一、切削液的概念
广义：现代技术的金属加工一般分为成形加工和去除加工两大类，成形加工是通过使工件产生塑性变形得到所要求的尺寸和形状，加工过程中不会产生切屑；而除加工就是通过从工件上通过切削、磨料去除多余材料从而得到所要求的尺寸和形状的工艺方法，这种方法会产生切屑，同时加工过程中由于刀具和被加工金属工件接触表面会产生大量的热能，温度可达到800℃甚至更高。在这两类加工过程中，都要用到一种工艺油（液），通常称之为金属加工液，也就是广义上的切削液，它被注入加工区域起润滑、冷却和清洗作用，以带走加工过程中产生的热量、减轻摩擦和工具损耗、排除切屑、满足特定的加工要求，使加工过程顺利进行。 狭义：狭义的金属切削液仅指在金属去除加工过程-切削加工中用来冷却、润滑刀具和加工件的一种混合润滑剂。
二、切削液的发展史
人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代。人们在磨制石器
、铜器
和铁器时，就知道浇水可以提高效率和质量。在古罗马
时代，车削活塞泵的铸件时就使用橄榄油，16世纪使用牛脂和水溶剂来抛光金属盔甲。从1775年英国
的约翰·威尔金森（J．Wilkinson）为了加工瓦特
蒸汽机的汽缸而研制成功镗床开始，伴随出现了水和油在金属切削加工中的应用。到1860年经历了漫长发展后，车、铣、刨、磨、齿轮加工和螺纹加工等各种机床
相继出现，也标志着切削液开始较大规模的应用。 19世纪80年代，美国科学家就已首先进行了切削液的评价工作。 F·W·Taylor发现并阐明了使用泵供给碳酸钠水溶液可使切削速度提高30%～40%的现象和机理。针对当时使用的刀具材料是碳素工具钢，切削液的主要作用是冷却，故提出“冷却剂”一词。
随着人们对切削液认识水平的不断提高以及实践经验的不断丰富，发现在切削区域中注入油剂能获得良好的加工表面。最早，人们采用动植物油来作为切削液，但动植物油易变质，使用周期短。20世纪初，人们开始从原油中提炼润滑油，并发明了各种性能优异的润滑添加剂。在第一次世界大战之后，开始研究和使用矿物油和动植物油合成的复合油。1924年，含硫、氯的切削油获得专利并应用于重切削、拉削、螺纹和齿轮加工。
刀具材料的发展推动了切削液的发展
，1898年发明了高速钢，切削速度较前提高2～4倍。1927年德国
首先研制出硬质合金，切削速度比高速钢又提高2～5倍。随着切削温度
的不断提高，油基切削液
的冷却性能已不能完全满足切削要求，这时人们又开始重新重视水基切削液
的优点。1915年生产出水包油型乳化液，并于1920年成为优先选用的切削液用于重切削。1945年在美国
研制出第一种无油合成切削液
,全球一款全合成金属切削液由Cimcool辛辛那提铣床公司（后更名为辛辛那提—米拉克龙）率先研制成功，并且以独特的粉红来标记该产品，这是革命性的，在此之前切削液只有纯油和像牛奶一样的乳化液可选。 三、切削液的分类
1986年国际标准化组织（ISO）将金属加工液归入润滑剂产品中，并根据标准（ISO 6743/7）将其分为MH（油基）和MA（水基）两大类。我国于1989年等效采用了ISO标准（ISO 6743/7），制定了国家标准GB/T 7631.5-89，将金属加工润滑剂分为首先要求润滑性的加工工艺和首先需要冷却性的加工工艺两大系列，又将上述系列各分为8类和9类，其中符号为MHA-MHF的6中对应于油基切削液，符号为MAA-MAH的8种对应于水基切削液。
表1 金属切削液分类表（GB/T 7631.5-89）
类别 | 符号 | 产品类型及使用要求 | 组成 | 外观及基本要求 |
油基切削液 | MHA | 具有抗腐蚀性的液体 | 由矿物油或合成油组成，根据需要添加各种减摩剂、极压剂等，直接使用不需要稀释 | 泽均一，不浑浊，无分层，无沉淀的油品，闪点80-200℃，倾点比使用温度低10-20℃ |
| 自动打蜡机 NHB | 具有减摩性的MHA型液体 |
MHC | 具有极压性、无化学活性的MHA型液体 |
MHD | 具有极压性、有化学活性的MHA型液体 |
MHE | 具有极压性、无化学活性的MHB型液体 |
MHF | 具有极压性、有化学活性的MHB型液体 |
全部视频列播放表本站MHG | 单独使用或用MHA液体稀释的脂、膏和蜡 |
NHH | 皂、粉末、固体润滑剂等或其它混合物 |
水基切削液 | 乳化切削液 | MAA | 与水混合的浓缩物，具有防锈性的乳化液 | 基础油50-80%+乳化剂5-35%+防锈剂+极压剂+防腐杀菌剂+消泡剂 | 原液为棕褐至浅黄半透明均匀油体 |
