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金屬加工液(切削液）基本常識緒 論 金屬加工液（切削液）主要是用來金屬的切削加工，所以也叫切削液。 目前有許多不同的金屬機械加工方法與新的技術不斷地被開發出來， 對切削油的要求也就越來越高，越來越苛刻。 最普遍的機械加工方法：1.拉削，2.攻牙，3.滾齒，4.切齒，5.鉆孔， 6.銑削，7.車削，8.鋸 9.搪磨，10.研磨。其他的加工方法或工藝可 以看作是這十種基本方法的組合或延伸。 相應地，每種加工方法就有一種或多種切削油。每種切削液都有 可能適用于多種加工方法， 很復雜。 本公司積累幾年來的實踐、 研發、 生產經驗，參考許多資料，將金屬加工液的作用、組成、配制、選用 和管理等方面的心得編寫出來，供我們的顧客參考。希望這些能對您 有所幫助。 金屬加工液的作用 在金屬加工過程中，為了降低切削時的切削力，及時帶走切削區內產 生的熱量以降低切削溫度，延長刀具的耐用度，從而提高生產效率， 改善工件表面粗糙度，保證工件加工精度，達到最佳的經濟效果，通 常使用金屬加工液。 因此， 切削液的主要作用有以下四個方面： 潤滑、 冷卻、清洗及防銹。 不同類型的切削液所體現的作用也所不同。 水溶性切削油冷卻性 能比較好， 防銹性能差； 高粘度油性切削油潤滑性能好， 冷卻性能差， 全合成油性切削油各方面的性能都很突出。 切削液的配制 一、切削油的制造與分類 在金屬加工作業中，切削油基本上可分為油性切削油、水溶性切削 油和合成切削液三大類。 （一） 油性切削油 油性切削油一般多以低粘度礦物油為基質，再與其他添加劑混合制 成，使用時不需要再稀釋。 礦物油有許多不同的種類， 而其特性也有所不同。 有些適合做切削油， 有些則不適合，中東的油與委內瑞拉的油不相同，即使同一區域不同 油井所生產的油也不盡相同。 經過種種煉制過程， 在一定程度內， 可以改變油品的特性。 但基本上， 油的某些特性是難以改變的，也就是說在添加劑加入前，我們要在不 同的基礎油中，做一個正確的選擇。 礦物油是由多種碳氫化合物組成的混合物，因為碳鏈結構的不同，而 有石蠟基、環烷基及芳烴基等幾類不同的成分類別。其中以石蠟基油 比例較高，含芳香烴較少的基礎油用來制造切削油較佳。這種成分的 油品， 可以用特殊溶劑煉制技術得到， 同時也具有高粘度指數的特性， 這種油品在高溫下，粘度較穩定。 高粘度指數的油品具有： 不易氧化，使用壽命較長。對溫度變化影響較小，在高溫下（如刀具 前端）薄膜強度較佳 對皮膚較無害 機械的橡膠部分較不易損害。 油性切削油的重要特性如下： 1. 粘度 粘度是油品維持本身稠度的能力，在油性切削油中扮演重要角色。低 粘度油較稀薄，有較好的滲透力及濕潤力，如果選擇適當的添加劑， 可使油更快速的到達切削區。并且因為稀薄，其冷卻、清洗能力均較 佳。高粘度油較稠密，分子較大，有較佳的潤滑性及較大的金屬表面 隔離能力，但是流動性及冷卻性不如低粘度油。 2. 潤滑 金屬在切削時，隨著工作材料的不同和切削速度的不同，會產生 不同的熱量和壓力，潤滑作用主要是牽涉到刀具面在滑動區間的潤 滑。潤滑過程包含三種基本機械理論： a) 液動潤滑（物理上分離） 液動潤滑是潤滑油介于刀具面和工作面之間作物理分離，并無化 學反應發生。