各行各業(yè)的加工車間都期望使用一種能適用于所有類型金屬切削工藝和所有種類工件材料的切削液。無需因?yàn)榧庸さ淖兓粩喔鼡Q切削液無疑將是一項(xiàng)大受歡迎的省時(shí)措施。盡管開發(fā)這樣一種金屬切削液并非毫無可能，但為了確保切削液在范圍如此廣泛的加工中仍然具有必需的性能其價(jià)格想必會(huì)昂貴得令人望而卻步。
然而，減少加工車間所需切削液的種類仍然是可能的，這取決于車間采用的工件材料和加工工藝的不同組合形式。
適用于各種材料牌號(hào)的切削液
毫無疑問，對(duì)于某種特定材料的加工，設(shè)計(jì)一種適用于每個(gè)材料牌號(hào)的金屬切削液是有可能的。例如，位于美國(guó)伊里諾伊斯州的itw rocol北美公司就為鋁加工開發(fā)了一種名為rustlick ultracut al的切削液。該公司從事研發(fā)的化學(xué)家lee hitchcock 表示，具有不同粘性和硬度的鋁及各種鋁合金對(duì)加工提出了各種挑戰(zhàn)，近年來，克服這些挑戰(zhàn)已經(jīng)變得尤其重要，因?yàn)橛懈嗟钠嚭惋w機(jī)制造商為了提高其產(chǎn)品的燃料能效，已經(jīng)改用重量更輕的鋁材料。
在rustlick切削液的各種特性中，zui重要的一點(diǎn)是不會(huì)對(duì)鋁合金造成污損，這對(duì)用于航空業(yè)和核工業(yè)的零件尤其重要。變色是材料被腐蝕的一種形式，當(dāng)切削液的ph值水平對(duì)于被加工鋁合金來說過高時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生變色現(xiàn)象印h 值的范圍從o到14.7為中性點(diǎn)。hitchcock認(rèn)為，如果切削液的ph值達(dá)到10，則表示其ph值水平高）。
hitchcock說，可以通過去除高ph值的胺或添加防腐劑來降低切削液的ph值，以避免材料變色。itw公司的鋁加工用切削液采用了不會(huì)造成工件材料變色的胺，同時(shí)也添加了防腐劑。為了覆蓋各種鋁合號(hào)，itw公司在水溶性切削液中加入了一種酯類潤(rùn)滑劑，據(jù)稱該潤(rùn)滑劑具有相當(dāng)好的潤(rùn)滑性，因?yàn)樵摴疽言跊_壓和zui小量潤(rùn)滑（mql）加工中使用過它。
行業(yè)通用的切削液
開發(fā)一種可普遍用于某一特定行業(yè)常用工件材料的金屬切削液也已成為可能。位于美國(guó)密歇根州madison heights的切削刀具和切削液生產(chǎn)商valenite公司為航空工業(yè)開發(fā)的一種新型半合成切削液aerotech vp已進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的zui后階段，頂計(jì)今年秋天就可以上市。
valenite公司開發(fā)這種切削液的動(dòng)力源于航空工業(yè)對(duì)鈦合金的需求不斷增長(zhǎng)，進(jìn)而對(duì)加工鈦合金材料（如ti6al4v和ti-5553）所用的切削液需求大增。該公司valcool切削液產(chǎn)品mark goed表示，雖然航空零件加工車間生產(chǎn)的大多數(shù)零件為鋁合金材料，但鈦合金的應(yīng)用正在不斷增長(zhǎng)。例如，波音777客機(jī)上的鈦合金零部件已占到飛機(jī)總重量的7%～10%, 超過了以往任何一種波音商用飛機(jī)，而新型波音787客機(jī)的鈦合金零件中將占到飛機(jī)總重量的14%。
