【拉削技术】拉削冷却及润滑小知识

　　拉削是指利用特制的拉刀逐齿依次从工件上切下很薄的金属层，使表面达到较高的尺寸精度和较低的粗糙度。拉削每次都在新生面上进行，速度变化每分钟数毫米至数十米，压力高达2～3GPa。拉削过程中存在刀具与工件、刀具与切屑之间摩擦，以及刀具与切入金属内部的分子内摩擦，并产生大量的热量。采用切削液是改善切削区摩擦的有效方法，切削液在切削过程中起到润滑、冷却和清洗的作用，从而带走加工产生的热量，提高切削效率、工件精度和降低工件表面粗糙度，延长刀具的使用寿命，达到最佳的经济效果。

　　在拉削加工中，常用的切削液有：水溶液、普通乳化液、极压乳化液、矿物油、植物油、动物油、极压切削油等。其中，水溶液的冷却效果好，极压切削液的润滑效果好。

　　合理地选择切削液，还需从工件材料、机床特性、刀具材料等方面综合去考虑。

　　01工件材料

　　不同的工件材料须采用不同的切削液，例如对于碳钢和合金结构钢，通常采用硫化矿物油、极压乳化液、极压切削油等；铸铁类常采用混合矿物油、煤油等；青铜、黄铜常采用混合矿物油；铜质采用乳化液；铝质常采用松节油 煤油、混合矿物油 煤油、粘性小的矿物油等；铸铝及铝合金采用混合矿物油、乳化液；不锈钢及耐热合金采用极压乳化液、极压切削油等。

　　02机床特性

　　从机床特性方面考虑，则需区分机床的驱动是伺服驱动还是液压驱动，如是伺服驱动无渗油风险，则先考虑工件材料选取切削液；如果是液压驱动，液压系统存在着渗油的风险，则在兼顾工件材料的同时，采用油性切削液较为适合。

　　03刀具材料

　　以高速钢为例：

　　这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒(有的还含铝)为基础的高级合金钢，它们的耐热明显比工具钢高，允许的最高温度可达600℃。使用高速钢刀具进行低速和中速切削时，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的烟雾，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。

以硬质合金刀具为例：

　　用于切削刀具的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1000℃，具有优良的耐热性能，在加工钢铁材料时，可减少切屑间的粘结现象。在选用切削时，要考虑硬质合金对骤热的敏感性，尽可能使用刀具均匀受热，否则会导致崩刃。在选用切削液时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。

　　在选用水性冷却液进行切削时，要注意均匀冷却刀具，在开始切削之前，最好预先用切削液冷却刀具。要用大流量切削液喷淋切削区，以免造成刀具受热不均匀产生崩刃，亦可减少由于温度过高产生蒸发形成和烟污染。

　　在拉削加工中，也融入了微量润滑技术，微量润滑MQL 是英文Minimum Quantity Lubrication 的缩写，是使压缩空气和特种润滑油进行混合，达到切削刀具加工的表面，对拉刀进行润滑和冷却的完整系统。MQL可以大大减少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之间的摩擦，起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用。

外置式微量润滑原理图

　　但任何技术都有其局限性，相较于传统切削液，微量润滑在带走热量和排屑方面明显不如切削液。大流量的切削液不断地对夹具、工作台以及其他接触部位进行冲刷，带走加工过程中所产生的切削热，使机床、工作台及机床内部保持较低的温度，在冲刷的同时把切屑带走。而微量润滑在使用过程中由于油雾带走的热量较切削液则少得多。

　　近十几年来，由于刀具和工件材料的发展、拉削技术的不断提高，推动了切削液技术的发展。而随着先进制造技术的深入发展和人们环境保护意识的加强，对切削液技术提出了新的要求，它必将推动切削液技术向更高领域发展。