粘度較高或較稠的油具有較大的分子，因此有較佳的分 離效果。 在刀具滑動區間有較大負荷及壓力時， 礦物油的粘度會升高， 因此改進了它的潤滑性，這種特性稱為“彈性液動潤滑”。 但是在滑動區間內，刀具與工作件在加工時所產生的壓力過高時 仍會將油擠出， 因此以具有物理上分離特性的純礦物油作為潤滑油使 用，并非十分有效的方法。單靠礦物油潤滑只能從事一般金屬之輕負 荷加工，如果要用于硬性金屬（不銹鋼、合金鋼等）加工，則需要另 外加添加劑。 b) 邊際潤滑 在邊際潤滑中，將極性物質加入礦物油中，會在工件面和刀具面 形成有化學鍵結構的有機薄膜。這種薄膜會粘附在金屬表面，因此耐 磨性比單純以油分子隔離工作及刀具的效果更好。 脂類物質早已用為礦物油添加劑，用來制成可產生合適有機薄膜 的潤滑油，脂類對改進切削有極顯著的效果，這有助于刀具壽命的延 長。 常用的脂類添加劑有油酸脂、 硬脂酸脂、 菜子油和它們的衍生物， 目前亦有為數眾多的合成脂類被使用。 天然脂類、脂酸類和它們的衍生物能與金屬表面形成單一分子薄 膜，這種碳氫鍵薄膜會形成金屬外表皮，這種膜是由金屬與脂類反應 所產生，成為“肥皂金屬”。 脂類添加劑會產生有機膜，它可以避免金屬的直接接觸，直到溫 度升高至薄膜的熔點之前都有保護效果。其溫度約在 100 - 200℃， 例如在易削鋼和銅合金等原料的低負荷加工時就會達到此溫度。 使用 在更高壓、高溫度的加工時，則需加入極壓添加劑。 c) 極壓潤滑 在大多數的切削加工中， 刀具前端溫度高于邊際潤滑溫度的范圍， 因此需要使用能產生較高熔點薄膜的添加劑。這種添加劑為無機物， 氯及硫是兩種較為常用的元素。 當使用氯、硫添加劑時，添加劑與金屬表面產生化學反應，形成 一層低摩擦力的金屬衍生物薄膜。它具有類似毛式潤滑的效果，可以 防止金屬表面的磨損及熔合， 氯膜可耐 600℃， 而硫膜可耐 1000℃。 氯、硫為極壓添加劑，氯以氯化礦物油型態加入。硫可以許多型 態加入切削油中，一般以硫化脂最為普遍。 硫化脂如討論它與金屬銅反應情形， 可區分為“活性硫”和“非活性 硫”二種，活性硫會造成銅銹，非活性硫因為硫與脂結合物化學安定 性高， 所以和銅不反應。 硫也可以用溶解方式來加入礦物油或脂肪中， 在這種情形下，活性極大，此種混合物一般成為“硫化油”。 經過實地觀察得知，如果將硫和氯二者加入切削油中，比個別只 加入一種的效果好。確切的原因并不十分了解，可能的解釋是硫可將 加工溫度降低至某個程度，在那溫度下氯的效果極顯著；亦可能是混 合型態的硫/氯所形成的薄膜較強，故而有較佳的潤滑性。 切削油中的硫及氯在切削區之前，亦可能以滲透方式進入金屬結 構中，因此降低了金屬強度，使切削加工易于進行。 大部分有關邊際潤滑和極壓潤滑的數據及理論都是對鐵材料和鐵 合金而言。對大部分其它易加工的金屬，平常是不需要使用極壓添加 劑的。 （二） 水溶性切削油（又稱乳化油） 一般水溶性切削油為濃縮液，使用時再依需要比例加水稀釋。稀 釋后的水溶性切削油稱之為乳化液。水溶性切削油的組成為礦物油、 乳化劑、防化劑、防銹添加劑與其它添加劑。 礦物油和乳化劑混合，加入水中會發生乳化作用，形成水包油型的 懸浮液（O/W），這種溶液稱為乳化液，礦物油的選用和油性切削 油相同，需要含有較少的芳香烴基。 