三、发展趋势篇
随着现代机械制造业的快速发展，切削技术和切削工艺的不断创新对切削液的性能提出了更高要求。尤其是近年来环境保护和人类健康日益成为全社会关注的焦点，而切削液会对环境和人体造成污染和损害，因此切削液的使用和废液处理已受到环保法规日益严格的制约。面对各方面的苛刻要求，切削液今后的发展趋势将会如何？
二十一世纪切削液技术的发展趋势
众所周知，切削液具有润滑、冷却、清洗及防锈等作用，对提高切削加工质量和效率、减少刀具磨损等均有显着效果。近十多年来，我国的切削液技术发展很快，切削液新品种不断出现，性能也不断改进和完善，特别是20世纪70年代末生产的水基合成切削液和近几年发展起来的半合成切削液（微乳化切削液）在生产中的推广和应用，为机械加工向节能、减少污染、降低工业生产成本方向发展开辟了新路径。归纳起来，切削液技术主要有以下特点：

一、最小润滑技术
干式切削加工是不采用任何切削液的加工，它可以从根本上xx传统湿式加工易污染环境的弊端，是切削技术的一场深刻革命。由于干式切削符合当今发展绿色制造技术的要求，因而是一种非常有前途的切削新技术。但干式切削具有温度高、切削力大等特点，又出现了一系列湿式加工中没有的问题。目前，干式切削技术还很不成熟，其应用范围也很有限。而传统的湿式切削又有诸多不足。因此有人提出了干式切削加工技术。准干式切削是一种介于湿式切削和纯粹干式切削之间的切削方式，又称为最小润滑技术。准干式切削采用喷雾冷却方式，它用极少的切削液而起到较好的冷却和润滑作用。

二、液氮冷却技术
利用液氮进行低温（超低温）切削加工，就是利用液氮使工件、刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工的方法。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，来源十分广阔。使用液氮作为切削液，应用后直接挥发成气体返回到大气中，没有任何污染物，从环保方面看，是一种有前途的切削液替代品。
液氮冷却有直接和间接两种方法。
直接应用。即将液氮作为切削液直接喷射到切削区。一般来说，由于刀具磨损严重，金刚石刀具不能用来加工黑色金属。而美国一学者采用液氮冷却系统对不锈钢用金刚石刀具进行车削加工，由于低温抑制了碳原子的扩散和石墨化，大大减少了刀具磨损，并取得了极好的加工质量，其表面粗糙度达到Ra25?m。磨削加工时会因磨削区高温常常对工件表面造成热损伤，如xx、微裂纹等，为有效解决这些问题，印度工学院S.Paul用液氮超低温冷却磨削五种常用钢材，结果表明：正确合理地使用液氮冷却，可有效控制磨削区温度，使磨削温度保持在材料发生相变温度之下而不发生磨削xx；并且在材料塑性增大和较大进给量情况下，这种效果更加显着。对于非金属材料和复合材料的液氮冷却切削加工，国外也开展了广泛研究。如FRP（Fiberglass Reinforced Plastics）是一种高强度/重量比、耐疲劳的复合材料，用传统切削方法加工非常困难，因而限制了这种材料的使用。新西兰学者对其进行了超低温冷却加工，使用液氮不间断冷却（0.4~0.5L/min），极大地改善了这种材料的切削加工性，不但获得了满意的表面加工质量,还在很大程度上延长了刀具使用寿命。用低温切削热固性塑料、合成树脂、石墨、橡胶和玻璃纤维等材料时也均显示出良好的切削性能。

间接利用。主要是刀具冷却性，即在加工中不断地冷却刀具，使切削热快速从刀具上、特别是刀尖处被带走，刀尖始终保持在低温状态下工作。美国林肯大学的学者利用一种配备新型冷却系统的PCBN刀具进行了试验研究。这种刀具是在车刀上部的方盒内储存液氮，由进口输入，从出口流出。试验表明，使用液氮冷却时，车刀寿命延长10倍，磨损降低1/4，并可获得较低的表面粗糙度。
还有一种特殊的间接利用方法为喷气冷却。日本一些学者研制出喷气冷却系统。该系统使用的冷却气体是由液氮在热交换器中冷却过的，其温度低于—50℃冷却气体直接喷射于磨削点。实验发现，磨削后工件材料的残余压应力比使用磨削液磨削时要大，残余压应力的分布区域也变宽了。而残余压应力可提高零件的抗疲劳寿命，这对一些零件，如飞机零件十分重要。采用固体润滑剂处理过的CBN砂轮，或加工中添加极少量101型的超精植物油，可在加工中起到较好的润滑作用。