為了滿足航空工業(yè)日益變化的切削液需求，valenite開發(fā)了一種適合加工鈦合金的切削液，隨后又設(shè)計(jì)了適合加工鋁合金和高溫合金的半合成切削液。不過，goed認(rèn)為，鈦合金是zui難加工的航空材料，其主要挑戰(zhàn)在于材料的粘性大、導(dǎo)熱性差。鈦合金的切削參數(shù)范圍也很小：切削速度為約24～30.5m/min（75～100sfm），進(jìn)給量為0.15～0.20mm/r（0.006～0.008ipr）。
此外，添加某些合金元素使鈦合金變得更加難以加工。以ti -5553為例．其中添加了3%的鉻．使這種通常具有很大彈性和粘性的材料又增加了磨蝕性。
在刀具-鈦合金界面上產(chǎn)生的大部分熱量都被刀具的切削刃所吸收，但切削液中包含的水份可以解決這一問題，它可確保從切削界面吸收和帶走熱量。水具有較高的比熱，可以比油更迅速地吸收和釋放熱量。因此，在加工鈦合金時(shí)．許多零件制造商可能會(huì)選用合成切削液。不過．valenite仍在新開發(fā)的半合成切削液aerotech vp中加人了較高比例（60%～70%）的油份。
valenite公司的戰(zhàn)略很簡(jiǎn)單：開發(fā)的切削液應(yīng)具有的足夠的潤(rùn)滑性，以減少摩擦（以及由此產(chǎn)生的熱量），但切削液中也應(yīng)包含可快速帶走切削熱的水份。goed說，“我們的目標(biāo)是防止產(chǎn)生過多熱量，并盡快散熱”。油對(duì)切削熱更好的控制能力可對(duì)延長(zhǎng)刀具壽命起到輔助作用。切削熱會(huì)導(dǎo)致崩刃和裂紋．此類破損不僅會(huì)縮短刀具壽命，還可能導(dǎo)致刀具突然失效和報(bào)廢。
valenite的內(nèi)部試驗(yàn)顯示了這種切削液延長(zhǎng)刀具壽命的潛力，將aerotech vp半合成切削液用于ti6al4v和ti-5553鈦合金的切削加工時(shí)．可轉(zhuǎn)位刀片式銑刀和鉆頭的壽命提高了3倍之多。將該切削液用于4140 鋼件的切削加工時(shí)，刀具壽命提高了50%。顯而易見，較長(zhǎng)的刀具壽命意味著減少換刀，因此減少了停機(jī)時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。
此外，根據(jù)所加工的工件材料，航空零件加工車間也可將valenite切削液用于各種切削機(jī)床，包括銑床、鉆床、車床和磨床。goed表示．由于aerotech vp切削液在各種加工中都表現(xiàn)良好，一些加工車間甚至掃算在磨削加工中使用全合成切削液。
goed補(bǔ)充說，這種多用途的新型切削液含有十幾種不同的添加劑．比該公司種標(biāo)準(zhǔn)半合成切削液的添加劑種類（4～5 種）要多得多。
相反的觀點(diǎn)
當(dāng)業(yè)內(nèi)一些企業(yè)趨向于使用較少種類的金屬切削液時(shí)，cimcool切削液的經(jīng)銷商milacron營(yíng)銷公司卻有不同的考慮。該公司切削液產(chǎn)品與營(yíng)銷kevin tucker 表示，“老實(shí)說，我差不多持*相反的意見。許多加工車間和大型零件制造商都在尋求切削液．它們?cè)诩庸ぬ囟üぜ牧匣虿捎锰囟ㄇ邢鞴に嚂r(shí)，有助于獲得*質(zhì)量的零件表面光潔度。當(dāng)然，也有一些車間希望在全部工藝過程只用一種切削液．但對(duì)于大多數(shù)制造商來說，由于零件的生產(chǎn)成本會(huì)受到所用潤(rùn)滑方式的直接影響，因此他們寧愿采用不同的切削液，以改善特定工件的加工質(zhì)量。”
