文/胡献国

　　摘要　报道了HW-5型高水基金属加工化学合成切削液的成分选择与优化方法，指出该透明切削液是一种非油性高效润滑冷却液。它是由防锈剂、抗磨剂、防腐剂和多种表面活性剂复配而成，具有优良的冷却润滑和清洗防锈能力，能延长刀具和砂轮的使用寿命，提高工件表面光洁度和工作效率，可代替传统的皂化油和乳化液。其各项性能符合国家标准GB 6144—85所规定的合成切削液的标准，适用于各类机械加工，特别是磨床的磨削加工。

　　关键词　高水基切削液，摩擦，润滑特性，金属加工

　　金属加工水基润滑剂具有冷却效果好、来源广泛、可节约能源和提高工作效率等特点，因此广泛应用于金属轧制、拉拔、拉延、压延、挤压和车、刨、磨、镗、钻等金属加工工艺中，并且有逐步替代油基润滑剂的趋势［1］。与传统的含矿物油乳化液和微乳化液(又称半合成液)相比，高水基化学合成型切削液由于完全不含机械油，在清洗性、防锈性、冷却性、加工可视性和抗菌性(稳定性)等方面都具有显著的特点，因而在国内逐渐获得广泛的应用。近几年来，国内市场上生产、销售、使用的化学合成切削液，其中的防锈剂有相当一部分仍然采用致癌物质——亚硝酸钠，有的还含有磷、氯等有害元素［2～4］，从维护操作者的健康出发，研制出一种不含亚硝酸钠及有害元素的高稀释倍数的多效高水基化学合成切削液是完全必要的。

 1　配方试验

　　为了满足切削液冷却、润滑、清洗、防锈4个方()/(　*合肥工业大学科研基金资助课题。)

面的性能要求，同时使产品制造工艺简单、性能稳定、原材料价廉且来源充足，对配方的成分进行了合理的选择。由于高水基切削液在常规使用状态时的含水量高达95%以上，磨削时含水量高达97%以上，因此它对刀具和工模具以及工件的冷却作用是很显然的。下面主要阐述根据润滑、清洗与防锈的性能需要对其相应添加剂的优化与选择。

1.1　润滑添加剂

　　润滑性能是保证刀具、工模具使用寿命以及工件表面光洁度的关键因素。通常认为，乳化油由于含油，其润滑性要比不含油的透明切削液好，这是由于乳化油中的基础油是油性基团，依靠物理吸附作用粘附在摩擦表面，从而对润滑起了决定性作用。但有关文献表明，乳化油起润滑作用的并不是基础油，而是带极性基团的表面活性剂［5］。单独用这些表面活性剂溶于水所导致的摩擦系数和乳化油本身的摩擦系数相近，甚至更小。而乳化油中如不含极性基团的表面活性剂，摩擦系数就变大，这是由于带极性基团的表面活性剂在金属表面能形成物理或化学吸附，吸附膜比较牢固，能起到效果良好的润滑作用。因此只要选择合适的表面活性剂，化学合成切削液完全有可能达到或超过乳化切削液的润滑水平。HW-5型高水基切削液配方中，选择水溶性润滑剂(如聚乙烯醇、甘油等)，并用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂进行复配，取得了较好效果。通过四球摩擦磨损试验机的考核，5%的HW-5水溶液，其最大无卡咬负荷PB值达到61 kg，同浓度下的乳化液PB值低于40 kg。

1.2　清洗剂的选择

　　切削液的清洗作用是清洗剂将切屑和削液之间的表面张力降低，通过润湿、浸渗作用，将切屑从刀具和工件表面分离开来，随切削液带走，并通过渗透作用，将切屑沉降下来。因此清洗作用是润滑、渗透、分散等综合作用的结果。若采用非离子性表面活性剂(如平平加、太古油等)和阴离子表面活性剂(如烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等)进行复配能起到显著降低切削液表面张力的作用。在HW-5中水的表面张力从7.2×10-4N/cm 降到3.5×10-4N/cm 以下，所以这些表面活性剂的复配具有一定的清洗和渗透能力，可以满足高水基切削液的需要。

1.3　防锈添加剂

　　水溶性防锈剂品种较多，通常分为有机防锈剂与无机防锈剂两类。但真正能用于生产且效果较好的品种较少。亚硝酸钠价廉易得，在碱性条件下对黑色金属有较强的缓蚀能力，而且还能提高磨削性能，所以至今仍在水基切削液中广泛使用。但据近几年的资料报道，亚硝酸钠有毒，特别是能和有机胺生成致癌物质亚硝基胺，因而限制了它的应用。为了对使用者的健康负责，在HW-5中采用钼酸钠替代亚硝酸钠。钼酸钠是一种很有发展前途的水溶性防锈剂，它价格虽高，但和有机防锈剂复合使用，有很好的防锈作用，用量较少，在稀释液中用量仅为0.08%左右。经过多次试验，将钼酸钠和硼胺复合使用，取得了较好的效果，按合成的磨削液国家标准方法进行检测，铸铁单片防锈48 h合格、叠片8 h合格。同时，采用微量的有机咪唑类防锈剂也满足了切削液对有色金属加工的防锈需要。

1.4　其它助剂

　　为了提高切削液的其它有关性能，我们还添加了少量其它无机盐与消泡剂甲基硅油。切削液中产生泡沫的主要原因是由表面活性剂引起的，表面活性剂用量越大，泡沫就越多。我们采取的措施是在基本满足润滑性、渗透性、削泡性的前提下，尽量减少表面活性剂的用量。

 2　理化性能试验

　　几年来，经过多次试验，并不断地完善、改进工艺和配方，HW-5高水基切削液的各项理化性能达到了合成切削液的国家标准GB6144—85所规定的指标。对人体无毒，对皮肤无刺激性，不会发生腐败现象，对机床油漆也不存在起泡、脱皮现象。

 3　生产应用试验

　　HW-5型高水基切削液的实验室研究工作结束后，产品先后在安徽省建筑机械厂、巢湖铸造厂、中国人民解放军第7410厂、合肥工业大学斛兵机械厂等单位进行了应用和实践考核试验，结果表明，HW-5型高水基切削液可广泛用于磨、车、铣、刨、镗、铰、拉等机械加工的润滑冷却，尤其适用于各种工件的精加工，适用于各类机床特别是磨床的切削加工。其主要应用特点是：

　　①HW-5用于磨削加工时，可用自来水稀释30倍。其它机械加工时，HW-5的稀释倍数也都在10～20倍。这样，加上原HW-5浓缩液中的含水量，在实际使用时实现了真正意义上的高水基。

　　②不含致癌物亚硝酸钠，而且无氯、磷等有害元素，无毒，有利于生产和使用人员的身体健康。

　　③润滑性能好，5%的HW-5最大无卡咬负荷PB值不低于61 kg，并且和乳化油相比，可提高加工表面光洁度1～2级。

　　④泡沫低，清洗、冷却效果好，加工可视性好，能提高切削效率，且对机床油漆无腐蚀作用。

　　⑤防锈性能好，3%的HW-5在正常条件下，加工件冬天可一周以上不锈，夏天可保3～5天，因此它可代替短期工序间防锈。

　　⑥由于不含机械油，不易受细菌感染和发臭变质，使用周期长，和乳化液相比可以大大减少换液周期，减少废液排放量，有利于环境保护，降低了生产成本。

*合肥工业大学科研基金资助课题

作者单位:胡献国　合肥工业大学摩擦学研究所