MAB | 具有减摩性的MAA型浓缩物 |
MAC | 具有极压性的MAA型浓缩物 |
MAD | 具有极压性的MAB型浓缩物 |
微乳化切削液 | MAE | 与水混合的浓缩物，具有防锈性的半透明乳化液（微乳化液） | 基础油10%-30%+乳化剂10-50%+油性级或极压剂+防锈剂+防腐杀菌剂+消泡剂 | 均匀透明液体，稀释液为透明或半透明液体 |
MAF | 具有减摩性和（或）极压性的MAE浓缩液 |
合成切削液 | MAG | 与水混合的浓缩物，具有防锈性的透明溶液 | 表面活性剂0-30%+防锈剂5-20%+润滑剂+极压剂+防腐杀菌剂 | 吸咪头液体：外观无分层、无沉淀，呈均匀液体； 膏体：无异相物析出，呈均匀膏体； 固体：无坚实结块物，易溶于水的均匀粉剂 |
MAH | 具有减摩性和（或）极压性的MAG浓缩液 |
MAI | 润滑脂和膏与水的混合物 |
| | | | | |
四、几类切削液的优缺评判及发展现状
4.1 油基切削液和水基切削液比较
4.1.1 性能比较
总体来说，油基切削液在加工质量方面较好，而在加工效率方面较差。油基液润滑性能和防锈性能较好 ,但再高强度切削加工中，因切削温度较高，存在易产生油雾,易着火等缺点,不适合告诉切削和强力切削，特别是还面临“能源危机”这样的难题。而水基切削液不会发生类似问题。
4.1.2 成本比较
一般来说，油基切削液和质量好的水基切削液价格接近，但是油基切削液直接使用原液，而水基切削液一般要用水稀释15-20倍再使用，因此，油基切削液一次性购入成本要比水基切削液高很多。
4.2 三种水基切削液比较
乳化液主要成分还是矿物油，所以润滑性能和油基切削液相当，同时冷却和清洗防锈性能也较好，是我国早期应用最广的一种切削液。但是，目前市场上销售的乳化液存在的主要问题是储存稳定性差，很多产品储存3-6个月便分层，客户常因产品存放一段时间后产生分层不能使用而退货；使用寿命短也是乳化液的一个致命弱点 ，有些乳化液使用不到一个月便发臭变质，尤其是在炎热的夏季，有些乳化液使用 1-2周便发臭变质，产生难闻的气味，影响工人正常操作；此外性能单一也是目前市售乳化液的一个缺陷，有些乳化液只能加工黑金属，对铜、铝等有金属会腐蚀，并且只能适用于某一、二种工艺的加工，以致造成一个生产车间要同时配备几种切削液，造成管理麻烦【3】。
合成切削液完全不含油,是由各种添加剂溶于水形成的透明水溶液，具有良好的冷却性能，成本低，但润滑和防锈性能较差。
微乳化液也是矿物油溶于水形成的,但其油的含量远低于乳化液中油的含量,表面活性剂含量却高很多,使分散在水中的油滴微粒的直径比乳化液小。由于微乳化液特有的组成特点,使得它兼有乳化液和合成切削液两方的优点,润滑、冷却、清洗、防锈性能均较好,且其使用寿命比乳化液长 4 ～ 6 倍。
4.3 发展现状及面临的问题
发达国家已走过了从乳化液向合成切削液,再向微乳化液发展的过程,微乳化液得到了广泛的应用。我国目前仍以乳化液为主,机械行业在 80 年代出现了研制生产和应用合成切削液的热潮,从 90 年代才比较普遍地注重微乳化液的研制和应用。随着国外先进机械装备的不断引进 ,必须随机引进大量微乳切削液产品, 因国产切削液性能不过硬 ,满足不了工艺要求。进口微乳化液价格昂贵,几乎是国产切削液价格的十倍左右。
同时，资源环境问题也是当前我们面临的一个重要问题。对于绿制造而言，就是实现资源利用的最大化和环境影响的最小化。近年来，切削液广泛使用给我们带来巨大的经济效益的同时，也威胁着生态环境和人体健康: 未经处理的切削液当中，由于防锈剂磷酸钠的累积，会导致水质富营养化进而引发赤潮; 杀菌剂苯酚的生物降解性较差，对水生物具有很大的危害; 一些表面活性剂会使人体皮肤脱脂、红肿，甚至出现开裂、化脓的严重后果; 亚硝酸钠、氯化石蜡等添加剂对环境和人体危害非常大。
因此，研制一种具有良好稳定性、极压润滑性、防锈性、冷却性、清洗性及长寿命，同时可满足铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢等黑金属以及铜、铝及其合金等有金属的车、铣
、钻、镗、拉削、攻丝等加工工艺要求并且对环境友好、对人体无毒无害并且生物降解性能好的绿微乳化切削液是我们目前亟待解决的问题。
五、乳化切削液的配方组成
