| 切削液被广泛应用於车削、铣削、磨削、钻孔等各种切削过程，新兴切削技术更趋重视对高效率、高性能、低污染和低能耗的追求。本栏专家论坛中，重点阐述切削液的工艺技术及其发展趋势，而在随後的特色切削液工艺介绍中，好富顿、Quaker、Blaser Swisslube和积架石油化工的切削液产品工艺及其在加工应用中的特点，一一为您呈现。 |
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专家讲坛
切削液技术的发展现状和未来趋势
魏欣阳 重庆大学化学化工学院
在机械行业中，切削液被广泛应用於各种切削加工过程，例如车削、铣削、磨削、钻孔等，以使加工参数得到优化。
在切削液技术的发展过程中，我们可以看到两个特点：第一，切削液的产品数量越来越多，种类越来越齐全，功能也越来越细化。针对不同的加工方式，都有相应的切削液与之对应。第二，切削液的技术越来越完善，因此加工效率得以不断提高。
除此之外，伴随着现代制造业的高速发展和人们对环保的日益重视，切削液技术也处於改良和更新的循环中，新型切削加工技术不断涌现。
切削液技术的发展现状
面对切削液市场发展日趋成熟、切削液产品呈现多样化的态势，国际标准化组织和一些工业发达国家都制定了相关的切削液分类标准。美国材料协会制定了金属加工液及相关材料分类标准ASTM D2881—03，日本标准协会在2000年也制定了新的切削液标准JIS K2241。
我国於1989年制定了国家标准GB/T7631.5—1989《润滑剂和有关产品（L类）的分类第5部分：M组（金属加工）》，将金属加工润滑剂分为两大类，即以强调润滑性为主的加工类型和以强调冷却性为主的加工类型。值得一提的是，与美国材料协会制定的标准相同，我国的这些分类标准囊括了金属成形加工，如锻压、冲压、拉拔、轧制中所用的润滑剂，而非本文所讨论的去除加工（即切削加工）类型的润滑剂，故不再冗述。
虽然各种分类标准各有不同，但根据切削液的组成和状态，都大致按照水基和油基两大类来进行划分。
水基切削液需要用水稀释後加以使用，根据稀释後的状态可分为乳化切削液、微乳化切削液、合成切削液。乳化切削液的原液一般不含水，加水配制後的切削液呈乳状；合成切削液原液一般不含油，因此可以与水互溶，配制後的切削液多为透明；微乳化切削液原液中含油量（即油性添加剂含量）较小，而表面活性剂、防 剂含量较大，加水配制後呈半透明微乳状，外观介於前两者之间。
油基切削液（亦称切削油）一般直接使用，基本成分是基础油。根据不同的加工需要，加以性质不同的各种添加剂，就形成了种类不同的切削油。油基切削液按照基础油和添加剂的不同，大致可分为纯矿物油、纯合成油、活性极压切削油、非活性极压切削油和减摩切削油。
切削液工艺技术
如上所述，切削液一般以基础油或油性添加剂为载体，通过在基础油或油性添加剂中加入多种具有不同性质和功能的添加剂并进行混合，就形成了切削油或水性切削液的原液。因此，添加剂是金属切削液工艺技术中的核心要素，优良的添加剂配方成为企业提高自身品牌市场竞争力的必要条件。
金属切削液在机械去除加工中的主要作用是冷却、润滑、清洗和防 。由於液体的对流和气化可以降低刀具和工件表面的温度，从而防止了工件表面的灼伤和形变。
与此同时，切削液清洗并带走了切削中产生的碎屑，避免其夹杂在工件和刀具之间发生二次切削，以致影响工件的表面质量。除了水溶性合成切削液，其余切削液中的油性化合物（来自基础油或油性添加剂）通过其极性基团吸附在工件表面并形成了一层油膜，会减少切削过程中的摩擦。
