金属切削中切削液的选用策略

机械切削中，数控机床切削按切削方式分，主要有车、铣、钻、镗等；按去除余量分，有粗加工、半精加工和精加工；按刀具材料分，有高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等；按机床分，主要有明确要求使用油基切削液的机床、不要求使用的机床、单件小批量生产的机床、批量生产或自动化生产线（柔性制造系统）等。

不同切削方式下，同一金属的切削特性不同，加工难度变化也较明显。例如同样使用Q235碳钢材料，为保证表面粗糙度质量，加工螺纹时比其他表面更难切削，精加工比粗加工更难。难加工场合对切削液的要求更高。切削液使用得当，能保证加工质量，延长刀具使用寿命，提高加工能力。

一、粗加工

当数控机床需要粗加工和精加工，或者工件不在同一台机床上完成时，可根据粗加工和精加工的特点选择切削液。粗加工中，背吃刀量和进给量都大，切削阻力大，产生大量切削热，传递给工件和刀具的热量相应增加，工件热变形和刀具磨损加剧。应选择以冷却为主、兼有润滑清洗和防锈功能的水基切削液，并大流量连续浇注。车削属于连续加工，或粗加工余量均匀时，切削热是关键问题，切削液的冷却效果应作为首要措施。

形状不规则、余量不均匀、断续加工的铣削或其他加工中，切削速度低于连续均匀加工，切削热对刀具和工件的影响小于冲击和振动，应兼顾切削液的润滑性和冷却效果。机床条件允许时，带内供液孔的内孔车床、镗刀、切槽刀可用于孔加工和易堵塞部位，也可采用压力供液；喷雾供液可用于难加工材料的粗加工，效果较好。

粗加工工件一般留有加工余量。加工难加工材料和有色金属材料时，对表面粗糙度精度要求不高。因此，这类材料粗加工时，切削液中的化学成分要求不高，可使用水基乳化液。

铸铁和脆性有色金属粗加工时，共同特征是切屑破碎，细小切屑在切削液冲击下移动。切削液循环时，大部分切屑在流经切削液箱时堆积，部分随切削液流动，堵塞冷却喷嘴，使切屑粘附在机床运动部件上（如导轨运动副）。切削液与铸铁中某些成分发生化学反应，导致切削液劣化，功能下降。由于切削液会带来这些问题，一般不用切削液。为减少粉尘和切削热影响，条件允许时可采用吸尘设备吸收粉尘、细小碎屑和一部分热量。若使用切削液，宜用水基切削液，并做好过滤和净化，避免切削液劣化和浓度降低。粗加工时，切削液浓度低于精加工。

二、精加工

按切削速度不同，精加工可分为高速精加工和低速精加工。高速精加工中，油基切削液能保证工件外观质量，延长刀具使用寿命，但其中矿物油粘度和闪点较低，常出现油烟、油雾和油蒸气，并带出有毒成分，影响生产环境，危及操作人员身心健康。因此高速切削时，应尽量使用含极压添加剂的水基乳液或微乳液，浓度高于粗加工。低速精加工时切削温度低，不易出现上述问题；为保证工件加工精度，应使用油基切削液。

与粗加工相比，精加工切削速度高，切屑变形产生的切削热低于刀面摩擦产生的切削热，切削力小。即使在高速切削中，切削热引起的工件热变形也不如粗加工明显，使用切削液主要是为了减少刀具后刀面磨损。精加工时刀具相对切削速度高，切屑从工件切下时瞬时温度很高。即使使用切削液，若因渗透性或压力差未能充分进入切削区域，刀面仍易磨损。刀具即使还能使用，工件表面粗糙度也达不到要求，仍需换刀。因此精加工必须使用润滑性明显、渗透性好的切削液，以延长刀具使用寿命，保证工件加工精度和表面粗糙度质量要求。

