金属加工液在模具制造中的试用

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于保证产品加工质量，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、防锈 。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，由于强烈的附著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；后者粘度较高，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

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，有助于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，然后试图点燃，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。

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。

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

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。由于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。由于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，非常适用于高速磨削的加工。

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

为了说明基于聚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。磨削后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后，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

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，适用于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，可显著降低维护成本。而高度抗腐蚀性能则有利于保护刀具、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、降本增效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，易于均匀扩散，利于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于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。