在含有极压添加剂的切削液中，卤素、硫、磷等元素组成的化合物与工件表面的金属在高温高压下的瞬间发生反应，形成具有抗剪切力较小的物质层，在减小摩擦力的同时，还防止了金属表面的粘合。
此外，在切削液中还需加入抗氧化剂（防止切削油在高温高压下氧化）、抗气化剂（防止切削液挥发产生雾状液体）、消泡剂（防止切削液在喷淋时产生泡沫而导致干磨现象）。
在水基切削液中，还有一些特殊的添加剂，如防 剂（防止金属 蚀）、表面活性剂（降低油层的表面张力，改变体系的介面状态）、防腐杀菌剂（防止微生物的生长导致切削液变质）、稳定剂（保护乳化状态）等。
值得注意的是，当这些添加剂被混合到切削液中形成成品後，不仅要保证这些物质之间相互不发生化学反应，还要确保切削液在工件加工中性能持续 定且不与加工金属发生不必要的、不可逆转的化学变化。
切削液在金属加工中的应用
前面提到，不同的切削液应用於不同的切削方式。因此，在切削液的实际操作中需要根据自身情况选择适宜的切削液。
首先，需要考虑的是水基切削液和油基切削液的选择。一般来说，油基切削油价格更高，综合性能更为优越。对於较为昂贵的机床或者如果要求工件获得最佳的表面质量并最大限度地延长刀具的寿命，建议采用切削油；如果以加工效率和成本作为主要参考的因素，则可选用水基切削液。
其次，要参照机床本身的特性。通常，机床制造商往往会针对他们自己的设备推荐一些品牌的切削液，这是因为他们在设计机床时就考虑了切削液的使用情况。比如一些开放式的机床就不能用油性的切削液，以免切削油大量挥发而耗散。
第三，由於刀具和工件的材质不同，其耐高温性、可切削指数、硬度等也就各自相异，此时就要分别选用不同的切削液。例如金刚石刀具硬度非常高，为达到良好的冷却效果，一般采用水基切削液；对於硬度较低的工件进行加工，如齿轮，就需要采用粘度较高的切削液，以防止表面划伤。
第四，金属切削的具体加工方式也会要求相应的切削液与之配合。在当代机械加工中，切削方式多种多样，如车削、铣削、钻孔、拉削、磨削等。就精加工和重度切削而言，操作方式无疑对切削液提出了更高的要求。
最後，加上成本核算和环境评价，消费者就可以合理地选择出适合於自身加工特点的切削液了。
切削液市场调查分析
在汽车行业不断发展壮大、机加工产品出口日益规模化等因素的刺激下，我国机械加工业的总体水平也不断得到提升。据估算，我国目前金属加工润滑剂的市场总需求约为25万吨，按照加工和用途的不同类型进行划分，各自所占的比例如表1所示，其中切削加工（即去除加工）液占到加工润滑剂总消耗量的38%。
就切削液而言，从其分类来看，目前的用户大多偏好水基产品，即可溶性切削液和乳化液，这一比例大约占到市场份额的70%；从使用切削液的行业分布来看，各行业所占的比例大致如表2所示；从切削液的品牌来看，目前占据市场份额前列的大都是来自国外的切削液品牌。
造成这一现象的主要原因是一些国外品牌历史悠久，有的甚至拥有百年以上历史。这些公司的研发实力深厚，产品质量稳定并且与世界上先进的机床商保持着良好的合作关系，拥有研发和实践的优先平台，因此长期在添加剂技术专利领域遥遥领先。
另一方面，国产品牌往往依靠较低的价格来争取市场，成本的压缩又导致产品质量得不到提高，最终难以获得市场认可。因而这样的市场策略必须在创新型技术经济发展模式的宣导和推广下得到改变。大力提高企业自身的技术创新能力，不断推进企业自主知识产权的开发，才能全面提升企业自身品牌的市场竞争力。
切削液的未来趋势
纵观21世纪的切削液市场，一些新兴切削技术和相应的产品接连面世。面对人类环保意识的提高，市场对於切削油绿色环保性能的要求越来越高。例如用生物可降解的、不含芳香烃的聚烯烃合成类物质代替矿物油作为切削油的基础油，用钨酸盐、钼酸盐代替水基切削液中的具有毒性的防 添加剂的方法逐渐得到推广。
