切削液如何选?还是要看刀具材质

国际金属加工网 2017年10月18日

切削液通常也被称为“冷却液” , 在金属加工过程中它除具有润滑、冷却、排屑、防锈的功能外,还具有防泡沫、对环境友好、抗菌等功能。切削液的选用与工件表面质量和加工精度有关,还与被加工材料、加工工艺过程以及刀具材料密切相关。

本文就数控刀具的常用材料与切削液的选用的关系进行探讨,旨在帮助工程技术人员正确使用切削液及有效利用数控刀具。

1  数控刀具典型材料:

1 .1  高速钢:

高速钢是加人了较多的钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的硬度(62HRC ~ 67HRC)和耐热性, 在切削温度高达500 ~ 650 ℃时仍能进行切削;高速钢的强度高(抗弯强度是一般硬质合金的2 ~ 3 倍, 陶瓷的5 ~ 6 倍)、韧性好, 可在有冲击、振动的场合应用;它可以用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等范围广泛的材料。高速钢的制造工艺性好, 容易磨出锋利的切削刃, 适于制造各类刀具, 尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。

高速钢按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢;按制造工艺方法可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

1 .2  硬质合金:

硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)和金属粘结剂(Cr 、Ni 等)在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的常温硬度达89HRA ~ 93HRA , 760 ℃时其硬度为77HRA ~ 85HRA ,在800 ~ 1 000 ℃时硬质合金还能进行切削, 刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍, 可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差, 常温下的冲击韧性仅为高速钢的1 8 ~ 130 , 因此, 硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。

1 .3  陶瓷刀具:

陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能, 与金属的亲合力小, 不易与金属产生粘结, 并且化学稳定性好。陶瓷刀具主要应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工, 可以用于超高速切削、高速切削和硬材料切削。

1 .4  超硬刀具:

超硬材料是指人造金刚石和立方氮化硼(简称CBN), 以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚晶金刚石(简称PCD)和聚晶立方氮化棚(简称PCBN)等。

超硬材料具有优良的耐磨性, 主要应用于高速切削及难切削材料的加工。

2  常见切削液的种类

为适应不同的加工工艺要求, 切削液有很多品种, 按化学组成和状态可分为水基切削液和油基切削液两大类。一般用水稀释而成的切削液称为水基切削液, 不需要用水稀释而使用的切削液称为油基切削液。水基切削液以冷却为主, 润滑性能较差,常用的水基切削液有:防锈乳化液、防锈润滑剂乳化液、极压乳化液、微乳液等;油基切削液以润滑作用为主, 冷却作用和清洗作用较差, 常用的油基切削液有:纯矿物油、脂肪油(或油性添加剂)+矿物油、非活性极压切削油、活性极压切削油等。几种主要切削液的组成及应用特点如表2 所示。

3  切削液的合理选用

3 .1  高速钢刀具:

这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒(有的还含有铝)为基础的高级合金钢,它们的耐热性明显比工具钢高,允许的最高温度可达600 ℃。与其他耐高温的金属和陶瓷材料相比,高速钢有一系列优点,特别是它有较高的韧性,适合于几何形状复杂的工件和连续的切削加工,而且高速钢具有良好的可加工性和价格上容易被接受的特点 。

由于高速钢刀具红硬性差,使用中需采用切削液。低速和中速切削时, 建议采用油基切削液或乳化液。在高速切削时,由于发热量大,以采用水基切削液为宜。若使用油基切削液会产生较多油雾,污染环境,而且容易造成工件烧伤,加工质量下降,刀具磨损增大。另外,粗加工时建议采用极压水溶液或极压乳化液, 而精加工时采用极压乳化液或极压切削油,以减小摩擦,提高表面质量和精度,延长刀具寿命。

3 .2  硬质合金刀具:

硬质合金是由碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)和5 %~ 10 %的钴组成,它的硬度大大超过高速钢,最高允许工作温度可达1 000 ℃, 具有优良的耐磨性能,在加工钢铁材料时,可减少切屑间的粘结现象。

由于硬质合金刀具红硬性好,在加工一般的材料时,一般不加切削液而采用干切削,但在干切削时,工件温升较高,使工件易产生热变形,影响工件加工精度,而且在没有润滑剂的条件下进行切削,由于切削阻力大,使功率消耗增大,刀具的磨损也加快。硬质合金刀具价格较贵,所以从经济方面考虑,干切削也是不合算的。

在选用切削液时,要考虑硬质合金对骤热的敏感性,尽可能使刀具均匀受热,否则会导致崩刃。一般油基切削液的热传导性能较差,使刀具产生骤冷的危险性要比水基切削液小,所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液为宜。在使用切削液进行切削时,要注意均匀地冷却刀具,最好在开始切削之前预先冷却刀具。对于高速切削, 要用大流量切削液喷淋切削区, 以免造成刀具受热不均匀而产生崩刃, 亦可减少由于温度过高产生蒸发而形成的油烟污染。

3 .3  陶瓷刀具:

这种材料采用氧化铝、金属和碳化物在高温下烧结而成,它的高温耐磨性比硬质合金还要好, 故一般采用干切削。考虑到均匀的冷却和避免温度过高, 也常使用水基切削液,但最好连续、充分的浇注,不要间断。

3 .4  金刚石刀具:

具有极高的硬度,一般使用干切削。为避免温度过高,也像陶瓷材料一样,许多情况下采用水基切削液。


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