冷却液全面解析：种类、特性、应用与选择

冷却液全面解析：种类、特性、应用与选择

一、冷却液的重要功能与现状

1、冷却液在机械加工中承担着多项重要功能。它能够清理切屑，防止加工过程中产生的切屑残留对加工精度和设备造成不良影响；具有防止腐蚀的特性，可保护机床、刀具以及工件免受腐蚀侵害，延长其使用寿命；还能保证生物稳定性，减少微生物滋生导致的冷却液变质问题；并且为操作员提供相对友好的工作环境。冷却液是由复杂的化学配方组合而成，旨在满足这些专门的性能要求。

2、机加工厂通常涉及众多不同的加工操作，每个操作都有其特定的冷却液需求。为了迎合这些需求，冷却液配方不断发展，衍生出了数以百计功能各异的产品。过去，机加工厂往往在现场准备大量不同的冷却液，以满足工程师针对每台机床选用最佳冷却液的要求。然而，这种做法引发了诸多问题，如不同冷却液之间的交叉污染以及废液不相容等，同时也导致了库存的增加。如今，机加工厂更倾向于在车间对所有工艺采用一种或有限数目的冷却液。这一趋势促使冷却液供应商开发更为综合的产品，以便在制造优良产品的同时，有效解决冷却、润滑、防腐及微生物控制等多方面问题。但面对如此众多的加工工艺和市场上琳琅满目的冷却液品种，机加工厂在选择性能最佳且最经济的冷却液时面临着复杂的挑战。此外，对于各个特定工艺最佳冷却液的选择，一直存在不同的观点和看法。因此，基本了解三大类主要冷却液 —— 纯油、可溶油及合成剂 —— 的各种成分对性能的影响，有助于简化冷却液的选择过程。

二、纯油冷却液

1、来源与基本特性：不溶于水的纯油冷却液源自石油（矿物油）、动物或植物油，无需用水稀释即可直接使用。这类冷却液具有出色的润滑性和防锈性，油槽寿命长且易于维护。由于生物通常只能在含水流体中生存，所以纯油不易变坏。例如在一些对润滑和防锈要求极高的精密加工中，纯油能够为刀具和工件提供稳定的保护，减少磨损和腐蚀。

2、成分与性能提升：纯油可以是一种或多种不同基油的混合物，并且可能含有边界和 / 或极压添加剂，如硫、磷或氯化合物等。这些添加剂能够降低刀具切削金属时产生的力，使刀具实现干净切削并在工件上形成光滑的表面。添加剂通过提高纯油的润滑性，加强了被切削金属与刀具之间的垫层。在极端加工情况下，添加剂在产品成分中的占比有可能超过 20%。例如在挤压磨、要求严格的加工过程以及攻丝和深孔钻等对表面粗糙度和刀具寿命至关重要的工艺中，带有添加剂的纯油发挥着极为关键的作用。它可以有效防止微观黏结，添加剂还能进一步提高金属的防粘结性能。

3、局限性：然而，纯油也存在一些不足之处。它不具备阻燃性，加工过程中会产生烟雾，从而营造出对操作员不友好的加工环境。而且纯油容易在工厂的几乎每个表面留下令人不愉快的油膜，这不仅影响工作环境的整洁度，还可能对其他设备和工件造成污染，增加清洁和维护成本。

三、可溶油冷却液

1、适用范围与添加剂作用：可溶油冷却液适用于从轻负荷到重负荷的加工操作，涵盖有色金属和黑色金属加工领域。湿润剂及极压添加剂的加入拓展了可溶油的使用范围，使其能够应用于更多通常采用纯油的重负荷加工过程。例如在一些中等负荷的金属切削加工中，可溶油能够在提供一定润滑和冷却效果的同时，适应多种金属材料的加工需求。

2、分类与形成原理：可溶油通常可归类为半合成物或真正可溶油，其分类依据主要是浓缩物中所用油的含量。可溶油浓缩物中包含 40% 或更多油，将这些浓缩物与水混合便形成金属切削液。由于水具有较高的热容量并能有效散热，而油和水混合实现了润滑能力，所以这种切削液兼具冷却和润滑功能。同时，它们还通常在机床的移动部件上留下一层保护涂层，有助于减少部件的磨损和腐蚀。

3、性能特点与维护要求：尽管可溶油能提供可延长刀具寿命的高质量润滑液，但在润滑性能方面并非始终能达到纯油的等级。并且由于水的使用，可溶油更容易产生微生物且更易腐败。因此，加工厂必须严格遵守预防维护措施以延长其油槽寿命。例如，操作员需要密切关注与可溶油结合的水的类型。若与硬水混合，可溶油会在工件和机床上产生沉淀，因为地下水可能较硬，还可能含有加快腐蚀的氯离子或硫酸盐。在这种情况下，机加工厂应采用具有足够防腐性的一流冷却液，或者在冷却液中添加油槽防腐剂。另一方面，采用软水和可溶油基冷却液的机加工可能会面临泡沫方面的问题，此时则需要采用诸如去泡剂之类的油槽添加剂。