根據(jù)tucker的觀點(diǎn)．采用一種適用于多種金屬材料、多種切削工藝的切削液，對(duì)于那些與切削液不*匹配的零件，可能會(huì)以犧牲零件的成本或質(zhì)量為代價(jià)。目前，還沒有一種切削液能*適合每一種金屬材料和每一種加工工藝，根據(jù)所用金屬材料的變化，切削液的性能總會(huì)有一些損失。他舉例說，加工硬質(zhì)合金或鎂合金所需要的切削液可能并不是切削其他金屬材料的*選擇。
根據(jù)milacron公司切削液技術(shù)主管greg foltz的觀點(diǎn)，切削液的選擇在某種程度上取決于加工車間的規(guī)模。當(dāng)加工規(guī)模較小時(shí)（10～30臺(tái)機(jī)床），可能希望標(biāo)準(zhǔn)化地采用一種切削液，如果今天加工鋁合金，明天又加工鋼件，則需要使用可滿足全部被加工材料的切削液。不過，對(duì)于采用多種不同切削工藝、加工多種材料和工件、規(guī)模較大的工廠來說，通常每種特定加工均應(yīng)采用切削液。“如果你整天都在磨削軸承鋼，那你采用專為該工藝而設(shè)計(jì)的切削液”。
對(duì)于希望減少所用金屬切削液種類的車間，milacron公司推薦選用一種基于該車間zui普遍或難度zui大的加工工藝而開發(fā)的切削液，不過需要注意的是，在將其應(yīng)用于其他加工時(shí)，可能不得不接受比較差的切削效果。
盡管更傾向于開發(fā)切削液，但milacron公司仍然注意到了對(duì)可廣泛使用的通用型切削液產(chǎn)品（如cimperial 1070）的需求。該公司也為多功能加工提供高科技人工合成切削液及植物油基切削液。例如，cimtech 310合成切削液是為航天制造業(yè)加工鋁合金而設(shè)計(jì)的，但它對(duì)于鑄鐵和鋼件加工也有廣泛的適用性。
其他一些為特定加工而開發(fā)的金屬切削液也具有多種功能，如milacron公司的cimtech 610 是為切削難加工材料（如不銹鋼、鈦合金和鈹銅合金）而設(shè)計(jì)的，一種配方用于金屬切削，而另一種配方用于磨削加工。cimtech 610 可能并不適合通用加工，但適用于諸如醫(yī)療器件之類產(chǎn)品的加工（這些產(chǎn)品大多用鈦合金和不銹鋼制造），可用于取代那些加工車間不愿使用的含氯切削液。cimtech 610不含極壓添加劑但仍然具有很好的性能，甚一至比含極壓添加劑的產(chǎn)品性能更好。它也不含氯、硫或礦物油，因此可使較小的車間減少油霧污染、清潔車間環(huán)境、改善零件表面質(zhì)量和工作性能。
硬質(zhì)合金刀具材料帶來的變化
切削加工的發(fā)展趨勢(shì)之一是刀具材料從高速鋼到硬質(zhì)合金的轉(zhuǎn)變，它使金屬切削液可以從油基切削液向水基切削液轉(zhuǎn)變。位于美國(guó)密爾沃基市的切削液制造商benz oil公司研發(fā)主管peter kotvis認(rèn)為，對(duì)于刀具制造商來說．這種切削液的變化可以帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益．因?yàn)榕c磨削硬質(zhì)合金相比，磨削工具鋼用的切削液要求具有更好的粘性和化學(xué)活性，成本也要高得多。加工時(shí)，切削液與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有效切削所需要的液膜。根據(jù)在《摩擦學(xué)》 2007年第40卷上發(fā)表的研究結(jié)果，在磨削加工中，為了控制摩擦，并在磨粒與工件之間留出足夠的空間以排出磨屑，需要形成1～2納米厚的液膜因此，磨削高速鋼的切削液需要添加更多極壓劑（ep）以增強(qiáng)活性，形成需要的液膜。而額外購(gòu)買添加劑并將其加入高速鋼切削液中會(huì)增加切削液的價(jià)格。