由此可见，在有关环保法规越来越严格、切削液使用和处理费用日益升高的情况下，液氮有可能在一定范围内成为切削液的替代品。
集中冷却润滑系统
集中冷却润滑系统是把多台机械加工设备各自独立的冷却润滑装置合并为一个冷却润滑系统。这种系统的主要优点是：（1）延长切削液的使用寿命；（2）易于实现对切削液性能指标的自动控制，确保切削液质量；（3）废液量减少且便于集中处理，有利于保护生态环境；（4）便于维护、保养和管理；（5）便于切屑运输和集中处理等等。

实现切削液质量管理自动化
保证切削液长期稳定地满足各种质量要求和充分发挥经济效益，关键在于严格而科学的日常管理。随着机械加工自动化程度的不断提高和无人化工厂（车间）的出现，在冷却润滑系统中实现对切削液的自动检测和自动控制已势在必行。这种检测和控制系统可自动检测和控制切削液的工作温度、使用浓度、PH值、微生物数量和气味等，并可对切削液的失效进行预报。

高性能、长寿命、低污染切削液及其废液处理技术
随着机械工业整体技术的发展，机床切削速度更快，切削负荷更大，切削温度更高，同时不断有新工艺出现来适应新材料的加工，这都需要新型的高性能切削液满足加工要求；同时根据劳动卫生和环境保护的要求，切削液中应尽量不含有危害人体健康和生态环境的物质。今年来我国进口的数控机床、加工中心等先进设备越来越多，其使用的切削液若从国外进口，运输不便，成本很高，因此，研究高性能切削液以替代进口产品已是当务之急。在我国，水基切削液使用范围越来越广，且已开始从乳化液向性能好、寿命长的合成切削液、微乳化液过度。在发达国家，微乳化液已普遍使用，正大力研制环保型切削液。
研制长寿命切削液，研究延长切削液使用寿命的方法，从而减少切削液废液排放量；研究更有效和更经济的废液处理方法，减少有害污染物在环境中的积累，是国内外切削液研究的一个重要内容。
切削液性能的优劣、废液处理的难易、对操作者的危害和对环境的污染程度均取决于这些添加剂的种类及性能。作为未来的切削液添加剂，必须性能优良，对人体和环境无害。大量的应用实践表明，在使用中应严格限制添加剂有以下几类：亚硝酸盐及类似的化合物、磷酸盐类化合物、氯化合物、甲醛及类似的化合物。提高切削液质量的有效途径是研制开发新型高效xx添加剂。这一点已引起国外学者的关注，而且做了不少工作，研制出了一些新型的添加剂：

硼酸醋类添加剂
硼酸醋是一种多功能环保型添加剂。①硼酸醋的油膜强度高，摩擦系数低，具有优良的减摩抗磨性能；②具有良好的防锈性能；③具有xx和xx功能，且xx害作用。
钼酸盐系缓蚀剂
钼酸盐是阳性缓蚀剂，添加到切削液中能在金属表面生成Fe-MoO4-Fe2O3顿化膜，可获得良好的缓蚀效果。通常认为，钼酸盐作为防锈剂是xx的，也不污染环境，但它价格昂贵，影响了使用的广泛性。为了推广应用，人们研究了钼酸盐和其它有机、无机缓蚀剂配伍使用时的协同效果应。

新型防腐xx剂
切削液本身具有微生物和菌类滋生繁衍的条件，容易腐败变质。防腐xx剂的作用在于抑制xx和霉菌的滋生，杀灭液体中已存在的xx，籍以延长切削液的使用寿命。近年来，由于环境保护法规的颁布和施行，许多国家都在限制使用有毒的防腐xx剂，研究开发新型防腐xx剂。据日本专利介绍，选用油酸、硬脂酸等羧酸制取的铜盐，具有一年以上的抗腐败能力。据美国资料介绍，柠檬酸铜也具有较好的xx效果，添加量为300PPM。美国Mobil化学公司研制出一种名叫MobilmentAquaRho的乳化油，添加了含磷、氮和硼的合成物，乳化液的使用寿命达4个月以上。

