本刊编组| 在模具制造中,金属加工液对提高机床性能、保证成品质量而言至关重要。文中从专家视角探讨了金属加工液在模具制造领域中应用现状和发展趋势，并倾听到模具行业用户对金属加工液的使用感言。 |
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| 金属加工液最基本的功能是润滑、冷却、排屑、防銹 。这四个性能不是完全孤立的，既有统一面，又有对立面。 |
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随着模具工业技术的不断发展和进步，新材料、新工艺不断涌现，在模具加工过程中选择合适的切削液对於保证产品加工质量，提高加工效率，减少环境污染都是至关重要的。
金属加工液最基本的功能是润滑、冷却、排屑、防銹 。这四个性能不是完全孤立的，既有统一面，又有对立面。如切削油的润滑、防 性能较好，但冷却、清洗性能差；水溶液的冷却、洗涤性能较好，但润滑和防 性能差。
一般认为，在低速重负荷切削加工(螺纹切削、扩孔和齿面切削)时，需要充分的润滑，通常选用极压切削油剂，切削润滑剂的主要任务是缩小推进面与屑的粘结，作为边界润滑剂。在高速浅层切削加工时，冷却是首要的，一般选用水基切削液——它的主要作用是降低摩擦热，带走热量。那些切削液难以到达剪切区域的加工作业，给润滑、冷却造成很大困难。通常对扩孔、齿轮切削(特别是滚齿)、深孔钻和镗孔、攻丝(特别是盲孔)、深套孔、车螺纹加工要精心选择适用的切削液。
实践证明，选用合适的金属加工液，能降低切削温度60~150℃，降低表面粗糙度1~2级，减少切削阻力15~30%，成倍地提高刀具和砂轮的使用寿命，并能把铁屑和灰末从切削区冲走，因而提高了生产效率和产品质量。
图1 金属加工液在生产中的应用 |
在模具加工过程中，刀具的作用是在主剪切区域把加工材料用强剪切力切除剥落。刀具的推进面和暴露的新鲜金属面之间，由於强烈的附着作用使推进面受到高的应力。因切割剥落的屑要移过刀具推进面，从而形成了第二剪切区域——该区域产生的剪切作用使刀具受到最大摩擦力。在此时，润滑和冷却作用的重要性同时凸显出来。值得注意的是，金属去除类的机械加工种类很多，又各有其独特工况。
下文将聚焦金属加工液在三种具体加工方式中的应用，并结合本刊对壳牌（Shell）和德国欧海（OEL-HELD）两家公司的用户采访报道，说明金属加工液的具体应用和性能要求。
电火花加工
壳牌公司旗下的万安EDM110和130是优质火花电蚀加工油(见表1，转下页)，采用高精度炼且芳香烃含量极低的石蜡基基础油制成，绝缘性好，产品加工精度高，使用寿命长，对皮肤刺激小。其中，前者粘度中等，适合火花电蚀加工；後者粘度较高，适合火花电蚀较高精度加工。这两种产品还可作为刀具研磨油使用。
表1 壳牌万安EDM 110/130火花电蚀加工油当前产品典型值
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壳牌万安EDM110和壳牌万安EDM130具有一些相同的特点：①粘度低，对工件和火花塞有极好的清洗作用；②带屑性好，延长电极使用寿命；③绝缘性好，高介电强度，④表面加工精度高，加工表面粗糙度可以低至3微米至更低；⑤高闪点，可减少机内发生火灾的危险；⑥高沸点，最大限度减少挥发损失，防止因挥发损失导致油粘度升高和加工精度下降；⑦良好的热稳定性和氧化稳定性，且使用寿命长，不易氧化变色；⑧无色无嗅，有助於用户观察火花塞加工过程的情况；⑨良好的过滤性，快速清除加工过程中产生的细屑；⑩芳烃含量极低，对皮肤刺激作用小，对人体无害。
用户感言
壳牌金属加工油/液性能优异，产品使用周期较长。对此，比亚迪精密制造有限公司设备部张启波深有体会。
据张启波介绍，比亚迪精密制造是华南地区前三大模具制造基地之一，其设备部拥有几百台知名品牌机床。该公司目前所使用的壳牌火花电蚀加工油，周期已经超过3年半，并且无变色变味现象。如此长的使用寿命，使得比亚迪公司不仅降低了油品采购成本，且有效减少了因为换油而造成的设备停机时间，实现了生产效率的提升。
不仅如此，使用壳牌火花电蚀加工油，对比亚迪公司的生产安全也提供了有效保证。比亚迪的技术人员曾做过这样一个试验—用布条浸沾壳牌火花电蚀加工油，然後试图点燃，但经过多次试验，布条始终无法燃烧。由此可见，与其他煤油类火花电蚀加工油相比，壳牌火花电蚀加工油的性能稳定，是安全生产的可靠保障。
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磨削
磨削过程中磨粒与金属表面的摩擦会产生大量热量。当热量聚集到一定程度时（磨削点的瞬间温度可达1500℃，磨料与工件的磨削区域的平均温度为500℃至800℃之间），工件表面就会出现灼伤甚至形变，因此成品的表面质量和精度将受到影响。如果改善磨削加工的操作条件，运用磨削油进行充分的冷却和润滑，加工过程中的一半热能都会被冷却剂吸收，而最终进入到工件的热量只占到整个加工过程产生热能的15%。因此，磨削油有效降低了工件被灼伤的机率。
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图2 使用OEL-HELD的Sintogrind磨削油的加工结果与其它产品的使用效果对比
