前言

應用上稱為全合成、半合成、微乳液的，歸為此類，是目前應用最廣，用量最大，也是非标訂制最普遍的品種。主要是以客戶的特殊要求定向開發，在性能與成本上求取一個公約數。

水溶液是以水為主要成分的切削液，因為水的導熱性能和冷卻效果好，但單純的水容易使金屬生鏽，潤滑性能差。因此，常在水溶液中加入一定量的添加劑，如防鏽添加劑、表面活性物質和油性添加劑等，使其既具有良好的防鏽性能，又具有一定的潤滑性能。在配制水溶液時，要特别注意水質情況，如果是硬水，必須進行軟化處理。

一般而言，水溶液類易起泡，潤滑效果不如乳化型切削液。其中全合成型水溶性切削液還相對比較容易傷手。

乳化液類（原液中含有少量水的乳化型切削液）

乳化液是原液基本不含水或含有少量的水（少于5%），使用時用20-30倍的水稀釋而成工作液，呈乳白色或半透明狀的液體，具有良好的冷卻作用。但潤滑、防鏽性能較差。通常再加入一定量的油性、極壓添加劑和防鏽添加劑，配制成極壓乳化液或防鏽乳化液。乳化性産品一般被用在中中-重度切削加工中，如拉削，在加工工藝中會使用到拉刀。

一般而言，乳化型切削液比半合成、全合成、微乳液易發臭。但潤滑極壓效果會好一些，工作液的乳液穩定性是産品優劣的重要指标。

切削油類（原液與工作液均不含有水的切削純油）

按國标分類，以潤滑為優先考慮的切削液就是切削純油。切削油的主要成分是礦物油，少數采用動物油或複合油。純礦物油不能在摩擦界面形成堅固的潤滑和防鏽作用。純油含有油溶性功能添加劑，都不可溶于水。大多數的切削油是基于環烷油制成的，為了使其具有更好的可添加劑溶解性。切削油通常被用在鑽孔，攻絲，及那些需要高潤滑性要求的加工工藝中。

總結

從成本透明性而言，切削純油>乳化液>水溶液

從使用經濟性而言，乳化液>水溶液>切削純油

從管理難度而言，水溶性>乳化液>切削純油

水溶性切削液

1.定義

水溶性切削液（water soluble cutting fluid），是由極壓劑、防鏽劑、礦物油及多種表面活性劑，經科學方法調制而成的新一代半合成微乳型水溶性切削液。

水溶性切削液是介乎全合成切削液與乳化液之間的一種半合成切削液，既有乳化油的潤滑性、極壓性而且又具備合成切削液的環保性能、優異的清洗性能、使用周期長等性能，同時也具備優越的極壓性及良好的消泡性、防鏽性。

水溶性切削液适用于鋼、鑄鐵、不鏽鋼、銅鋁及其合金等金屬的切削加工，使用周期長;水溶性切削液廣泛應用于大型加工中心和自動車床上。當前水溶性切削液的主要設備提供商有美國奎克（castrol）、英國嘉實多（quakerchem）、德國福斯（fuchs）等國際知名品牌。

2.特點

水溶性金屬切削液的主要目的：

（1）延長刀具的使用壽命;

（2）保證和提高工件的加工尺寸精度;

（3）改善工件表面的光潔度;

（4）及時排除金屬屑，确保切削過程順利進行;

（5）及時帶走切削熱，迅速均勻冷卻刀具和工件等;

（6）防止機床和工件産生腐蝕和鏽蝕;

（7）提高切削加工效率，降低成本。

為實現上述目的，要求水溶性金屬切液必須具備下列幾方面主要性能：

冷卻性能

在金屬切削加工過程中，所消耗的能量，絕大部分(90%以上)都轉變成切削熱，它不但使刀具容易磨損，而且使工件容易産生局部燒傷或發暗，影響工件的表面的加工精度及加工質量。因此，要求水溶性金屬切削液必須具有良好的冷卻性能。

潤滑性能

刀具在切削工件的瞬間，通常承受着極大的切削力作用，水溶性金屬切削液良好的潤滑性能可以減小刀具前刀面與切屑、後刀面與工件表面之間的摩擦與磨損，延長刀具的使用壽命，從而使工件獲得良好的加工精度和粗糙度；更重要的是減少切削過程中産生積屑瘤(即刀瘤)的機會。