一般使用的乳化劑是脂肪酸皂混合磺化油或非離子性乳化劑，這 種組成有較大的污染包容力和極佳的乳化安定性。 早期以肥皂當乳化 劑，但是它對金屬屑和鹽類的安定性極差。 許多肥皂與礦物油并不相溶，因此要加入一些共溶的溶劑使二者 可以互相溶解，這種有融合二種物質特性的添加劑稱為偶合劑。傳統 的偶合劑含有酚基如甲基酚、二甲基酚，但是酚基會產生異味；不當 的使用，容易造成皮膚病，所以，目前已經改用不含酚基的偶合劑， 如合成醇等。除此之外水溶性切削油里還添加防銹劑、防腐劑和消泡 劑。 在顯微鏡下會發現乳化液并不是溶解液，而是油滴懸浮或分散在 水中。每一個油分子表面有層負電荷，可以防止油滴合并，這種功效 維持了水性切削油的安定性，負電荷的形成，以肥皂水為例，肥皂分 子是由斥水性碳氫化合物，鍵結一個親水性負極，使肥皂分子外形像 蝌蚪。 斥水性正極（尾部）深入油滴中，親水性負極（頭部）存在于油/ 水交界面， 因為同性電荷相斥， 油滴雖然在溶液中游走， 但不會接觸， 因此形成乳化液的安定性。 乳化液依懸浮油滴大小來加以區分，如果油少、乳化劑多，則油 滴較�。蝗绻投唷⑷榛瘎┥�，則油滴較大。 乳狀乳化液油滴較大約 2-4?m，因為反光較差，所以呈現白色。 澄清乳化液油滴較小約 0.5-1.5?m，因為光線較易通過，所以呈澄 清狀。 乳化液安定性的維持是依靠油滴外層負電荷互相排斥而產生安定 性，因此任何電荷中性劑的介入，都會破壞它的安定性。 乳化液最大的敵人是酸和鹽類， 當這些具有雙電荷的物質介入時， 會分解為正離子和負離子，這些為數眾多的離子，會破壞油滴負電荷 層的平衡，使油滴合并，產生沉淀。 酸堿值（PH 值）是衡量液體酸性和堿性的指數，純水為中性， PH=7；酸的 PH<7；堿性的 PH>7。大部分可溶性切削油是由肥皂 硫化物和非離子性乳化劑混合而成，一般為弱堿性，PH 值介于 8.5~10 之間。PH 值較高時，容易使皮膚脫脂造成傷害；PH 值較 低時，會使乳化液失去安定性。 極壓水溶性切削油：在水溶性切削油中加入硫及氯的添加劑，它 的成分和油性切削油類似，這種油品稱為極壓水溶性切削油。這種油 結合冷卻性和極壓潤滑性，可以使用于重負荷加工；在某些情況下， 可以代替油性切削油。因為具有廣泛的切削能力，極壓水溶性切削油 非常普遍地用于多種切削加工中。 （三） 合成切削油 這一類的切削液完全沒有油的成分，如早期以蘇打灰和其它無機 物與水混合的肥皂泡沫水，一般也稱為化學溶液。因為沒有真正的潤 滑能力，一般只用于僅需要基本冷卻性能的研磨加工中。最近已開發 出含有水溶性合成潤滑劑的新型合成冷卻液， 這種產品仍然屬于全合 成切削液型態，雖然不含礦物油，但兼具有水溶性切削油和油性切削 油的優點和缺點。 如果妥當地調配， 在某些情形下有極高的使用價值。 全合成切削液是由聚合物和其它有機物和無機物與水混合而成 的。經過證實，它們具有極佳的冷卻性和潤滑性，尤其使用在極高速 度切削加工時，效果更佳；合成切削液在高速數控工具機和表面切削 速度超過 200m/m 的鐵材加工上特別適用。因為是水溶性而不是乳 化液，合成切削液并不像水溶性切削油一樣會產生敗壞現象。也因為 不含有礦物油成分，所以在使用時不會產生氣體，不發煙，也不會有 分離現象。 （四） 調水濃度使用原則 水溶性切削油經加水后，成乳化液油，可兼顧冷卻性和潤滑性， 用于一般加工最合適，使用濃度 5~10%，一般以 5%使用最普遍。 澄清水溶性切削油、合成切削液，使用在研磨加工或需要良好冷卻性 和濕潤性，但并不十分要求潤滑性的加工上，使用濃度為 1-2%。在 高速切削加工時， 全合成切削液使用濃度約 2-3%，這樣才能提供足 夠量的極壓添加劑供切削區使用。 一般來說，使用時請依照生產廠使用說明書，因為那是經過周詳 的考慮和試驗的結果。 使用適當粘度油性切削油和適當濃度的水溶性切削油、合成切削 液來加工，才是明智之舉。 二、配制 水溶性金屬加工液應該是隨用隨配， 不能將已混合的乳化液放置過長 時間。應該先在槽內注滿水，然后緩慢加入濃縮液，邊加邊攪拌，使 之混合均勻。 在配制水溶性金屬加工液時， 還要用無機堿如： 磷酸鈉、 氫氧化鈉或碳酸鈉， 或有機堿如 MEA、 TEA 或 MDEA 或緩沖體系如： 硼酸酰胺、磷酸酰胺或脂肪酸胺鹽調 PH 值至 8.5-9.5 之間。 PH=9.1-9.4 細菌繁殖速度最��；PH≥8.5 防銹性好；PH≤10.5, 對手燒傷較小;PH<8,對鋁腐蝕小。 油性切削油在配制時功能添加劑需要加熱。 切削液的選用 切削液的選用主要是根據切削類型、機理、切削介質、切削工具和一 些必要的原則來進行的。 在金屬切削當中有四種物質互相作用： （一） （二） 空氣 切削工具 （三） 金屬工件（四）切削油。 （一） 空氣 空氣含有 2%氧，和大多數金屬反應產生氧化層。通常此反應是 隨即發生的，而且最初含氧化層是看不見的。但當鐵金屬氧化反應完 全，最后可看到銹的形成。在很多案例中，氧因能減少切削阻力，而 能真正協助切削的進行。 由實驗得知，對于一般金屬來說，在真空下進行切削，其阻力比 在空氣中來得更大。而從務實觀點來看，無論如何，空氣的存在是不 可被控制或調節的。 （二） 切削工具 在金屬加工方面有四種金屬基本切削工具，我們依據不同的加工 作業，不同的加工金屬而選擇不同的工具。通常使用的切削工具材料 包括高速鋼、鑄合金、碳化物、陶瓷和鉆石。 要做好切削作業，切削工具需要在切削時能忍受高溫。大部分金 屬及物質在高溫時會失去硬度， 金屬切削工具及其它材料切削工具也 是一樣。 另一影響切削工具因素是硬度與軔度間的關系。 硬度是指工具在切削時，抵抗磨損的能力。而軔度則是指震動負 載下， 工具不裂壞的能力。 例如在不連續切削過程中， 工具材料越硬， 越易碎。 越硬物質越易碎，但也越能抵抗磨損，在切削中也越容易斷，切 削工具的選擇必須平衡硬度和軔度。同樣，切削工具的選擇也會影響 到切削油的選擇。 我們可以由以下關于切削刀具的說明中， 對此有更進一步的了解。 1. 高速鋼 使用中速度切削操作，其速率約為 70m/m。高速鋼是含有諸如 鎢及鉻元素的鐵合金，以增加其硬度和抗磨性；即使如此，它們硬度 和抗磨損的品質因溫度高過 600℃以上， 而降低到令人不能接受的地 步。但可使用水溶性切削油，以保持其作業溫度低于 600℃。 2. 鑄合金（鉻鈷鎢） 這些合金是非鐵元素，以鈷為基礎。當其溫度高過 600℃時，比 高速鋼更硬、耐磨性更佳。此可用于高速切削，也可用于不易切削的 合金及產生高溫的切削作業。 