追求加工效率和生产质量是工业永恒的主题，性能卓越、稳定，使用周期长而持久的切削液产品也逐渐受到市场青睐。虽然这类产质量高价贵，但市场用户也慢慢习惯对生产成本进行综合核算，以此去衡量切削液产品的性价比。
随着加工分类越来越细，切削液也有非标准化的发展趋势。例如针对高速磨削，有的企业研发出了高性能磨削油，从而改变了以往用切削液代替磨削油的操作方式。
除此之外，还有将液态氮作为切削液、选择适当用量的切削液以达到最佳切削效果、干切削等新技术，这 不再一一详述。就整体趋势而言，新兴切削技术将以追求高效率、高性能、低污染和低能耗为目标，引领切削液工艺技术不断向前发展。
特色切削液技术
好富顿公司 陈有顼
如果切削液产品抗菌能力差，刚开始润滑性能可能不至於受到影响，但细菌滋生不仅使有些润滑成分被消耗，更重要的是能够引发下列情况：切削液变得不稳定；润滑成分析出，润滑能力下降；防 能力下降；刀具磨损增加等。
好富顿公司率先在全球推广其特殊的无菌型切削液和非矿物油基的切削液产品，减少机床停机，从而使客户真正实现高速、高效生产。
切削液中的抗菌性技术
好富顿公司特殊的抗生物技术（Bioresistant Tech）和生物稳定技术（Biostability Tech）是保证其Hocut 795系列切削液具有优异抗菌特性的两项主要技术。两种技术结合，相得益彰，确保了Hocut 795系列即使在恶劣的使用环境条件下，仍不会受到细菌侵蚀，保持稳定可靠的性能。
Hocut 795系列产品采用多功能添加剂组合，既起乳化、润滑作用，又创造了一个抑制细菌滋生的环境。因此，其乳液能够长期维持平衡且性能稳定。从而简化了维护工作，减少了废液的排放及停机时间，降低了用户的综合使用成本。该系列切削液具有下列特点。
1.最大程度杜绝细菌滋生，无需添加杀菌剂
Hocut795系列在配方中含有完全终绝菌繁衍生理过程的特殊组分，不用杀菌剂能从根本上杜绝了细菌的滋生，是防菌技术的重大突破。在国内有使用6年未换液的集中供液系统，充分验证了Hocut 795系列产品的特殊性能。
2.润滑性能出色，适应性广
Hocut795系列不含任何Cl、S添加剂，采用特制的强化润滑酯来进行润滑，稳定可靠，而且其吸附作用因不同的加工压力而变化，润滑作用根据具体的操作过程而有相应的良好发挥，所以具有使用的通用性，能够适应多种不同的加工过程。
3.低无泡沫，抗杂油能力强
表面活性剂成分的特性是产品出现泡沫或抗杂油能力高低的关键。Hocut795系列一方面在软水中也低无泡沫，另一方面抗硬水能力又相当强，即使在1000ppm (mg/l)的硬水中，也不会出现油析。再者，Hocut795系列乳液本身乳化均匀良好，长期稳定，但对漏入的液压油和润滑油等却不会乳化，抗杂油能力强。
4.性能稳定，不需任何添加剂，使用寿命长
Hocut795系列在配方设计上消除了细菌、金属离子或泄油的影响，另外，它还采用了多功能原料，所以能够长期维持平衡，性能稳定。在现场使用中不需要任何添加剂，使用寿命长。
5.生产效率高，综合成本低
Hocut795系列润滑性能优良，能提高加工效率；使用寿命长，可以消除停机时间，减少生产损失，减少废液排放，降低生产成本。
相控制切削液技术
为了解决机床设备老化，严重漏油等问题。好富顿国际公司早在1989年就率先推出了相控制系列切削液产品。
好富顿相控制产品是通过两相分别控制来达到最佳的使用效果的，它通过将大部分设备漏油吸收而化为己有，既解决了设备漏油的污染和浪费问题，又降低了切削液产品的消耗量。而通过对不同相的分开控制，又保持了切削液的整体平衡，从而确保了切削液产品的使用效果，能在很大程度上降低刀具使用成本及环境污染，延长使用寿命。