乳化切削液主要由下表8个组分组成，但在实际加工过程中被加工对象是预先确定的，必须指出，影响切削液加工效果的因素有很多，主要有加工方式、加工性质、加工条件、刀具材料、工件材料等，因此必须就所确定的加工工件综合考虑各个方面的因素对切削液各组分原料进行取舍。
表2 乳化切削液的配方组成
组分类别 | 添加量 | 组分中常用物质（已有） | 组分中常用物质（没有） |
基础油 | 10-40% | 工业白油、油酸、月桂酸、棕榈酸、脂肪酸酯等 | 煤油、柴油、三羟甲基丙烷油酸酯、油酸季戊醇酯 |
表面活性剂 | 10-50% | 三乙醇胺油酸皂、磺化油、十二烷基苯磺酸钠、司盘80、吐温80、TX-10、OP-10、平平加、EL40、L61、L62、L64、OB-2等 | 蓖麻酸硫酸酯钠、氟碳表面活性剂、松香酸油皂 |
防腐蚀剂 | 5-20% | 石油磺酸盐、三乙醇胺、苯并三氮唑、妥尔油、磷酸三乙醇胺、偏硅酸钠、苯甲酸钠 | 亚硝酸钠、钼酸钠、络酸盐等 |
极压剂 | 0-20% | 氯化石蜡、 | 三乙醇胺硼酸酯、硫化磺酸、过硫酸铵、钼酸铵等 |
防腐杀菌剂 | ＜2% | 卡松、BIT、快速杀菌剂 | 苯酚 |
助溶剂 | 0-5% | 聚乙二醇200 | 乙醇、异丙醇、多元醇、乙二醇丁醚 |
消泡剂 | ≤0.5% | 有机硅消泡剂、耐高温 消泡剂、硅油、二甲基硅油 | |
水 | 20-60% | 适量 | 适量 |
| | | |
表2中所述极压剂为：在高温高压的边界润滑条件下能与金属表面形成高溶点化学反应膜的添加剂，是油性剂失效条件下能起润滑作用的添加剂。
六、配方实例及分析
6.1 配方1（专利1）
表3 配方1
原料 | 添加量 | 作用 |
矿物油（低粘） | 15-40 % | 基础油 |
亲水性多元醇 | 15-25 % | 助溶剂 |
阴离子表面活性剂 | 10-20 % | 表面活性剂 乳化剂 清洗剂 |
氟碳表面活性剂 | 2-8% |
非离子表面活性剂 | asdl1-8 % |
三乙醇胺硼酸酯 | 1-6% | 润滑、防锈 |
烷基磷酸酯（APE-10P） | 1-3% | 乳化、清洗 |
柠檬酸钠 | 1-5% 数字家庭影院 | pH调节剂 |
水 | 余量 | |
| | |
1）其中,所述亲水性多元醇为乙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、三丙二醇或聚乙二醇中
任意一种。
2）其中,所述阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基磺酸盐、a-烯烃磺酸盐、a-磺基
单羧酸酯、脂肪酸磺烷基酯、石油磺酸盐中任意一种。
3）其中,所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚
氧乙烯酯中任意一种。
配方分析：该润滑切削液表面张力较低，切削液具有优良的润滑性、防锈性、渗透性和清洗性,能有效提高金属加工过程的切削精度和切削速度，但存储时间短，易变质。
6.2 配方2 （专利2）
表4 配方2
原料 | 添加量 | 作用 |
基础油 | 20%-30% | 润滑 |
非离子表面活性剂 | 15%-25% | 乳化剂 清洗剂 |
阴离子表面活性剂 | 3%-5% |
防锈剂 | 10%-15% | 防锈 |
助溶剂 | 5%-10% | 助溶 |
极压剂 | 0%-5% | 游梁式抽油机润滑 |
消泡剂 | 0.2%-0.5% | 消泡 |
杀菌剂 | 0.5%-1% | 防腐杀菌剂 |
水 | 余量 | 冷却 |
| | |
1）其中所述的基础油为三羟甲基丙烷油酸酯。
2）所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯或蓖麻油环
氧乙烷缩合物。
3）所述的脂肪醇聚氧乙烯醚为月桂醇聚氧乙烯醚。
4）所述的聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯为吐温80。
5）所述的蓖麻油环氧乙烷缩合物为EL40。
6）所述的阴离子表面活性剂为石油磺酸盐或蓖麻酸硫酸酯盐。
7）所述的防锈剂为苯甲酸钠、硼酸单乙醇胺及妥尔油中一种或两种以上组成的混合物。
8）所述的助溶剂为正丁醇。
9）所述的极压剂为硫化蓖麻油。
10）所述的消泡剂为1000X。
11）所述的杀菌剂为吡啶硫酮。
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