三、水性切削液、磨削液的发展趋势
切削液从不用到使用，从不重视到现在日益重视，经历了一个很厂的时期。
1、向“无公害”或“低公害”的水基切削液发展。最初人们用水作冷却液，到六十年代曾广泛使用苏打水（碳酸钠、亚硝酸钠溶液），但由于防锈和润滑性能差，已经很少单独使用。为了防止锈蚀和改善水的润滑性，人们逐渐研制出了冷却性能较好的乳化切削液，这种冷却润滑液的主要优点是润滑、冷却、防锈性能好，特别适用与于表面质量要求高的加工工序，如精（细）磨工序。但缺点是清洗能力较低，磨削加工时，有时会使磨具堵塞。另外，在使用和管理不当时，易发生乳液的破坏，尤其在夏季气温较高时，乳液易受xx的作用而引起变质，以至降低使用寿命等。另外，乳化液的含油量达60~80%，消耗大量机油，同时废水排放时污染环境。在实际使用中往往添加亚硝酸钠，对人体是有害的，这样越来越不能满足顾客的要求。虽然国外有些公司的产品：如美国好富顿公司的HOCUT795（B）、美国马斯达化学公司的TRIMSC9030、英荷壳牌公司的壮马士B等，都是性能不错的产品。另外动植物油，矿物油虽有改善润滑性能的效果，但考虑防止污染等因素，应逐步将油溶性切削液向水溶性切削液中的化学合成切削液过度，研究和使用新型的化学合成切削液已势在必行。

近十多年来，国内外已逐步研制出xx不含油的酯或醚类的人工合成离子型切削液（即化学合成切削液）。合成切削液是无机物和其它物质的化学水溶液，它润滑性和防锈性能好，使用寿命长，在质量上不亚于乳化液，甚至还优于乳化液，适宜于切削加工的技术要求。美国工业每年需要7.18~8.57亿升切削液，其中约70%是水基切削液。而国内约30%~40%是水基切削液。由此可见，合成切削液在发达工业国家已经得到应用和推广。特别是在七八十年代，由于世界能源危机，国际上石油制品价格提高，更加速了不含矿物油类的化学合成液技术的发展。

随着我国磨床制造技术的发展，出现了高速磨削和强力磨削等新技术，而乳化切削液已不适应于这类切削加工的工艺要求。因此，国内也早已着手化学合成液的研制。这种冷却液在排放时不会有处理含油污染问题，废水的化学耗氧量也较小，但是由于其含有表面活性剂，废水的生化需氧量一般很高，处理方案较复杂，大量排放时，对环境和水还是有一定的污染。另外，越来越多的科研单位研制了不含亚硝酸钠，对人体、生物实际xx，对环境污染极小，有利于废水排放的化学合成液。据一些资料介绍，美国原有八家生产乳化液的工厂，已有七家转产化学合成液。从目前发展前景看，化学合成液有取代乳化油的趋势。
2、低温冷却超低温冷却。如将切削液的温度降低到一定程度并保持不变，既可保持切削液的润滑性能，又可得到较好的冷却效果。例如将切削液的温度自40℃降低到5~10℃时，刀具上的温度可降低75~100℃，可使刀具耐用度提高1~2倍。切削加工时，水基类切削液保持在5~10℃，油基类切削液保持在15~20℃比较合适。
一般的水基切削液防锈性、润滑性和使用寿命基本上能满足要求。

四、现代切削液的特点及发展趋势
1、高性能、长寿命、低污染切削液的开发及废液处理技术研究。近年来，我国进口数控机床、加工中心等先进设备越来越多，所需切削液若长期依赖进口，因价格昂贵，将使生产成本大幅度上升。因此，研制高性能切削液以替代进口产品已成当务之急。目前，我国水基切削液的使用范围越来越广，且已开始从乳化液向性能好、寿命长的合成切削液、微乳化液过渡。在发达国家，微乳化液已普遍使用，并正在大力研究环保型切削液。