Hocut TR2000系列产品是采用易生物降解的植物油精制而成的两相（油相和水相）控制型冷却液，更加环保（如图1所示）。该产品现已在全球各汽车及航空制造业广泛应用。
供稿：奎克化学（中国）有限公司
什麽是合成酯
QUAKERCOOL 370是一种“酯基”微乳型切削液，其润滑性来自於奎克化学在欧洲开发的专利技术“酯合成”润滑技术。一个“合成酯”就是由脂肪酸和醇类反应生成的化合物。天然酯类包括脂肪、甘油三酸酯或同类化合物如油脂等。合成酯类比天然酯类更昂贵，其优点是复配者能准确地控制酯类的性质，以便减少其缺点，并加强其优良特性。
虽然有成千上万种酯，但是能用於QUAKERCOOL 370 KLG中的酯类须使金属加工切削液具备更完美的性能。在QUAKERCOOL 370 KLG中的合成（人造）酯能提供极好的润滑性，与水混合後可形成“微乳液”，并且在金属加工环境中较难降解。
合成酯的润滑作用
1. 润滑的类型
要清楚合成酯的润滑作用，必须明白润滑的类型。润滑类型通常有三种：液体润滑、边界润滑和极压润滑。尽管这些润滑类型通常是明晰的，但事实上它们形成了一个连续的统一体。
① 液体润滑
当物理液体膜隔离开摩擦面时液体润滑就会发生，如在路面和橡胶轮胎之间的水。由於在金属切削加工中存在着较高的压力，这种类型的润滑存在一定的缺陷。
② 边界润滑
当液体和摩擦表面之间存在着化学粘着力时就会发生。化学粘着力能使物理液体膜很好地与摩擦表面“粘”在一起，因此不能很容易地被挤出来。猪的脂肪和其他动物脂肪经常被加入到金属切削液当中，以增强边界润滑性。不幸地是，这些天然脂肪很容易变臭。
③ 极压(EP)润滑
润滑剂和摩擦表面之间需要存在化学反应，这种润滑方式才会发生。在化学反应中，摩擦表面上会形成一种化合物。在金属切削加工中，过去的切削液使用硫和氯来提高EP性能。高切割力磨损由硫或氯与金属表面反应所形成的化学层，通过牺牲自己，EP层来保护刀具和工件表面免受磨损。非常不幸的是，硫为细菌提供了食物，这就大大缩短了切削液的储存寿命。很多客户因为环境、健康和安全原因都要求避免使用氯。
2. QUAKERCOOL 370 KLG中的合成酯的润滑性
QUAKERCOOL 370 KLG中的合成酯能提供液体润滑，而且能像EP润滑液一样提供优秀的边界润滑。QUAKERCOOL 370 KLG中的合成酯技术就像一种超级边界润滑液，将边界润滑扩展到以前使用硫和氯的EP润滑领域中，无需使用硫磺和氯等EP添加剂就可在极压状态下使用。
QUAKERCOOL 370 KLG的应用
1.满足不同的加工要求
QUAKERCOOL 370 KLG在大多数使用水稀释切削液的金属切削加工中应用良好。其独特的酯润滑技术使它能适用於难切削的加工过程。但是何谓“难切削”呢？不幸地是，在整个行业中没有统一的定义。
然而，金属的切削性等级可以表示金属切削的相对难易性。我们在金属切削加工中拥有各种类型的实际操作经验，有些因素要比其他的更重要。许多其他变数，如所用刀具、液体过滤性、切削液的流动性、进料比和切削速度、加工要求的质量等都会影响切削液的选用。
在某些相对容易的操作如车销切削性为1.0+的金属时，对於QUAKERCOOL 370 KLG来说是 “不推荐”使用的。当然，QUAKERCOOL 370 KLG 能够处理这些工作。但重要的是QUAKERCOOL 370 KLG是一种高润滑性切削液。当用於简单加工时，用户不能享受到它的全部优点。如果客户想整合切削液的种类，在困难加工和简单操作中都使用相同的产品，QUAKERCOOL 370 KLG就是非常好的选择，尽管每一个加工操作不会有相同的加工要求。
