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第三章 金属切削加工润滑 第一节 金属切削过程及其润滑特点 一、金属切削过程 金属的加工方法繁多，其中切削加工是金属加工中最常见、应用最广泛的一种。根据工件的形状、精度及表面质量的不同要求，金属切削加工可分为车、铣、钻、刨、镗、铰、拉，齿轮切削、螺纹切削及磨削等。尽管这些具体加工方法各有特点，但它们却有一个重要的共同点，都是用刀具或磨具切削金属。这一点也是金属切削加工区别其他加工方法的特殊性。 所谓金属切削过程就是由机床提供必要的运动和动力的条件下，用刀具(或磨具)切除〔或磨削)坯件上多余的金属，从而获得形状，精度及表面质量都符合要求的工件的过程。见图3-1。 [A]为第一变形区，又称剪切区，在该区发生金属的剪切变形。此区域存在切削变形的问题。 [B]为第二变形区，即是切屑和刀具前刀面发生摩擦的区域，在此区域存在着摩擦、润滑和磨损的问题。 [C]为第三变形区，即是刀具后刀面与已加工表面发生摩擦的区域，在这里存在着工件的尺寸精度，加工表面粗糙度及变质层的问题。 二、金属切削过程的润滑特点 金属切削的润滑与一般部件的润滑有许多不同的地方，这是由于切削过程的特点决定的。 1、摩擦特点 切削过程的特点是被切削金属层在切削刃的切割和前刀面的推挤作用下进行的。切屑以很大的压力(最高可达2000-3000Mpa)作用在前刀面上，并以较高速度沿前刀面流出。 由于被切削金属的塑性变形区（图3-1 A区），切屑底面与刀具前刀面接触摩擦区（图3-1 B区），以及刀具后刀面与已加工表面接触摩擦区(图3-1 C区)。 切削过程的摩擦是由内摩擦和外摩擦组成。 切削塑性金属时，第一变形区和第二变形区是切削热的主要来源；切削脆性金属时，第三变形区是切削热的主要来源。 由此可知，金属切削过程中的热主要是由于塑性变形和接触摩擦产生的。而金属塑性变形属于金属的内摩擦，所以严格地说，切削过程中的热是金属的外摩擦和内摩擦造成的。 内摩擦产生的摩擦力比外摩擦的摩擦力要大得多。 其摩擦热比只有外摩擦的一般部件润滑时大得多，可以达到摄氏数百度以上的温度。切削过程中的摩擦是内摩擦起主导作用。 因此，对于高温下的切削，冷却和润滑显得十分重要，而一般部件润滑几乎不存在冷却问题。 一般被润滑的部件，绝大部分能量用以作功，只有较少部分能量转化为热能。而切削过程所消耗的能量，除创生面的表面能、加工面和切屑中的残留应变能等占l%一3%外，97%的工作能量都转化为热能。其中2/3的能消耗于塑性变形，1/3的能消耗于刀具与切屑、刀具与工件的摩擦。 由于切削刃区域极小，热量高度集中，故有时切屑与刀具界面温度很高，切削时可达800℃，磨削时可达1200℃。刀具在高温下其硬度、强度大幅度下降，使用寿命急剧缩短，有人认为刀具寿命与切削时刀具温度的20次方成反比。 例如用高速钢刀具在特定条件下切削，当刀具与切屑界面平均温度由650℃下降到600℃时，刀具的寿命可以由57min增加到150min。 2、润滑特点 在切削加工中，切屑以很高的速度沿前刀面流出，与前刀面的接触时间极短(磨削时，接触弧的时间约0.04μs)，并且与刀具只接触一次，因此要求切削液中的极压抗磨剂与金属表面的化学反应能瞬时完成。 切屑离开刀具表面后继续进行的化学反应，对于改善切削过程润滑实际上不起作用。这种情况与一般部件的润滑也是不同的。 一般部件的润滑是金属表面上有一层氧化薄膜，或者附着一层有机物，在不变的摩擦面上通过反复移动或旋转动作完成。例如齿轮啮合时间极短，但因其不断周而复始地循环，油性剂、极压剂的作用可以在数个循环周期逐步完成。 切削加工过程的润滑属于边界润滑状态，其润滑性能不但与切削液的渗透性有关，而且还与润滑薄膜的性质有关。 切削液进入切削区主要靠渗透，切削液的表面张力、粘度大，渗透性，润滑性能差；生成的润滑薄膜的强度高，润滑性能好。 由此可见，在切削过程中使用油性、极压添加剂改善切削液的性能必须考虑其反应速度，也就是说反应速度越快越好。而反应速度又与切削液的渗透能力和其中添加剂的活性以及被切削金属的化学活泼性有着密切关系。 第二节 金属切削过程的冷却润滑机理（切削液的作用） 一、使用切削液的目的 ①延长刀具寿命；②保证和提高加工尺寸精度；③改善加工面，降低工件表面粗糙度值；④随时排除碎切屑，洗净加工面;⑤迅速均匀地冷却加工的刀具、工件和机床有关部件；⑥防止工件和