮空氣和微量的環保型切削液混合霧化后噴射到切削區，對切削區提供精確量（一般為2～30 ml/h）的懸浮微粒，即懸浮微粒的直徑在精確公差范圍內以保持*佳潤濕和潤滑屬性，對刀具和工件進行潤滑冷卻，減小刀具和工件之間的摩擦，抑制溫升，提高切削性能。MQL切削技術作為一種綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，所使用的切削液除了應具備傳統切削液的冷卻、潤滑、清洗、防銹等功能外，還應具備無毒、不傷害操作者、不污染環境及不容易腐敗變質等性能，具體體現在生物降解性、氧化安定性、儲存穩定性、切削潤滑性等方面。目前，北京航空航天大學袁梅教授對低溫微量潤滑技術進行了研究；美國懷特州立大學的S.Y.Hong和印度工學院的S.Paul對液氮冷卻切削進行了理論和試驗研究；日本學者橫川和彥教授對低溫冷風切削技術做了較為全面的實驗研究；美國ThyssenKrupp金屬切削集團Cross-Hüller公司將潤滑系統集成在主軸中，其流量由CNC程序控制，該單元在6.5秒內可鉆削10個直徑8mm、中心距為20mm的孔，每小時使用一杯潤滑油，且大部分被蒸發，切屑中冷卻液含量大大減少，因此處理費用大幅降低。德國unicut微量切削液是可自行生物降解的微量切削液，同樣目前市面上也存在很多打著可生物降解的旗號，大家一定要注意，如果選用的油不能自行降解，不僅會對操作工人的健康受到傷害。也會對生產的環境遭到破壞，無形當中就增加了成本；同時unicut也作為世界頂尖的飛機制造商空客、汽車制造商奔馳、寶馬、奧迪等企業在切削方面的合作商、同樣也證明了unicut在mql技術穩定性及應用方面在世界處于**地位。德國福斯提供的PLANTO MIKRO 和 ECOCUT MIKRO 系列 – 快速生物降解高科技產品和注重職業安全的*少量潤滑油產品。
5.小結
隨著現代加工技術的快速發展，傳統的集群、專機化生產已不適應現代加工需求，很多企業工廠的柔性生產和敏捷制造陸續成為當下被廣泛采納的現代制造技術，技術發展成熟，對設備選型、切削液管理帶來新的挑戰。在多任務環境下要求機床一次裝夾，完成面銑、型腔銑、特征排量、鉆孔、鉸孔、鏜孔和攻絲等復合操作，要求切削液不僅要具有良好的冷卻潤滑性，還要有抗極壓性等。有時部分鋁合金零件上鑲嵌著鋼鐵制品，要求切削液還要具有一定的防銹功能。發動機殼體類鋁合金產品加工專用切削液宜選用德國品牌系列。隨著綠色制造的發展，MQL技術在少、無切削液冷卻加工技術中，具有21世紀綠色制造發展所需要的綠色機械加工工藝的特點。
來源：中國刀具網