2.最大的获益者
第一，从事铝加工的企业。铝材较难加工，某些等级的铝材具有“粘性”和拖尾，而不能采用自由切削加工。有些铝合金则很坚硬而且耐磨性高。QUAKERCOOL 370 KLG正是铝材加工的正确选择。
第二，从事稀有合金比如钛合金或铬镍铁合金的加工企业。QUAKERCOOL 370 KLG会延长刀具寿命，并提供较好的表面光洁度。
第二，任何企业，如果需要具有较高润滑性的冷却液产品，并且产品易於使用，较少维护，那麽他们都会在使用QUAKERCOOL 370 KLG後获得最大的收益。
第三，需要使用切削液，并且使用传统方法比如酸/明矾喷涂进行废液处理的企业。QUAKERCOOL 370 KLG完全能满足他们的需求。
巴索国际贸易（上海）有限公司 崔志良
“液体切削工具”战略助用户降低综合成本
在制造企业的金属加工总体成本中，最主要的成本来自人工成本、机床等加工设备成本和刀具费用，这三项相加大致占到总体成本的95%左右。而金属加工液仅占总成本的1%左右。
当制造企业在机床和刀具上投入大量资金後，提高设备投资回报率是降低综合成本额最根本的方法，其次是设法减少刀具的消耗，降低刀具成本。
倘若能把传统观点中被看作是单纯的消耗材料的金属加工切削液变成提高生产效率的投资，使之成为辅助实现提高生产效率、降低刀具损耗的有效途径，那将对於制造企业的综合生产成本产生以小搏大的积极效应，实现突破性的改变。瑞士巴索（Blaser Swisslube）的“液体切削工具”战略对实现上述效应效果显着。
有着70多年历史的巴索公司提出的全新的“液体切削工具”战略，这一战略的内涵是：巴索公司不仅仅是切削液产品的制造者，更是综合解决方案的提供者。通过提供综合解决方案帮助客户提高加工效率，提高生产设备的投资回报，降低综合成本。
传统Blasocut与新品Blasocut BC
在巴索的产品中，已经被金属加工领域所广泛选用的传统的Blasocut 系列切削液，从设计理念、研究开发、原材料选配、自动化生产到质量性能均处於世界领先水平，并具有超强润滑、超强稳定、通用性能、易於维护、超长寿命等优异特性。
在位於德国巴伐利亚州纽伦堡的MAN卡车股份公司的卡车生产基地内，一个220吨的水槽，应用Blasocut水溶性切削液，保持了10年以上无需倾倒更换的纪录，且仍处於只需补足液位便可继续使用的稳定状态。其使用寿命之长由此可见一斑。
全新的Blasocut BC系列新产品采用了全新的乳化剂结构，在传统的Blasocut的特性的基础上，大大加强了排屑性能、消泡性能以及机床清洁性能。
切削液中的细菌
Blasocut水溶性切削液与水中原有的自然菌群和水中原有的硬度一起并肩工作，通过“占绝对优势数量的自然的无害菌群”来控制切削液保持自然的菌群平衡。
巴索产品自身不含细菌，在与水混配的过程中，将水中原来自然存在的微生物带入，这就是被植入到切削液中的无害菌群。我们所做的是创造一个有利於这些无害菌群的生存环境，通过他们对生存空间的占领来抑制有害菌群的生存。如果水硬过低，我们还可以在允许的范围内对乳化液加硬。正确的使用浓度、正确的混配方法也是很重要的。
另外还有对切削液的正确维护，我们应该注意到，每一种外来物质，比如废油、剩咖啡、剩饭、烟头、或是清洗机床及地面的污水都会给对人体有害的细菌或霉菌提供生存环境。因此不仅那些良好的过滤系统要肩负重要任务，而且每一个操作者也应该清楚地认识到这一点，是他们在保持着切削液的清洁。
