切削液的润滑作用分析

　　金属切削时切屑、工件与刀具间的摩擦可分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦三类。真正的干摩擦只发生在清洁的摩擦表面间，这时摩擦系数很大。如在真空中两金属表面间的摩擦系数可达10—100，而摩擦力的大小取决于金属的抗剪强度。在大气中进行金属切削(即干切削)时，虽然刚刚产生的刀—屑摩擦表面是十分清洁的，但是和空气接触后迅速氧化(时间约为百分之一秒到几千分之一秒)[4]，形成氧化膜而降低了磨擦系数(一般在l以下)。采用切削液以后，其润滑作用又有所提高，可进一步降低摩擦系数，使切削过程进行得更顺利。

　　切削液的润滑作用，只是在切屑、工件与刀具界面间存在油膜形成流体润滑摩擦时，才能得到比较好的效果。但在很多情况下;当切屑、工件与刀具界面间承受的载荷增加，温度升高，油膜的厚度便要减薄。如载荷与温度继续增加，则油膜厚度进一步减薄，一直到相当于金属表面的凹凸不平度时，流体油膜便部分地被破坏，而由凸起的金属峰尖直接接触(图8—1)，起不到良好的流体润滑作用。但是由于润滑液的渗透和吸附作用，部分接触面仍存在着润滑液的吸附膜，起到减小摩擦系数的作用，这种状态就称之为边界润滑摩擦。边界润滑时的摩擦系数值大于流体润滑，但小于干切削。

　　在金属切削加工中，大多属于边界润滑。边界润滑一般分为低温低压边界润滑、高温边界润滑、高压边界润滑和高温高压边界润滑四种。

　　一般的切削油在200℃左右即失去其润滑能力，因此只适用于低温低压边界润滑摩擦。而在某些切削条件下，切屑、刀具界面间可达到600—1000℃左右的高温和1.5—2.0GPa(150—200kgf/mm2)的高压[11]，这就形成了高温高压边界润滑，或称压润滑。

　　边界润滑的摩擦力Ff可用下式表示：

　　Ff=Ar[mτ1十(1—m)τ2] (8—1)

　　式中 Ar——真正的接触面积;

　　m——发生金属接触的面积在真正接触面积中所占的比例;

　　τl—较软一方金属的抗剪强度;

　　τ2—润滑膜的抗剪强度。

　　如果切削液的压性能良好，润滑膜布满金属表面，金属接触的面积很小或接近于零(即m≈0);则润滑情况接近于流体润滑，其摩擦力为

　　Ff=Arτ2 (8—2)

　　如果不用切削液，也不考虑产生氧化膜等因素，则形成干摩擦，此时m≈1，摩擦力为

　　Ff=Arτl (8—3)

　　在流体润滑中，润滑液的承载能力，随润滑液的粘度增加而增加。而在边界润滑中，由于不存在完全的油膜，其承载能力已与油的粘度无关，而取决于润滑液中的“油性”。所谓“油性”，是指在动植物油脂中，包含着对金属有强烈吸附性的原子团，能在切屑、工件与刀具界面间形成物理吸附膜，即润滑膜。在一般金属的低速精加工切削时，主要是添加动植物油脂的油性添加剂(或直接采用动植物油)。但是，大多数难切削金属的加工，属于压润滑状态，此时油性添加剂在金属摩擦表面所形成的润滑膜，也将被高温高压所破坏，这就必须依靠压添加剂(详见下节)形成另一种性质的润滑膜。这层润滑膜是压添加剂在高温高压下，进入切屑、工件与刀具界面间，和金属发生化学反应所生成的氯化铁、硫化铁等化学吸附膜，使边界润滑层具有较好的润滑性。

　　由上述分析可知：大多数的金属切削过程是在边界润滑摩擦条件下进行的，采用恰当的能适应这样摩擦状态的切削液，就有可能改善切削过程的摩擦条件，达到提高切削效果的目的。

　　来源：中国金属切削液|机械加工液行业化工网站信息中心