然而一個(gè)刀具制造商可能既生產(chǎn)高速鋼刀具．又生產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具．選用哪種切削液才能加工這兩種工件材料而無需更換切削液呢？若選用適合加工硬質(zhì)合金的切削液，則刀具制造商需要加入或增添一些添加劑（如含氯或含硫的碳?xì)浠衔锖王ヮ悾?，以補(bǔ)償用于加工高速鋼時(shí)化學(xué)活性不足的問題。根據(jù)不同的工件材料，添加劑的濃度可能會(huì)增加50%～100%。因此，加工車間可能要為僅在某些時(shí)候才需要的添加劑而支付費(fèi)用．可能會(huì)認(rèn)為這些不常用的添加劑過于昂貴。每個(gè)車間將不得不審視其所用工件材料的組合搭配，以了解在什么情況廠通用切削液會(huì)變成一種負(fù)擔(dān)而不是帶來方便。
多用途切削液
制造商也許可以找到一種金屬切削液，它除了用于冷卻和潤(rùn)滑刀-工界面以外，還具有多種用途找到這種切削液取決于制造商所用的工件材料和加工工藝。美國(guó)密歇根州的tawas刀具公司自2007年春轉(zhuǎn)由benz oli公司作為其切削液供應(yīng)商以來，在其刀具制造過程中己可用兩種切削液替代6種切削液和潤(rùn)滑液。
benz grind hp-22是一種更通用的磨削液，tawas刀具公司將其用于13臺(tái)成形磨床和6臺(tái)工具刃磨機(jī)床上。而該公司以前在成形磨床上使用了4種切削液：主軸潤(rùn)滑油、傳動(dòng)軸潤(rùn)滑油、磨床自身用的液壓油和磨削工件材料用的主要切削液。工藝專家jack thornton對(duì)數(shù)目巨大的切削液維護(hù)費(fèi)用很不滿意，希望只使用一種產(chǎn)品。為此，tawas刀具公司對(duì)3個(gè)不同公司生產(chǎn)的3種切削液進(jìn)行了pm-45工具鋼（硬度66 hrc）的成形磨削試驗(yàn)（切削速度2.5m/min（8.3sfm），磨輪轉(zhuǎn)速3050m/min（10000sfm） ，通過磨輪的兩次進(jìn)給（每次磨削深度0.15mm，即0.oo6），磨出刀具形狀。
thornton設(shè)計(jì)了可導(dǎo)致磨削燒傷的試驗(yàn)。在3種用于試驗(yàn)的切削液中，只有benz grind hp-22不會(huì)產(chǎn)生足以導(dǎo)致磨削燒傷的熱量。盡管hp-22的粘度低于其他兩種試驗(yàn)用切削液．但仍能防止發(fā)生燒傷。hp-22在100°f（約38℃）時(shí)的粘度為105賽氏通用粘度秒（sus），約21.8×10-5m2/s。切削液的粘度越小，冷卻性能就越好，能夠更決地帶走熱量。
thornton說，在這種磨床上，切削油也用作導(dǎo)軌油。粘度較小的切削液可能引起磨床滑架沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)．“不過，我們正在ptg刀具刃磨機(jī)床上試驗(yàn)一種低粘度切削油——benz grind hp-15 ，它在100°f時(shí)的粘度為1.3×10-5m2/s，即7osus，可以更快帶走熱量。”
hp-22切削液還有其它些優(yōu)點(diǎn)：較低的粘度可降低tawas刀具公司使用的陶瓷結(jié)合劑cbn砂輪的磨削溫度，且不會(huì)發(fā)生過燒，磨輪載荷也下降了4%。thornton說，“切削油粘度越小，砂輪浸得越透。你確實(shí)可以看到切削油浸透了整個(gè)砂輪，從而使磨削溫度降低．產(chǎn)生的熱量減少.”此外，tawas刀具公司的冷卻裝置的工作負(fù)荷也比以前有所減輕，冷卻裝置要在把切削液送回磨床循環(huán)使用之前將其溫度降低到72°f以下，當(dāng)切削油粘度較低時(shí)．冷卻速度要決得多。