鑄合金對于溫度巨變非常敏感，例如切削作業的突然中斷。它們 較適合于連續切削操作，可使用水溶性切削油。 3. 碳化物 廣泛使用在金屬加工工業，它們通常被稱為燒結碳化物或超硬合 金。它們是由鎢、鈦、鈮、鉭之碳化粉加在鈷模具中以高溫加熱燒結 而成。改變金屬碳化物之比例及類別，則可產生不同類燒結碳化物。 燒結碳化物被使用因為在高溫 1000℃時，仍保有硬度及耐磨性。 它們通常被用作嵌放入或可替換的切削刀頭， 每一種刀頭都有不同的 形狀及角度，隨著不同的需要，它可以重新安裝、儲存。 另一種簡便的制作方法就是在切削刀頭上覆蓋一層碳化物，它的 制作方法是將鈦碳化物以蒸鍍的方法覆蓋在傳統的碳化物刀具上。 這 種方法制成的刀頭有很高的抗磨性，而刀具本身也不易碎裂。 碳化物工具常與水溶性切削油共同使用，但必須謹慎選擇。某些 添加劑是會腐蝕覆蓋鈷的金屬。 4. 陶瓷/鉆石 陶瓷切削工具主要成分為氧化鋁，能在高溫保有它們的硬度及耐 磨性。但是，諸如前述，物質越硬越易碎，這使得陶瓷工具不適合不 連續切削或震動負荷及溫度劇變。， 加工時可使用非水溶性切削油（油性切削油）或完全不使用切削 油，避免使用水溶性切削油。 最硬的切削工具是鉆石，但是它也易碎。鉆石能從事含量高的鋁 加工作業，這種合金因含有硬的硅粒子，會很快地磨損碳化物工具。 它也適用于非鐵物質之研磨加工，諸如石頭、水泥。 鉆石在高溫可被氧化，所以，對加工較難的合金不適用。因為它 特別硬，所以常應用在研磨上。油性切削油或水溶性切削油或合成切 削液都可被使用。 （三） 金屬工件 現在金屬加工實物包括切削各種金屬、合金，每一種都有它們的 物理特性，有些易于加工，有些不易于加工。此機械加工性之等級乃 是表示加工的難易程度，不一定正比于金屬或合金的硬度。 當然，每一金屬有它的機械制造性，并且關系于切削油種類的選 擇。 1. 鑄鐵 一般的灰鑄為主要成分，外加一些散布的石墨。鑄鐵易于加工制 造，而且不用切削油也可以切削，但容易產生廢細層及黑色層粉。 可以煤油作為切削油，通常用過濾器把廢屑及層粉濾去。也可以 采用特別設計的水溶性切削油或合成切削液， 其形成清晰溶液或乳化 液，穩定性高，不會和鑄鐵粒子起作用。 2. 球狀鐵（SG） 另一種不同型式的灰鑄鐵是球狀鐵或 SG 鐵，常用來制成引擊體 或其他零件。由成分較多之鐵加上球狀散布的石墨組成，與灰鑄鐵一 樣易于加工，但比灰鑄鐵有較大的拉長強度及韌性。 如同灰鑄鐵一樣會產生廢屑及塵粉，我們也可以使用與灰鑄鐵類 似的切削油。 3. 鋼 我們這里所談到的鋼包括一些常用的金屬，但是不包括不銹鋼。 鋼的機械加工性范圍很大，所以切削油也廣泛的有選擇性，且必需考 慮到鋼的特性。鋼的含碳量越高，硬度也越高。然而金屬越硬，機械 加工性越差。 例如碳含量從 0.3%到 0.6%， 一般使用水溶性切削油。 再增加到 0.6%以上，則須要使用具有極壓添加劑之切削油。熱處理 及硬化加工會影響到機械加工性，合金如鎳和鉻常被用來硬化鋼材， 它們也會使機械加工性減小。 在另一方面，例如錫或硫也可能增加鋼的機械加工性，系所謂的 易削鋼。硫產生硫化錳粒子，在剪力平面上打開了微小裂縫，在主變 型區減少了剪切抗力，鉛也具有相同的效果，易加工鋼通常是使用水 溶性切削油或合成切削液。 4. 