清洗性能

金屬在切削(或磨削)過程中，油污、細小的切屑、金屬粉末和砂輪砂粒等互相粘結，并粘附在工件、刀具和機床上，影響工件的加工質量，降低刀具和砂輪的使用壽命，影響機床的精度。因此，水溶性切削液應具有良好的清洗作用，減少細小的切屑及金屬粉末等的粘結以利清洗，同時迅速将細小的切屑及金屬粉末等及時沖走。

防鏽性能

水溶性金屬切削液在使用過程中大部分是水(約占80%-98%)，為鏽蝕的産生提供了有利的環境，而水溶性金屬切削液中的極壓劑和某些表面活性劑往往會加劇金屬的鏽蝕；同時，水溶性金屬切削液必須具備一定的防鏽性能，使工件在加工過程中和加工後的短時間内不産生鏽蝕；同時，水溶性金屬切削液良好的防鏽性能，也可保證切削液循環系統和機床内部不産生鏽蝕及腐蝕現象，起到保養設備的功能。

同時，因為水溶性金屬切削液的組成成分中含有如表面活性劑、基礎油、油性劑和殺菌劑等，以及其與水混合的應用方式特點，要求水溶性金屬切削液還必須具備良好的抗泡/消泡、抗菌性能，以及低毒/無毒性、硬水适應性和氣味柔和等特點。

水溶性切削液不同于切削油很重要的一點，是它會引起機床和工件的鏽蝕問題。

1.在使用的稀釋水中，如含有很多氯化物和硫酸鹽，則不僅使防鏽性能下降，還會發生腐蝕現象。

2.水溶性切削液在正确的濃度下，是可以防止鏽蝕發生的，但濃度降得過低或組織平衡被破壞，防鏽性就會下降。防鏽性能如果下降，就應補充原液來提高濃度。

3.磨削中常用浸硫砂輪和含有冰晶石的砂輪。随着磨粒的脫落，硫和氟化物會混入切削液中，促使防鏽成分不斷消失，加速防鏽性能的下降。這裡雖然可通過原液或防鏽劑的補充來維持防鏽性，但根本上還應經常有效地清除磨削中落入切削液裡的各種粉粒。

4.使用水溶性切削液加工鋁合金工件時，工件表面易于出現白鏽。其原因之一是切削液中積蓄了較多的氯離子。由于目前還沒有有效防止白鏽的添加劑，所以這時應更換切削液，以減少氯化物。

3.維護方案

一、 切削液的管理

濃度管理

正确維護好冷卻液的使用濃度将會給冷卻液帶來長的使用壽命及良好的加工性能。使用合适的濃度是非常重要的，太高的濃度會給操作工人帶來皮膚刺激，太低的濃度又會造成細菌的繁殖，工件加工質量會下降，刀具壽命會縮短。檢測濃度最簡單且有效的方法是采用折光儀。隻需要少量的工作液滴在折光儀的面闆上，将折光儀對準亮光的地方就可以讀出折光讀數。折光讀數乘上産品特有的折光系數就是工作液的濃度。有時由于雜油的混入讀數的分界線會不太清楚，這時需要估計一下讀數。

冷卻液的濃度直接關系到冷卻液各項性能的發揮，如濃度異常，則可能會發生以下問題：濃度過高時，出現泡沫問題，皮膚刺激性增強，對機床油漆面産生影響，機床及機床周圍容易形成污垢；濃度過低時，切削性能不佳（因潤滑性不夠導緻工具壽命、加工精度和加工光潔度的下降），工件、機床和切屑等生鏽，耐腐敗性降低（冷卻液使用壽命縮短）。

水硬度

通常金屬加工液的生産廠家所給出的産品防鏽性能是在用中等硬度水配制并以标準試驗方法測得的結果。水的硬度由溶解于水中的礦物質的含量所決定，硬度太高易導緻出現乳液不穩定現象，容易對金屬造成腐蝕。通過滴定或硬度試紙可以很容易測得水的硬度。

