曾庆良，许艳
(河北理工大学轻工学院，河北唐山063020)
摘要：论述了传统的切削液存在诸多危害，介绍了绿切削液开发的基本要求。根据绿切削液开发的基本要求，提出了开发环保型切削液的基本研究方向，其中开发无污染添加剂是近期重点研究内容。 关键词：绿切削液；添加剂
中图分类号:TG501 5 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2006)7-113-3
Study on Application of G reen Cutting F luid
ZE NG Q i n g liang,XU Y an
(L ight I ndustry Co llege,H ebei Po lytechn ic Un i v ersity,Tangshan H ebe i063020,Ch i n a) Abstrac t:The ha r m of trad iti ona lm eta l cutti ng fl u i ds is descri bed T he require m ent for the dev elopment of t he green cutti ng fl u-ids was i ntroduced A ccord i ng to the requ irem ent,the basi c study d irection
fo r green cu tti ng fl u i ds was pu t for w ard,i t w as po i nted out tha t the develop m ent o f no po ll ution add iti ves is the key of t he research in the near fut ure
K eyword s:G reen cutti ng fluid;A dd iti ves
0 前言
现今大部分机器零件加工，尤其是在自动化程度较高的数控机床、加工中心和自动线上零件的加工冷却是以使用切削液的湿式方式进行的，在金属切削加工中选用合适的金属切削液可以起到良好的润滑冷却、清洗和防锈等作用，从而提高刀具耐用度，保证加工质量和加工精度，提高生产效率。
然而，多年来我国大部分机械加工企业，只管配制、使用切削液，不管具体处理排放。大量的切削液失效后，即倒入阴沟，经下水道排放，造成环境污染。经环保部门监测，一般生产区总排水口含油量高达15 6mg/L，含BOD高达150mg/L,COD浓度经常超标，不符合环保要求。而且据估计，未来机械加工的90%仍将采用切削方式，鉴于此，许多国家都制定了严格的工业排放标准，进一步限制切削液的使用，这就迫使人们探索新的冷却方法，创造清洁生产环境。因此，研制开发并推广应用新型(环保型)切削液，减少切削液的环境污染指数等问题已经成为绿制造领域的研究热点之一。
1 切削液的危害
直接产生的危害主要有3个方面:
(1)造成环境污染。
切削液对环境的危害主要在于两个方面，其一是加工过程中切削液挥发、飞溅及渗漏会造成工作现场环境恶化，影响安全生产；其二是对水资源的污染。由于过去对废液的危害性认识不足，都是将废切削液直接排放。矿物油基切削液的生物降解性差，能长期滞留于水和土壤中。使得湖泊、河流、海洋和地下河系统受到不同程度的污染。磷酸盐是水基切削液常用的防锈剂，而研究证明磷酸盐的积累会使河流、湖泊因营养富化而发生赤潮。
(2)损害工人健康。
切削液对人体健康的危害首先在于其毒性。油基切削液在高速或重载切削条件下，产生高温化学反应，形成烟雾，释放有害气体和油雾，燃点和粘度越低，烟雾越重，而水基切削液汽化形成的微液滴等，均会刺激呼吸系统粘膜而引起炎症。切削液与人体直接接触，会诱发多种皮肤病，损害工人健康等。如矿物油的脱脂和刺激作用而引起的油疹以及表面活性剂、防腐剂、杀菌剂等添加剂造成的皮炎等。以往常用的切削液添加剂亚硝酸钠和醇胺容易发生反应生成致癌物亚硝基胺，而亚硝酸钠的代用品叔丁基苯甲酸盐对动物的肝、肾等内脏有害。
(3)增加了制造成本