該公司用hp-22作為磨削油和導(dǎo)軌油，用benz petraspeed5 （100°f時(shí)粘度為1.3×10-5m2/s，即66sus）作為主軸潤(rùn)滑油，用benz petraspeed 22（100°f時(shí)粘度為22.05×10-5m2/s，即106sus）作為傳動(dòng)軸潤(rùn)滑油，benz hp-2105（100°f時(shí)粘度為383.8×10-5m2/s，即1745sus）作為粘性添加劑。
hp-22不需要太多維護(hù)，而原來使用的磨削液每臺(tái)機(jī)床每個(gè)月需要更換5～10加侖重油以提高其粘度。benz切削液的性能也更穩(wěn)定，可顯著降低油液的損耗量。改用benz系列切削液后，tawas刀具公司估計(jì)每年可以節(jié)省7600美元的相關(guān)費(fèi)用。
hp-22也比以前的切削液更適合自由磨削。tawas刀具公司已通過對(duì)3種切削液的測(cè)試認(rèn)識(shí)了它們的差異。thorton說，“我們注意到磨床的載荷減輕了，磨輪去除工件材料也更為輕松”tawas刀具公司利用其性能優(yōu)勢(shì)將切削深度增大了25%。thorton稱，“我們尚未充分利用benz系列切削液的全部潛能，接下來的試驗(yàn)將確定zui合適的切削率。不過己有操作者聲稱，與此前使用的切削液相比，benz切削液可使磨削加工時(shí)間縮短20%～25%。”實(shí)際上，縮短加工時(shí)間——提高生產(chǎn)率——増加收益是企業(yè)著眼于減少金屬切削液種類的必然結(jié)果。
控制切削液成本的措施
擔(dān)心金屬切削液價(jià)格上漲的加工車間可以尋找些減少開支的方法。水溶性冷卻液約占美國(guó)金屬切削液市場(chǎng)的65% ，其中50%～80% 為油基切削液而切削油的價(jià)格在過去12個(gè)月里上漲了倍多。
加工車間可以采用zui小量潤(rùn)滑（mql）方式來替代澆注冷卻方式，從而大大減少冷卻液的消耗。切削液生產(chǎn)商itw rocol北美公司的研發(fā)化學(xué)家lee hitchcock表示，以前每小時(shí)使用幾百加侖冷卻液的加工車間可將用量削減到每班（8小時(shí)）2～3 盎司。雖然車間需要購(gòu)買mql設(shè)備并安裝在機(jī)床上還需要對(duì)操作工人進(jìn)行設(shè)備使用培訓(xùn)，但通常只需幾個(gè)月時(shí)間即可收回投資。
如果不能采用mql加工車間還可以通過選用半合成或合成切削液（分別含有少量油份或不含油份）來控制切削液的開支，因?yàn)榇祟惽邢饕翰粫?huì)受到油價(jià)高漲的直接影響。fuhr指出，目前可以看到向半合成切削液轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)，2007年，對(duì)itw rocol公司半合成切削液產(chǎn)品。的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)了10 %。hitchcock 補(bǔ)充說，該公司的許多用戶在磨削加工時(shí)也采用合成切削液。然而，他也指出，切削油具有防止腐蝕的作用，而有些行業(yè)（如航空制造業(yè)和核工業(yè)）無法承受零件被腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。此外，油份較少也會(huì)降低切削液的潤(rùn)滑性能，從而使刀具加工更為困難。（文章來源：《工具展望》）