四、半合成冷却液

1、配制成分与外观特性：半合成冷却液是在水稀释性浓缩物中添加最多 40% 的石油配制而成，同时还可添加乳化剂、湿润剂、防腐剂、极压成份及杀虫剂等多种成分。这些冷却液通常呈半透明状，但也可能是透明或完全不透明的。例如在一些自动化加工生产线中，半透明的半合成冷却液便于操作员观察加工过程。

2、性能优势：半合成冷却液在刀具上应用广泛，对中重负荷加工能够提供良好的润滑性。通过使用半合成冷却液，操作员可以采用更高的转速和进给进行切削，因为它们一般比可溶油具有更好的冷却和湿润性能。半合成冷却液采用较少的油配制，有时具有更好的沉淀和清洁性能，且产生的烟尘更少。例如在汽车零部件的中负荷加工中，半合成冷却液既能保证加工精度和刀具寿命，又能减少对环境的污染和设备的维护成本。

3、缺点与应对措施：半合成冷却液的缺点与可溶油类似，水硬度会影响其稳定性。硬水和水合成物混合使用，可能会导致在油槽中形成硬水沉淀物；而与软水混合，则容易产生泡沫。针对这些问题，加工厂需要根据当地水质情况，选择合适的处理方法或添加剂，以确保半合成冷却液的性能稳定。

五、合成冷却液

1、成分与冷却功能：合成冷却液不含石油基油，通常含有不溶于水的润滑油和防锈剂。供应商以浓缩物形式提供合成物，与可溶油类似，它们与水混合形成冷却液。由于添加剂和添加到浓缩物中的水的作用，合成物具有很高的冷却功能。例如在高热和高速金属切削工艺，如平面磨削等过程中表现出色。

2、添加剂对润滑性的影响：添加剂对合成冷却液的润滑性有着深远影响，当添加到某些合成物中时，甚至可以产生比不含添加剂的纯油更好的润滑效果。重负荷合成物在近年来得到了充分发展，如今已能够应对大多数加工过程。例如在一些航空航天零部件的高精度、重负荷加工中，合成冷却液能够在满足冷却需求的同时，提供良好的润滑保障，确保加工质量。

3、分类与特性：合成物冷却液基于其组分可分为几大等级。简单的切削液用于轻负荷磨削操作，在油槽中混合后会形成透明液体，便于操作员观察正在切削的金属。复杂的切削液包含合成润滑油，用于可以高速进行的中 / 重负荷切工，也在油槽中形成透明溶液。可乳化切削液含有形成特定润滑油特征的化学物，外表类似于可溶油。合成物具有防止变酸腐败的能力，一般具有良好的微生物抑制性，且大多数合成物用于防腐，并具有突出的冷却能力。

4、传统缺点与改进方向：传统上，合成物存在一些缺点。其价格通常比同类油更贵，且某些合成物运行非常洁净，如同清洗剂的特性会导致机床密封失效、操作员皮肤及黏膜干燥，许多合成冷却液还会留下发黏、胶黏残留物。此外，虽然有些人认为合成剂不易油雾化，但实际上依据其成分和操作条件，它们可能依然会油雾化，从而引起鼻、喉及眼内黏膜发炎，并且由于不含油，对人类的皮肤伤害可能更高。目前，冷却液研发人员正在努力改进这些缺点，通过优化配方和添加剂，提高合成冷却液的综合性能，降低其对设备和人体的不良影响。

六、正确选择冷却液的建议

1、基于多方建议选择：最佳的冷却液应能保护机床、延长刀具寿命，同时为操作员提供良好的工作环境，并满足环保健康和安全部门的要求。选择最佳冷却液以优化所有参数时，最好依据机床制造商及冷却液供应商的建议进行。工厂操作员和工程师们通常依赖冷却液供应商的专业知识来讨论并推荐针对被加工材料的最佳冷却液。大部分工厂希望尽可能减少所用冷却液的种类，以降低冷却液维护和处置费用，并通过大批量购买冷却液进一步节省开支。

2、考虑机床制造商要求：有些机床制造商对其产品有特定冷却液要求，大量机床制造商提供推荐的冷却液表，并规定若用户不使用推荐的冷却液，则保修失效。当加工厂考虑购买机床时，应主动与机床厂家沟通，说明当前车间正在使用的冷却液情况。然后，厂家和冷却液供应商可共同确定现用冷却液在新机床中的使用效果，以便做出合理的决策。例如在新设备采购过程中，加工厂应提前了解机床对冷却液的兼容性要求，避免因冷却液选择不当而影响设备的正常使用和保修权益。

冷却液的选择对于机加工企业的生产效率、产品质量、设备维护以及人员健康和环境保护等多方面都有着至关重要的影响。企业应深入了解不同类型冷却液的特性和优缺点，结合自身加工工艺和需求，在机床制造商和冷却液供应商的专业指导下，做出科学合理的冷却液选择决策，以实现可持续的高效生产。