【先进刀具】如何根据刀具材质选用切削液

数控刀具典型材料：

1 .1 　高速钢：

高速钢是加人了较多的钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的硬度（62HRC ～ 67HRC）和耐热性， 在切削温度高达500 ～ 650 ℃时仍能进行切削；高速钢的强度高（抗弯强度是一般硬质合金的2 ～ 3 倍， 陶瓷的5 ～ 6 倍）、韧性好， 可在有冲击、振动的场合应用；它可以用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等范围广泛的材料。高速钢的制造工艺性好， 容易磨出锋利的切削刃， 适于制造各类刀具， 尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。

高速钢按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按制造工艺方法可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

1 .2 　硬质合金：

硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物（WC 、TiC 等）和金属粘结剂（Cr 、Ni 等）在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的常温硬度达89HRA ～ 93HRA , 760 ℃时其硬度为77HRA ～ 85HRA ,在800 ～ 1 000 ℃时硬质合金还能进行切削， 刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍， 可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差， 常温下的冲击韧性仅为高速钢的1 8 ～ 130 , 因此， 硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。表1 是硬质合金的几种类型。

1 .3 　陶瓷刀具：

陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能， 与金属的亲合力小， 不易与金属产生粘结， 并且化学稳定性好。陶瓷刀具主要应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工， 可以用于超高速切削、高速切削和硬材料切削。

1 .4 　超硬刀具：

超硬材料是指人造金刚石和立方氮化硼（简称CBN）, 以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚晶金刚石（简称PCD）和聚晶立方氮化棚（简称PCBN）等。

超硬材料具有优良的耐磨性， 主要应用于高速切削及难切削材料的加工。

2 　常见切削液的种类

为适应不同的加工工艺要求， 切削液有很多品种， 按化学组成和状态可分为水基切削液和油基切削液两大类。一般用水稀释而成的切削液称为水基切削液， 不需要用水稀释而使用的切削液称为油基切削液。水基切削液以冷却为主， 润滑性能较差，常用的水基切削液有：防锈乳化液、防锈润滑剂乳化液、极压乳化液、微乳液等；油基切削液以润滑作用为主， 冷却作用和清洗作用较差， 常用的油基切削液有：纯矿物油、脂肪油（或油性添加剂）+矿物油、非活性极压切削油、活性极压切削油等。几种主要切削液的组成及应用特点如表2 所示。

3 　切削液的合理选用

3 .1 　高速钢刀具：

这种材料是以铬、镍、钨、钼、钒（有的还含有铝）为基础的高级合金钢， 它们的耐热性明显比工具钢高， 允许的最高温度可达600 ℃。与其他耐高温的金属和陶瓷材料相比， 高速钢有一系列优点， 特别是它有较高的韧性， 适合于几何形状复杂的工件和连续的切削加工， 而且高速钢具有良好的可加工性和价格上容易被接受的特点 。

由于高速钢刀具红硬性差， 使用中需采用切削液。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油雾， 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。另外， 粗加工时建议采用极压水溶液或极压乳化液， 而精加工时采用极压乳化液或极压切削油， 以减小摩擦， 提高表面质量和精度， 延长刀具寿命。

3 .2 　硬质合金刀具：

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1 000 ℃， 具有优良的耐磨性能， 在加工钢铁材料时， 可减少切屑间的粘结现象。

由于硬质合金刀具红硬性好， 在加工一般的材料时， 一般不加切削液而采用干切削， 但在干切削时， 工件温升较高， 使工件易产生热变形， 影响工件加工精度， 而且在没有润滑剂的条件下进行切削， 由于切削阻力大， 使功率消耗增大， 刀具的磨损也加快。硬质合金刀具价格较贵， 所以从经济方面考虑，干切削也是不合算的。

在选用切削液时， 要考虑硬质合金对骤热的敏感性， 尽可能使刀具均匀受热， 否则会导致崩刃。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要比水基切削液小， 所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液为宜。在使用切削液进行切削时，要注意均匀地冷却刀具， 最好在开始切削之前预先冷却刀具。对于高速切削， 要用大流量切削液喷淋切削区， 以免造成刀具受热不均匀而产生崩刃， 亦可减少由于温度过高产生蒸发而形成的油烟污染。

3 .3 　陶瓷刀具：

这种材料采用氧化铝、金属和碳化物在高温下烧结而成， 它的高温耐磨性比硬质合金还要好， 故一般采用干切削。考虑到均匀的冷却和避免温度过高， 也常使用水基切削液， 但最好连续、充分的浇注，不要间断。

3 .4 　金刚石刀具：

具有极高的硬度， 一般使用干切削。为避免温度过高， 也像陶瓷材料一样， 许多情况下采用水基切削液。

4 　结论

根据不同的刀具材料合理选择切削液， 不仅能提高工件的表面质量和加工精度， 而且能减小工件的热变形和刀具的磨损， 提高刀具的耐用度、降低生产成本， 提高生产效率， 故在生产中应加以重视。