低速精加工黑色金属材料时，可选择活性极压切削油；低速精加工有色金属时，应选用非活性极压切削油；高速精整有色金属时，可选用含非活性极压添加剂的乳液。

三、孔加工

数控加工中，孔加工主要是在车床上钻孔、铰孔、车削内孔，以及在镗床上镗孔。由于排屑和散热困难，刀具（杆）刚性差，孔加工切削速度低于外圆加工，难度高于外圆加工。

用普通麻花钻钻孔，属于粗加工。钻孔排屑困难，切削热不易散出，往往造成刀片退火，影响钻头使用寿命和加工效率。选用性能良好的切削液，能明显延长钻头寿命，提高生产率。一般选择极压乳化液或极压复合切削液。含极压添加剂的切削液表面张力低，渗透性好，能及时冷却钻头，对延长刀具使用寿命和提高加工能力很有帮助。不锈钢、耐热合金等难切削材料，可选用低粘度极压切削油。

钻孔时，无论普通钻孔还是深孔钻孔，散热条件都差，会产生大量切削热。排屑方向与钻头进给方向相反。切削液需要进入钻头刃边，起到润滑、冷却和辅助排屑作用。切削液首先要有优良的渗透性，供液方式、流量和压力也要符合要求。

就游动钻头的寿命而言，油基切削液优于水基切削液；水基切削液中极压微乳液较好；油基切削液中低粘度活性硫化油在各类切削液中效果较好。

铰孔在精加工中属于低速切削，因此铰孔时要强调两个质量要求，即铰孔尺寸精度和表面粗糙度，以及铰刀保持精度的使用寿命要求。

在控制孔径方面，油基切削液使孔径扩大，矿物油扩大较多，极压切削油和活性硫化氯化油扩大较小；水基切削液使孔径减小，含硫极压微乳液和微乳液减小更多，乳液居中，使切削液影响变小。鉴于此，为控制扩孔尺寸，使用新铰刀时采用水基切削液，使孔不易扩大；当铰刀磨损到一定程度时，可使用油基切削液使孔径略微扩大。

在降低扩孔表面粗糙度方面，水基切削液优于油基切削液。油基切削液中，活性硫化氯化油效果较好，其次是含氯极压油、混合矿物油和纯矿物油。水基切削液中，乳液、微乳液和含硫极压微乳液效果相同，但切削液组成较差。

在控制铰刀使用寿命方面，油基切削液中的非活性极压切削油和减摩切削油效果更好；水基切削液中，切削液成分效果较差。

除浮动镗刀外，车削内孔和镗孔均为单刃切削，散热条件比外圆差。切削液使用方式与钻孔、铰孔相同，因此应适当增加流量和压力。

四、螺纹加工

螺纹加工属于成形加工。攻丝属于多刃低速切削，切削刃被切削材料包围，切削扭矩大，排屑困难，热量不能及时被切屑带走，切屑卡死会引起短暂振动，刀具容易磨损。攻螺纹时切削条件更苛刻：排屑空间狭窄，切屑不易折断流出，排屑时产生切削力和摩擦阻力，容易导致丝锥崩断。要求切削液具有较低的摩擦系数和较好的渗透性，以降低刀具摩擦阻力，延长刀具使用寿命。

切削黑色金属材料时，一般应使用含硫、氯添加剂较多、粘度低、渗透性好的油基切削液。

使用高速钢低速车削螺纹时，切削液与攻丝、套螺纹相同。用硬质合金刀具车削螺纹，切削速度快、冲击力大、切削温度高、切削刃面积小、承受切削力大，螺纹轮廓精度要求高，且不易积屑和结垢，否则会影响螺纹外观质量。刀具使用寿命要求高，要求切削液具有冷却、润滑和渗透功能。建议选择含极压添加剂的水基切削液。

五、不同刀具的选择

很多情况下，为避免受热不均造成损伤，用硬质合金刀具切削时习惯选择干切削。但数控机床中，从动力、综合成本和加工质量等方面考虑，最好使用切削液。硬质合金刀具加工时，切削速度较高，一般使用水基切削液，需大流量连续使用，并注意观察，使喷嘴始终对准切削方向；高速钢刀具切削时，切削速度较低，一般使用润滑性好的油基切削液。

陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、金刚石和立方氮化硼刀具主要适用于高速切削、干切削、硬切削等加工方法，一般不使用切削液。有时为避免过高切削温度，使用这些刀具时多数情况下应使用切削液。由于切削速度快，建议使用水基切削液。