由于水分是不斷蒸發的，而工作液中的礦物質成分、添加劑或油分不會蒸發，所以工作液的濃度及組分是不斷變化的。這個變化的大小與使用溫度及工作液的使用頻率有關。金屬切屑及加工零件的帶出同樣會影響冷卻液的濃度變化，每次加水都會帶來礦物質的累積，對稀釋水的水質的具體要求如表所示。由于這些鹽分會帶來對工件及機床部件的腐蝕，因此對工作濃度的要求會随使用時間的延長而相應增加，以用于抵抗鹽分增加所導緻抗腐性能的降低。溶入到工作液中的鹽分是很難被去除的，隻有兩個辦法可以采用，提高冷卻液的防腐能力，或是将冷卻液換成新液。

微生物管理

金屬加工液一旦與水混合後就會不可避免地受到微生物的攻擊。自來水或者雨水中都存在有各種細菌、真菌、黴菌和酵母菌等，這些菌種可以在溫暖的化學物質存在的環境下快速生長。空氣中細菌的傳布也是存在的。冷卻液中通常包含有抗菌的組分，這些組分在保持有一定水平的情況下可以有效地抵抗微生物的侵害，但是這些組分在使用的過程中會消耗。

另一種控制細菌的方法是生物穩定型，就是允許一定細菌的存在但不讓其過度繁殖，比如将細菌的數量控制在1×105個/ml以下。乳化液通常容易被細菌攻擊，半合成液更容易被真菌所攻擊。細菌的攻擊導緻表面活性劑的消耗從而影響乳液的穩定性，最終使得油水分離。細菌的生長分解出更多的酸性物質降低了工作液的pH值，還會導緻腐蝕及皮膚過敏的發生。如果冷卻液箱中總是覆蓋一層雜油就會促使厭氧菌的生長。厭氧菌将硫轉化成硫化氫氣體，聞起來就是一股臭雞蛋味。

通常工廠工作一周後會放兩天假，這個時候就需要盡量将冷卻液箱中的浮油從液面撇除。同時也可以添加适當的後處理用殺菌劑來控制細菌的生長，但值得注意的是要掌握好添加量，加得太多會引起皮膚不适。殺菌劑大都是甲醛釋放型，添加時甲醛在工作液中的含量控制在800～2000ppm之間。大于2000ppm皮膚過敏的可能性大大增加，小于800ppm起不到殺菌作用。

真菌、黴菌或酵母菌繁殖後會形成粘稠的皮狀物，最終這些皮狀物覆蓋在液面以及機床内部并堵塞濾網及管道。這時甚至加入殺菌劑也不能完全殺滅，因為殺菌劑很難穿透這層皮膜。隻能通過物理方法來清除。一旦清理完後應當立即加入殺真菌劑，不然真菌還會很快生長出來。通常可以采用測菌片進行細菌檢測。

冷卻液中繁殖的微生物主要是存在于塵埃、土壤中的細菌、酵母菌之類。 事實上，微生物的混入是不可避免的，因此，為防止冷卻液腐敗，應該在冷卻液的細菌數超過1×105個/ml或真菌數超過1×102個/ml時，立即添加殺細菌劑或殺真菌劑處理。 冷卻液中的細菌、真菌可以用細菌、真菌測定盒測定。 測定結果細菌在1×103個/ml以下，真菌0為理想。 用戶也可以根據經驗定期添加殺菌劑，以确保冷卻液的使用壽命。

pH值管理

pH值降低是造成冷卻液腐敗、工件生鏽的直接原因之一，如圖3所示。因此，經常測定冷卻液的pH值，并使其保持在指标值範圍之内，可将有效地防止冷卻液的腐敗和工件、設備的鏽蝕現象。如發現pH值降低現象，首先進行濃度檢測，如濃度正常，則添加pH值向上劑；如濃度偏低，則首先補充原液，校正濃度；如濃度校正後pH值仍偏低，可以添加好富頓pH調整劑以提高pH值。

雜油及管理

通常冷卻液均具有一定的抗雜油能力，但大量雜油（如導軌油、液壓油等）的混入将大大加劇冷卻液的劣化速度，導緻冷卻液的分離、腐敗等現象。因此，必須安裝撇油器以及時除去混入的雜油，并經常記錄潤滑油的補給量，及時發現、修補洩露處，使雜油混入量控制在最小限度，這将有效地延長冷卻液的使用壽命，從而降低使用成本。