属于间接产生的负面影响。据德国对汽车行业的最新调查，在工件总的加工成本中，切削液费用要占7%~17%，而刀具的成本仅占2%~4%。据统计，切削液的消耗率是刀具费用的3~4倍，而且切削液的处理较为困难，处理费用昂贵。据德国专家预测，若考虑环保的要求，加工中采用传统切削液发生的相关费用约占生产加工总费用的15%~30%。
2 切削液的种类
切削液主要有两类：油基切削液和水基切削液。
2 1 水溶性切削液
水基切削液又可分为乳化型、微乳化型和合成型切削液3种类型。水基润滑剂的优点是冷却性好，加工件易清洗，主要用于高速切削加工工序中。近年来由于水基润滑剂的组分的改进，大大提高了它的润滑性能和防腐蚀能力，因而需求量日渐增大，尤其在对铝和铜材加工方面。 2 1 1 乳化型切削液
乳化液是将浓缩液用水稀释而成的乳状液体。乳
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化液将油的润滑性和防锈性与水的优异的冷却性能结合起来。它对于有大量热生成的高速低压力的金属切削加工是很有效的。一般具有润滑作用的油性物均可作为油性剂，如油酸类添加剂(油酸钠皂、油酰三乙醇胺、油酸酯、油酸硼酸酯等)。此外，含稀土元素的有机化合物，无机硅酸盐，有机硅化合物在水基切削液中有良好表现，如硅酸钠与亚磷酸二正丁酯有较好的配伍性，比例合适时能更好地发挥硅酸钠在水基液中的抗磨减摩性能。
2 1 2 全合成切削液
化学合成液以无机盐和有机胺为主体，添加防腐剂等，用水稀释后变成透明状态。抗泡沫性，防腐性好，但切削性差，一般只用于磨削加工，很少用于切削加工。合成液优点是：经济，散热快，清洗性好，具有极好的加工可见性，易稀释、稳定性好，有良好的防锈性；另外，化学合成液不含细菌的营养物质，微生物在合成液中难以生存，不易腐败发臭。但合成液润滑性不足，滑动部件容易粘着，洗净性过高，操作人员的手易脱脂，导致皮炎；防锈性不如油基切削剂。
光伏板安装2 1
3 微乳液
微乳切削液是一种介于乳化油和合成切削液之间的切削液。一般它的分散相液滴直径在0 1 m以下。它既具有乳化油的润滑性，又具有合成切削液的冷却清洗性，具有合适的极压性能。与乳化油相比，由于微乳切削液中大量表面活性剂的使用，使微乳切削液的渗透、清洗能力比乳化油大大增强；同合成液相
胶圈电熔双密封聚乙烯复合管
双向丝杆表1 合成液与乳化液的比较比，由于目前国内水润滑添加剂的研究状况，制约了合成切削液润滑性能的提高，而微乳切削液中油性添加剂和油溶性极压添加剂的使用提高了微乳切削液的润滑性，且微乳切削液的废液比合成切削液更易处理，由于微乳切削液中大量水的存在，可使用水溶性缓蚀剂。
2 2 油基切削液
其组分包括基础油、摩擦学添加剂和辅助添加剂。基础油主要有矿物油和合成油，矿物油基本上是润滑油馏分，按其原料油来源可分为石蜡基和环烷基两种类型。合成油由于其分子结构是人为设计的，因而它的理化性质和机械性质比矿物油更趋合理。由于其润滑性能优异，在航天、核工业等得到广泛的运用。
3 绿切削液的基本要求
研究开发绿切削液的目的在于使切削液对人体健康和环境不造成危害，其废液经处理所含油成分回收后可安全排放，残留废油和添加剂在自然界可安全降解，不会对环境造成污染。
研究开发绿切削液的基本要求是：在切削液的配方组成(包括基础油与添加剂的选用)、配制方法及工艺、使用方法及设备、废液的循环利用及处理排放等各个环节中，应充分考虑健康及环境要求。为此，应当将整个切削液的研究、开发及应用作为一个有机整体，综合评判切削液对健康和环境的影响，使切削液在整个生命周期中对人体健康和环境的危害最小。
4 绿切削液的研究方向
，通常在其中加人大量的添加
0312模型
，亚硝酸钠等会
，从目前情况看，在很长一段时
,
，人们正在大力推广
，开发出新的无污染的
CO
pid控制温度
2
和
，降解后生成手动注油器
有些物质降解后的产物比原物质有更强
，符合环保要求的切削液生物降解性要
(无毒型填加剂)是重点研究与应用的方向。