不銹鋼等 不銹鋼、耐熱合金及鎳合金是鋼中較特殊的，含有高含量鎳、鈷。 它們硬且低熱傳導性，此使得在碎屑中形成高溫，及工具與碎屑交互 面的溫度也很高，工具磨損很快。減少工具磨損可由放慢速度及控制 好給進速率，以避免加工較硬的工件時，工具的過度磨損。 油性切削油特別是含有高極壓添加劑者是此類鋼中主要切削油， 需要注意的是某些切削油含有活性硫，能使高鎳含量合金產生污點。 5. 鈦合金 鈦及鈦合金比不銹鋼更不容易加工，具有非常低的熱傳導性，在 切屑及工具之界面上溫度很高，鈦在壓力下有與切削工具熔接的傾 向，會使工具提早磨損。 這些總的解決方法都是采用較低切削速度，及采用高極壓添加劑 含量的切削油。 6. 鋁及合金 純鋁是很難加工的，因其常常粘在刀具上。工業用鋁一般均為鋁 合金，鋁中含少量銅可大大增加機械加工性。 油性切削油及水溶性切削油均可用來加工鋁合金，油性切削油應 該選擇低粘度，且含有脂肪或氯添加劑者，它們可以幫助滲透或減少 切層與刀具的熔接。水溶性切削油應該選擇加有脂肪添加劑，并且其 乳化液的 PH 值不應太高。因為 PH 值太高，會使鋁的表面起污點。 有些鋁合金含有高量的硅（8-16%），加入如此含量的硅可降低 熔點及粘度，使得壓鑄作業更加容易。但是由于合金本身軟，加上硬 硅粒子，會造成刀具快速磨損。極壓水溶性切削油適用于硅含量高的 鋁合金切削作業，這種水溶性切削油含有較多的氯及脂肪添加劑。 7. 銅及合金 純銅就像純鋁一樣粘，因此加工不易。純銅也產生長且連續的切 層，這種切層會干擾切削過程，但此問題可由加硫或鉛來克服。 黃銅為鋅及銅之合金，易于加工，產生不連續之切屑，它的機械 加工性會因鉛的加入而增加。 一般來說，黃銅及銅可用水溶性切削油來加工。 有些切削油含有強堿、脂肪酸及硫，它們對銅有腐蝕作用，所以 選擇適當的油是很重要的。當非常注重表面光度時，可選用無腐蝕性 之水溶性切削油或低粘度含脂肪礦物油的切削油。 加工困難的合金包 括青銅合金及含有鎂、鋁、磷之合金，則可使用極壓添加劑和脂肪含 量較高的油性切削油。 8. 鎂及鎂合金 鎂及鎂合金易于加工，而且容易產生加工碎層。很重要的一件事 是應避免切削時所產生的高溫，因為高溫會使鎂燃燒。 由這點來看，水溶性切削油似乎較理想，但是水中的氧會與刀具 的尖端的鎂因高溫發生反應。因此水溶性切削油從不使用在鎂加工 上，正確用油是低粘度油性切削油。 三、切削油如何配合工作 金屬加工成型就是以機械切削方法將金屬的一部分切除，以改變 其外型。而任何一種切削方法的基本物理意義差異并不大，事實上真 正的差異在于切削速度、切削角度及外觀，當然切削方法、工件材料 及切削工具的使用，亦有所不同。 在大多數情形下，我們首先要決定的是應該用油性切削油、水溶性切 削油或合成切削油。 而最后決定因素常常只是簡單的考慮到工廠的目 前設備、衛生的顧慮、使用者的嗜好和經濟上的因素。 目前有許多不同的金屬機械加工方法與新的技術不斷地被開發出 來，在此我們列出 10 種最普遍的機械加工方法，然后依據它們在加 工時對潤滑及冷卻不同程度的要求，將它們依順序排列起來，而潤滑 及冷卻當然就是切削油的兩大功能。 1. 拉削 拉削包括一系列低速度、淺薄的切削作業，和其它作業比較起來， 它的溫度較低。人們往往只使用氯當做極壓添加劑，因為在切削區域 溫度較低，常不能使硫發生效用。