由于新生的切屑具有較強的反應活性，會過多地消耗冷卻液的有效成分，因此，及時清除産生的切屑（必須安裝磁性過濾器或其他過濾設備），也是維持冷卻液各項性能不受影響的重要手段。

二、 常規切削液維護流程

（1）新液配制

混配液：如果原液的自身的乳化性能好，隻要把一定量的原液加入到稀釋用水中，充分攪拌均勻即可得到均勻的乳化液，需要注意的是，配制乳化液時，需要将原液加入到稀釋水中，如果反其道而行之，将稀釋水加入到原液之中，在有些特殊情況下（如在較低溫度下），可能生成膠狀物質，之後很難再溶解開來。

在具體的工業應用中，一般是先将切削液原液通過混配器混配成一個較高濃度的混配液。在沒有混配器的條件下，可以在一個容器中加入一定量的水，再加入原液，需注意加入原液時務必、穩流且緩慢，邊加入邊用工具攪拌，使原液充分地與水混合。切記，不可将水加入原液中，隻能是将原液加入水中。

微乳液和全合成液的配制，由于其本身是水溶性的，液态的原液本身就含有一定量的水，較易溶解，稀釋過程較簡單，但也要遵循将原液加注到稀釋用水中的原則。

混配液加注：混配液制備好以後，根據系統要求濃度和容量計算出混配液的加注量，再将混配液加注到液箱中。加注前一定要保證液箱清洗幹淨，有條件的情況下，可以用專用機床清洗劑或低濃度的切削液進行清洗。

液體調整：加注的混配液濃度較高，不能達到容積要求，這時需要補水。補充的水可直接加入到液箱中的混配液中，以達到液箱容積要求為止。切削液在調整時，要進行系統液體的循環運行，使液體處于流動狀态，以使切削液混合均勻。這個循環過程的時間要根據系統的循環流量确定，一般不少于2h。

（2）日常加注

在切削液的使用過程中，濃度會逐漸下降，需要定期進行濃度檢測，檢測方法一般是折光法或滴定法，依據檢測的濃度結果與要求的濃度控制要求對比，計算出需要補加的原液的量，再折合成混配液的量，做出補加計劃進行加注。

（3）系統清理

當切削液使用到一定時間以後，液體中的雜質含量會增加，主要是加工過程中産生的細小顆粒、切削液本身的生成物、導軌油和液壓油等的洩漏及水中帶入成分的沉積等。這些雜質或懸浮在液體中，或沉積到箱底、箱壁或在機床的内表面。特别是懸浮在液體中的雜質，能影響到液體的化學指标，影響到切削液的潤滑性、清洗性和防鏽性，沉積的雜質能引起細菌和真菌的孳生。大顆粒的雜質會影響到工件的表面粗糙度。現在的切削液系統，一般都帶有液體淨化裝置，如網式過濾、沉澱、離心分離、磁分離和網布過濾等。但其中的細小顆粒和懸浮雜質不能全部淨化去除，而在液體中積累。所以要定期進行系統的清理，以去除系統的雜質。

（4）換液

當切削液使用到規定壽命後，冷卻、潤滑、清洗和防腐性能下降，現場應用中可能發生如下情況：切削液的外觀變化，有變黃、變黑的，也有變混濁的，總的說液體失去其本來的光澤。切削液各種控制指标波動大：濃度變動大，pH值下降，細菌和真菌高發，防鏽性下降，若進行攻絲轉矩或四球試驗，試驗結果可能發生突變。加注需求量明顯增加，加注量增大而相應指标不同步變化。加工質量變化，特别是工件表面粗糙度和刀具壽命發生變化。

三、 切削液的消耗

（1）加工中的切屑帶出。在加工過程中，切屑的排出依賴于刮屑鍊、濾紙和濾布等，在這個過程中，切削液會被帶出到切屑箱。這部分液體從切屑中瀝出後一般是按廢液處理。對于集中冷卻的大系統，也有設計專用的回用裝置，通過淨化處理後返回到系統中應用。

（2）加工中的蒸發。加工過程中的切削液，由于加工熱量、液體流動和加壓泵等原因，溫度升高，使切削液蒸發加快，特别是利用了煙霧收集器後，汽化的切削液會被當作加工煙霧排出。