a: 其它磨削油和常规砂轮的磨削效果 b: 其它磨削油和内冷式砂轮的磨削效果 c: Sintogrind和内冷式砂轮的磨削效果
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磨削油以基础油为载体，通过在基础油中添加多种具有不同性质和功能的添加剂混合而成。目前世界上性能最好的磨削油基础油是以乙烯为原料直接合成的聚α-烯烃。由於产物的纯净和均一性，聚α-烯烃具有其他基础油无可比拟的卓越性能，并在一级方程式赛车的严酷条件下用作基础油。由於其组成结构为纯烷烃，因此具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性，非常适用於高速磨削的加工。
OEL-HELD（中国）西南代表处的魏欣阳表示，其公司旗下的Sintogrind、Diagrind、Toolgrind系列高性能磨削油采用聚α-烯烃、氢化裂解油作为基础油,具有蒸发率低、无腐蚀性（包括对密封件）、可过滤性好、冲洗性强、消泡性高、闪点高以及黏度指数较高等优点。在独特的磨擦改良剂、抗磨添加剂、极压添加剂和抗氧化剂等的协同作用下，上述系列磨削油在加工硬质合金时完全避免了金属钴的析出，并具有优异的抗剪切能力和抗老化稳定性，在减少能耗与砂轮磨损的同时，工具表面不会产生任何灼伤，从而达到高精度加工要求并获得良好的表面光洁度，因此被绝大多数的知名磨床制造商所推荐，在欧美等国家市场占据主要的份额。
应用案例
为了说明基於聚α-烯烃全合成产品的效果，OEL-HELD公司在Rappold Winterthur磨床公司进行了一系列试验。磨削後的产品使用电子显微镜进行同等倍数的扫描。如图2所示，使用Sintogrind全合成产品可以获得极高表面质量。
德阳东汽工模具有限公司一直在使用OEL-HELD公司的磨削油产品，该公司技术开发部副部长胡剑华告诉本刊，OEL-HELD的磨削油现已使用3年而没有更换，有效降低了生产成本及设备停机时间，全面改善生产效率。 |
切削
近年来金属切削液的发展和变化主要是在水溶性液体领域。这类液体以水为基质，传热速度高(水的传热速度为油的2.5倍)。等量的水吸收一定热量後，比油的温升要慢得多，从而提高了冷却效果，且可减少油雾。因此，水基切削液的用量增大。
目前，水基切削液在中国切削液市场总体中约占60%，但水基切削液与油相比存在着一些问题，这包括润滑性差，以及 蚀、胶体稳定性、化学稳定性、生物稳定性、可滤性、泡沫性等方面的问题。这些因素对切削液在机床应用时的“油池寿命(Sump Life)”至关重要。
表2 壳牌斯特来Sitala CE 3402水溶性切削液当前产品典型值
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壳牌公司旗下的壳牌斯特来Sitala CE 3402高性能水溶性切削液（见表2），含有大量极压添加剂，适用於钢材和铝合金材料的加工。可满足要求高表面精度的苛刻加工，以及高压、使用内冷刀具的工艺，如：深孔钻、钻孔、铣和MAPAL绞孔等。
壳牌斯特来Sitala CE 3402具有良好的抗泡沫性能、优异的生物稳定性和清洗性能，可保持机床和工件清洁。其良好的冷却能力和润滑性能，能确保加工工件的高精度。同时，Sitala CE 3402的生物稳定性优异，产品使用寿命长，可显着降低维护成本。而高度抗腐蚀性能则有利於保护刀具、加工工件和导轨。
用户感言
比亚迪精密制造有限公司在制造过程中，一直使用壳牌斯特来Sitala CE 3402高性能水溶性切削液。该公司设备部张启波表示，这一产品相比同类产品，更换周期长，性价比高。且在保护刀具及保证加工工件精度方面性能出众。
张先生深深体会到，生产的进一步发展对金属加工液的性能提出了更高要求，比如增强可维护性以及延长更换周期，等等。而壳牌金属加工液在满足这方面要求方面的能力可谓独树一帜。 |
节能环保、降本增傚的发展趋势不可阻挡
深圳市模具技术学会专家委员罗百辉指出，企业在选用金属加工液时要全面权衡利弊，须达到以下要求：热容量大，导热性好，具有较好的冷却作用。具有较高的油性或是较强的金属表面吸附作用，能使形成的吸附薄膜具有较高强度，牢固吸附在金属表面，起到良好的润滑作用。而防 性好的话，对金属不起腐蚀作用，也不会因腐蚀而损坏机床和工件的精度及表面粗糙度。同时，表面张力低的产品，易於均匀扩散，利於冷却和洗涤作用并具有较好润滑性。
罗百辉同时表示，经济成本方面的考虑也很重要。金属加工液必须使用方便，价格低廉，要求容易配置并最好适用於多种金属材料和多种加工方式（如车、磨、刨等），有一定的透明度，在提高切削速度时不冒烟。对人体无害，无毒、无异味。不会伤害皮肤及鼻腔粘膜，不刺激眼睛等。稳定性好，使用寿命长。在长期使用和贮存期间，不分层、不析出沉淀物，不发霉变质。切削废液量较大，考虑废液处理，避免造成环境污染。
中国“保增长、扩内需”的政策举措正付诸实施，重点产业振兴规划也相继出台，模具企业购买力在不断提升，企业转型所需产品种类将更广泛，并且对产品的品质要求必会飞速提高。在经济危机的考验之下，模具行业金属加工液用户的需求必然加速向高效节能、健康环保、低经济成本的方向迈进。
特别鸣谢：本文主要专家观点由深圳市模具技术学会专家委员罗百辉供稿
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