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有机硼酸酯类添加剂：有机硼酸酯作为新型减摩抗磨添加剂已受到广泛重视，是一种多功能的环保型添加剂。硼酸酯易于合成，大部分硼酸酯均由带羟基的物质(如醇)与硼化剂(如硼酸)反应生成，硼酸酯具有优良的抗磨减摩性能、良好的防锈性能和抗氧化稳定性，而且无毒无臭，对金属不腐蚀。由于硼酸酯的水解稳定性较差，容易造成添加剂中硼有效成分的丢失，从而使润滑油的减摩、抗磨性能下降，
在实际应用中受到限制。目前的许多研究在改善硼酸酯的减摩抗磨性能基础上，着重对它的水解稳定性进行大量的研究工作。早期合成的简单硼酸酯烷基中一般只含有碳、氢两种元素，随着研究的不断深入，逐渐在硼酸酯结构中引入了氧、氮、硫、磷、氯等元素，使硼酸酯具有多方面的功能。如磷的元素活性使其在一定条件下易与金属表面反应生成磷化物而使含磷硼酸酯的抗磨和减摩性能均得到显著提高，且其水解稳定性、防锈性、抗氧化性均能得到极大改善。同时，为了保证硼酸盐颗粒均匀悬浮在油中，需要采用大量的表面活性剂，如采用石油磺酸盐及丁二酰亚胺等分散剂。
钼酸盐能提高切削液的极压抗磨性能，钼酸盐添加到切削液中可在加工金属表面生成F e-M o O 4-Fe 2O 3钝化膜，使工件获得良好的缓蚀效果。但其价格昂贵，影响了进一步推广应用。最近已合成出一种由钼酸盐、硼酸盐、有机胺等组成的高效、价廉的防锈混合物。
(2)用植物油替代矿物油
用植物油作为基础油。基础油的生物降解性能影响润滑剂的生物降解性能。切削液的基础油有矿物油、合成油(合成酯和合成烃)和植物油。由于矿物油基的润滑剂生物降解能力差，长期滞留在水和土壤中，对环境造成不良影响，不宜作为绿切削液的基础油。合成油中的合成烃的生物降解性与矿物油差不多，植物油与合成酯则具有很好的生物降解能力。植物油用得最多的是菜籽油。植物油的主要成分是脂肪酸，应选择一元不饱和脂肪酸含量较高而多元不饱
表2 基础油的生物降解性
和脂肪酸含量较低且饱和与不饱和达到最佳平衡的植物油。可通过选用高油酸含量的菜籽油或对菜籽油进行精制或改质来改进，再加入新一代的添加剂。同时可选用一些生物降解性好的添加剂，尽量少用胺型添加剂。基础油的生物降解性见表2。
(3)开发传统切削液的替代品
在这方面研究最多的是液氮冷却。氮气是大气中含量最多的成分，液氮作为制氧工业的副产品，资源十分丰富。以液氮作为切削液，使用后直接挥发成气体返回大气中，不会产生任何污染物，从环保角
度看，是一种极有前途的切削液替代品。液氮冷却的利用方法之一是将液氮作为切削液直接喷射到切削区。在超低温加工状态下，刀具材料能够保持良好的切削性能，可提高切削效率和加工质量；同时液氮可显著降低磨削区温度，减少磨削烧伤。液氮冷却的另一种利用方法是间接利用，即不将液氮直接喷射到切削区。
喷气冷却也是液氮的利用方式之一，直接用于切削冷却的不是氮气本身，而是被液氮冷却过的气体。液氮冷却过的超低温(-50 以下)气体直接喷吹于磨削部位，砂轮为经固体润滑剂处理或添加了极少量超精植物油的CBN 砂轮。试验表明，磨削后工件材料的残余压应力比使用磨削液时要大，且残余应力的分布区域变宽，可显著提高零件的抗疲劳强度。
5 结束语
由于人们环保意识的增强，对于切削液给环境和人体健康所带来的危害性越来越重视，研究开发绿切削液是大势所趋。国外正在积极开展绿润滑剂的研究和开发工作，但国内在这方面还处于初步探索阶段。今后切削液的研究重点应从原料绿化、化学反应绿化、反应条件绿化、产品绿化几个方面进行，使切削液产品成为在使用中对人体健康和环境无害，而处理后废液不污染环境的绿切削液。参考文献
1 周建，等 切削液及其添加剂[J] 化学世界,2001
(12)
2 江志刚，等 切削液系统的绿特性分析及优化策略
,2003,37
等 环保型切削液初探[J] 合成润滑材
(4)
等 面向绿制造的切削液综合选择模型及
[J] 工具技术,2002,36
关于绿切削液研究开发的几点思考
,2002(4)
李鸿图 硼酸酯的合成与应用[J]，辽宁化
(3)
：
曾庆良(1965 )，男，副教授，已发表m a i :l jdx zq@l sohu com 。
收稿日期:2005-06-10
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