另一方面，切削油相當不容易接觸 到切削區域，所以切削油的選擇必須要有很低的粘度，使它們有良好 的滲透性及滋潤性。 如果是拉削容易加工的金屬，就可以使用輕度含氯量水溶性切削 油或油性切削油。對于比較難加工的金屬，例如耐熱鋼，不斷的淺薄 切削使得鋼表面變硬， 因此我們必須使用一種含有高極壓添加劑的切 削油。水溶性切削油因為過于稀釋無法含有足量極壓添加劑。所以我 們常常選擇使用低粘度，含有多量氯添加劑的油性切削油。 2. 切齒及滾齒加工 在切齒及滾齒加工中，刀具及切屑承受很大的壓力，在這種加工 中，切削區域的潤滑作用是最重要的事。對于一些易削鋼及較易加工 的金屬，我們可以使用水溶性切削油或油性切削油。但是對于一些較 難加工的金屬，例如高張力鎳、鉻，或其它合金，就不能使用水溶性 切削油，正確的選擇應該是含有很多極壓添加劑的油性切削油。 3. 鉆孔 適用于鉆孔加工的切削油， 應具有較低的粘度及較低的表面張力， 能充分的滲透到切削區域，同時將廢屑帶出。當在易于加工的金屬上 鉆孔時，我們可以使用水溶性切削油或合成切削液。對于一些較難加 工的金屬，則只能使用含有極壓添加劑，低粘度的油性切削油。 4. 車削及銑削 車削及銑削是一種中負荷的加工作業，是許多單點加工作業中的 一種。一般而言，這兩種加工作業沒有什么特別的問題，選擇切削用 油最好的方法是依據加工的材料而定。 以鑄鐵為例，這種材料很容易加工，甚至可以不用切削油就可以 加工，使用切削油可降低其溫度，但最大的功用是攜走切削的廢屑。 切削油的潤滑作用，并不很重要，使用水溶性切削油或合成切削液就 足夠了。 如果是車削或銑削中等加工困難的金屬如易切削低碳鋼，需要較 高潤滑效果，同時也需要能將切削屑帶走，對于這類金屬，可以使用 傳統的乳狀水溶性切削油或含脂的低粘度礦物油。 如果是非常難處理的金屬如不銹鋼、鎳及鈷合金，在加工時會有 高熱產生，因此切削油應含有硫及氯，宜使用含有極壓添加劑的水溶 性切削油或油性切削油。油性切削油應具有中等粘度，使用切削油在 滲透力及潤滑性上能取得最好的平衡。 5. 研磨 以切削油的觀點來看，研磨就像一系列小的高速切削加工，所以 有時稱它為多點切削。其溫度相當高，高溫下大部分的熱量都被工件 所吸收。對研磨加工而言，冷卻是非常重要的。高溫如果沒有適當的 控制，會改變工件的外形。此外，切削油必須有潔凈劑及良好的滋潤 效果。能滲透到研磨區域清除磨輪上的磨屑，而且能防止磨輪變得光 滑而喪失其磨削效果。同時，它能使那些小的碎屑及雜質要能很容易 地和切削油分離。 一些容易加工的金屬，例如鑄鐵及易削鋼，是很容易研磨的，我 們一般使用一些透明水溶性切削油或合成切削液就可以了。 這些切削 油的主要目的是降低工件的溫度，維持磨輪清潔，在加工時清除磨屑 及金屬屑；同時在研磨前后防止工件生銹、腐蝕。 研磨一些比較困難的金屬，例如不銹鋼及高鎳合金，這些金屬是 以粘著稱，因為在非常高的溫度之下，這些金屬會蝕化，而附著在磨 輪的摩擦顆粒上，因而造成磨輪光滑，失去摩擦力。 為了避免這種情形發生， 切削油除了應具有冷卻及清潔的功能外， 同時也要具有潤滑的功能。因此在研磨的切削油中，應該加入氯及硫 極壓添加劑。在這里硫是特別重要的，因為磨輪和工件摩擦時，溫度 相當高。 