目前，国内外切削液研究的重点内容包括：研制高性能切削液，研究延长切削液使用寿命的供液方法以减少废液排放量；研究更有效和更经济的废液处理方法，除使其达到排放标准外，还应尽可能减少有害污染物在环境中的积累。

2、切削液的适当用量。传统的切削液供液方法长采用浇注法，尤其对于水基切削液，通常是将一定压力、较大流量的切削液喷射覆盖到切削区，以起到冷却、润滑等作用。在加工条件发生变化时，如在更换工件材料或更换刀具类型及几何参数的情况下，通常也不会（或很少）调整切削液用量。美国密执安技术大学对切削加工中有关切削液的适当用量问题进行了研究，试图在满足加工要求的情况下，使切削液用量最少，与切削液有关的费用也降至{zd1}。他们在福特公司所做的试验中，对切削液的浓度、工件材料、刀具类型及几何参数等都进行了研究，并对工件表面粗糙度、积屑瘤和切削力等作了分析，通过试验得出了最适当的切削液用量。

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。美国怀特州立大学的S.Y.Hong和印度工学院的S.Paul分别在车削和磨削加工中对液氮冷却进行了理论和试验研究，结果表明，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；同时液氮可显着降低磨削区温度，减少磨削xx。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。美国林肯大学的Z.Y.Wang在多晶体CBN刀具上部的方盒内储存液氮，有进口输入，从出口流出，用这种方法车削烧结氮化硅时，刀具寿命延长了10倍，磨损降低了1/4。喷气冷却也是液氮的利用方法之一，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。日本学者研制的喷气冷却磨削系统就是利用液氮冷却过的超低温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，可显着提高零件的抗疲劳强度和使用寿命。

4、干切削。目前，国外已有严格的法规限制某些切削液的使用，且废液处理费用极高，如德国每年废液处理约耗资10亿马克。因此，在美国、德国等工业发达国家均大力倡导采用干式切削加工铸件材料已无问题，如美国LeBlong Makino公司提出的“红月牙”铸铁加工法，采用陶瓷和CBN刀具，在高速和大进给量加工时，使热量很快聚集到刀具{jd0}，使其呈红热状态，当工件被加热到371℃时，其屈服强度减少，可获得较高的金属切除率。铝材在发动机及动力系统中应用量很大，因此铝材的干式切削也受到重视。据报道，Big Three公司的高速金刚石干式加工系统（转速1.500r/min，用于变速箱上铝质通道板的加工，加工精度达0.05mm，每小时可加工600件），与磨削加工相比，每年可节约300多万美元。另外，对钢和镁等材料的干式切削工艺也在研究之中。
在某些应用场合，可利用激冷气体及旋风喷雾器来降低切削温度，如喷气冷却。有人预测，将来如采用高性能刀具材料和排屑性能极好的刀片断屑槽型，结合使用冷却气体，可实现不在使用切削液的目标。

后记
目前，国内外学者正在努力探索减少或xx环境污染的切削液加工方法，但研究目标大多集中在不使用传统切削液的加工上。从目前的发展情况看，无论液氮冷却、喷气冷却或干切削，虽然各有特点和优势，但也有其局限性，如上述三种方法都存在切屑形成过程中润滑性差的问题，因而不得不使用一些润滑剂；另外，目前的机床主体多为铸铁材料，而工件切削后新生的金属表面具有极强的化学活性，暴露在空气中均会很快生锈。如用液氮、喷气冷却或干式切削，则后续工序中必须增加机床和工件的防锈处理，而防锈液、清洗液等同样会污染环境。由此可见，在切削加工领域，离全面取代采用传统切削液的湿式加工还相当遥远，而现代切削液的研究开发就显得更为迫切。
目前，研究开发的重点是：大力开发对生态环境和人类健康负作用小、加工性能优越的切削液，朝着对人和环境xx无害的绿色切削液方向发展；同时努力改进供液方法，优化供液参数和加强使用管理，延长切削液的使用寿命，减少废液排放量；此外，还应进一步研究废液的回收利用和无害化处理技术。
开发传统切削液的替代品、并加强适用化技术、经济性评价和适用范围等方面的研究等等，这些都是现代切削液未来的发展趋势。