瑞士巴索对於优异的环保性的理解还体现在，通过产品的长期的稳定性能，来实现对原材料的最少消耗。在其原液以及切削液的全部运行周期中都不使用杀菌剂，以使良好的人体适应性必须得以保证。如果能够正确地掌控，其实切削液中的细菌是可以被人们接受的。这其中有自然的“好”细菌，它们对人体不会造成伤害。
与刀企配合 寻求刀具及切削液新方案
在加工导管孔、挺柱孔等难加工工序时，要保证好的加工质量就要选择好的刀具，同时也要选择Blasocut这样矿物油含量高、润滑性能强、冲洗排屑性都好的高质量的切削液才能得以实现，更长的刀具寿命也要靠高质量的切削液作为保障。
Blaser公司正在与着名的刀具厂商如MAPAL等共同探索配合，寻求为最终客户提供刀具及切削液整体管理解决方案的新途径。
供稿： 积架石油化工有限公司
随着世界各国加工制造行业中环保观念的日益提高，对金属加工液的性能也提出了更高的要求，除了要满足加工效率、工件精度、工件机械性能及刀具使用寿命等常规性能外，还要求不能对工人的健康及环保带来负面的影响。
因此，开发绿色金属加工液势在必行，一方面保证先进机床的高效运作，改善工作环境；另一方面从源头上解决金属加工液的污染问题，节约能源、时间、维修和废液及含油加工碎屑的处理费用，保护环境。
绿色金属加工液的试验研究
开发绿色金属加工液，其技术关键就在於筛选出符合环境法规和性能要求的基础组分和各类添加剂，并进行合理配伍。
在基础油的选择方面，由於精制程度不深的矿物油基的润滑剂生物降解能力差，长期滞留在水和土壤中，会对环境造成不良影响，不宜作为绿色金属加工液的基础油。因此，对基础油的选择，一方面可以考虑采用合成酯和植物油等具有很好生物降解能力的组分；另一方面，在不能完全用酯类或植物油替代矿物油的配方中，可以采用低芳烃含量、深度精制的矿物油，尽量降低芳烃含量过高造成接触者皮肤癌的发生率。
添加剂的筛选必须综合考虑世界各国的相关环保法规，选择各种无毒、可降解添加剂进行替代，做到真正意义上的绿色环保。
相对於传统的油基金属加工液而言，水基金属加工液更容易受到污染而滋生细菌，变质发臭，因此，配制绿色金属加工液，杀菌剂是必不可少的成分。但杀菌剂又往往具有生理毒害性，因此，对其种类的选择和使用量的控制显得尤为重要。
所以，在配制绿色金属加工液时，必须考虑杀菌剂的生理、生态毒性，不得对人体造成伤害，也不能杀灭废水处理系统中的有效微生物。
适合难加工金属的加工液选择
1. SCF Universal
比尔SCF Universal是积架公司代理的绿色环保高性能切削及磨削液，以新一代可再生材料精制而成的微乳化液，不含DEA、亚硝酸盐等有害物质，符合欧洲环保要求，详细技术指标见表1。
由表1数据可见，比尔SCF Universal具有卓越的润滑性能，可有效延长刀具寿命，特别适合用於加工钛合金、镍合金和不 钢等难加工金属，同时还可用於加工铝及铝合金以提高表面光洁度。
2.应用实例
某大型汽车零配件生产公司，拥有一百多台CNC数控机床，主要进行各种铝合金材料的加工。客户使用比尔SCF Universal至今，在CNC机床中按5%浓度对4010、2024、6061等铝合金进行车、铣、镗、钻孔、攻牙等加工，产品具低起泡性，提供卓越的工件可见度，润滑性和防腐蚀性好，切削液的使用寿命长，而且对操作者友好，未曾发生过皮肤过敏等情况，车间生产环境得到明显改善。
展望
在不久的将来，绿色金属加工液一定会取代传统金属加工用油，成为金属加工行业的主流产品，推动绿色制造业的发展。 ■
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