（3）加工中的有效成分消耗。刀具與工件作用時，作用部位産生局部高溫，切削液中的相關成分，如有些極壓添加劑等被消耗，産生切削液濃度的下降。

（4）到使用壽命後的換液。切削液壽命到期前要進行切削液的更換，是集中消耗。原用液體全部作為廢液處理，系統排空後完全配加新的切削液。

（5）切削液原液的消耗量。以一條年産量為20萬台的發動機缸蓋生産線的統計為例，每年更換一次冷卻液的原液消耗為4?200kg，每年加注的混配液中的原液量為34?440kg。可以看出，主要的切削液原液消耗是日常加工過程消耗，而不是換液消耗。換液過程消耗量隻占總消耗量的11%。

四、 切削液性能變化

（1）切削液使用壽命确定。項目期，依據切削液供應商的經驗推薦确定。正常生産階段，依據液體狀态變化趨勢、生産産量和生産停機時間确定。優化階段，依據曆史經驗、日常檢測分析和加工工件變化狀态等，合理優化切削液的更換周期。

（2）切削液的性能變化可分為幾個階段。一般按切削液使用時間順序，将切削液的性能變化分為四個階段：新液階段、正常維護階段、清理後維護階段和換液前維護階段。清理時機，一般在使用壽命一半的時間；換液前維護階段，有時需要适當增加切削液的濃度，如整體提高控制濃度1%或按上限控制等；在加工條件較差的情況下，如高溫、高濕等環境中，在換液前維護階段還要增加防鏽劑、殺菌劑和pH調整劑等添加劑。

五、切削液統籌維護方案

1. 基本原理

當一個系統的切削液使用到一定的時間（如使用壽命的一半）後，将其做為補加液分加到其他系統，而本系統配制新液。這樣既保證了各系統的添加混配液良好，也使各系統都在一定的時間之内換液。前提條件：一是冷卻液抗菌性和穩定性良好，二是切削液的消耗主要是日常添加混配液，換液消耗原液量占總消耗量的比例小于20%，結果是液體随着使用過程消耗掉，而不産生集中排放的廢液。

2. 技術研究的特點

在保證常規切削液性能和有效的過濾技術的基礎之上，進行切削液應用過程的研究。在切削液的應用過程中，切削液主要是被加工過程消耗掉，而沒有被集中排放掉。

3. 實施過程

（1）劃分切削液系統統籌維護單元。統籌維護單元劃分原則：切削液型号相同、切削液系統容積相近、加工工件材質相同、設備的位置相對集中。

（2）實施步驟。以每個統籌維護單元為維護單位。對于每一個切削液系統，使用到一定時間後，進行切削液的更換。原用液不排至污水站，而是進行淨化處理，之後，作為混配液加注到同一維護單元的其它系統中，而本切削液系統配制新的切削液。

清洗系統用液，可以配制一個低濃度的切削液，如1%～2%切削液。清洗後也經過淨化處理，與原用切削液都作為混配液補加到同一維護單元的其他它系統中。清洗過程使用低濃度切削液是為了增加清洗效果且增加防鏽性、降低泡沫的産生。清洗過程不加入機床清洗劑。

冷卻液和清洗後的液體的淨化處理，一般可采用如下方法：①沉降法。在容器中放置一定時間，撇除上部漂浮雜質，去除底部顆粒雜質。②離心法：去除密度大的顆粒和密度小的油類。③過濾法。用濾紙或濾袋過濾其大顆粒的雜質。

4. 效果評價

① 切削液技術指标評價：濃度每天檢測，指标變化平穩；pH每天檢測，指标變化平穩；抗菌性每月檢測，沒有細菌和真菌的發生；防鏽性每月檢測，指标平穩，在控制範圍之内；硬度每周檢測，指标有增加趨勢，原因是添加的自來水硬度較高，但不影響切削液性能。若使用RO水，硬度指标會更加平穩。

②切削液成本費用評價。按換液費用所占比例計算，切削液的費用節約約為10%。

③廢液減排評價。按切削液的換液過程統計，每次換液清理時，會有較髒廢液的排放，如液體表面含有浮油的液、液箱底部沉積物中的液以及進行切削液再生處理時排出的廢油液，這部分廢液約占被處理液的10%～20%，即換液過程排放的廢液減少80%。

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内容參考：機械論壇

本期編輯：Johnxing

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