針對這些較困難的金屬，常使用含有上述添加劑的水溶性或油性 切削油。 而油性切削油的基礎油粘度應該是非常低， 以確保它能滲透、 冷卻，并且能攜帶添加劑到研磨區域。 在研磨加工中，制成品的品質受到切削油影響非常大。在一般比 較粗制的研磨作業中，加工主要目的的將大量的金屬磨除。在這種情 形下，切削油需要較少的潤滑特性，而需要較大的清潔能力，以確保 磨輪的清潔，適用的產品為透明水溶性切削油或合成切削液。 對于要求制成品品質相當好的研磨加工，切削油應具有更多的潤 滑效果。 可以選擇使用含有更多添加劑及較高濃度的水溶性切削油或 低粘度油性切削油。 6. CNC 機器及自動多功能機器 這些多功能機器的引進，使用我們對切削油的選擇應更加小心。 因為只選用一種切削油卻必需適合于一臺機器內多功能的切削作業。 實際上，我們是針對那個最困難的切削作業選擇切削油，換句話 說，對同一臺機器內其它的較容易加工作業而言，是不需要使用這種 高規格的切削油。 7. 決定使用何種切削油的其它幾個參考條件 由上面的說明，您可以知道對于大部分的切削加工而言，切削油 的選擇并無一個明確的標準。 對一些極端的情況， 例如高速磨床加工， 沒有其他選擇，您一定要使用水溶性切削油。另一種極端的情況，例 如高負荷的加工，人們也沒有選擇，一定要使用有極壓添加劑的油性 切削油。 但是，對于一般性的機器加工而言，我們可以使用油性切削油， 也可以使用水溶性切削油。 以下幾項因素可以幫助我們作決定選用何 種切削油。 （1） 機器類型 一些設計簡單的機器，?如機力車床、方角車床、銑床及鉆床，它 們的給進驅動裝置和切削區域距離很遠或互相隔離。換言之，切削油 流動的區域限制于切削區域附近， 而不會接觸到滑道系統或機械的其 它零件。在這種情形下，我們可以使用水溶性切削油或油性切削油。 對于一些較為復雜的機器，例如一些自動車床及齒輪切削機器， 切削油必須同時用于潤滑機器滑道及接近切削區域的其它零件， 對于 這種機器最好使用油性切削油。 （2） 工作中切削油注意事項 油性切削油不需要特別的注意，只要常常添加就可以了；而水溶 性切削油卻需要常常注意它的乳化強度、酸堿值、其它油流入污染及 細菌含量。這需要做一些簡單的化學儀器試驗，一般小工廠可能不具 備這種設備，而潤滑油公司卻常常能提供這方面的協助。 （3） 經濟性 在選擇潤滑油時，另一項的顧慮就是經濟性。水溶性切削油可能 最初看起來比較便宜， 因為它大部分是水。 可是， 事實往往不是這樣， 乳化液控制不良、乳化液效果降低、管理不良等等其它因素都會造成 水溶性切削油乳化液壽命減短。 看起來選擇適當的切削油是一個復雜的過程， 可是它并不如聽起來那 么煩雜。 平常我們是運用刪除法來做決定， 而且有很多前例可以遵循， 同時可以由切削油供應商那里得到許多建議及指導。 （4） 衛生 衛生問題必須加以注意，因為有些工廠的衛生條件較差，在這種 情況下，比較不適于使用水溶性切削油。因為這些工廠可能是細菌的 溫床，會造成乳化液的分解及產生令人厭惡的臭味。 （5） 作業人員的接受性 如果使用方法正確，水溶性切削油或合成切削液使用起來比較合 適，因為它沒有一些油性切削油會有的油味及臭味的情況。而一些皮 膚過敏的作業人員，接觸到油性切削油可能會有過敏的問題，這也是 使用水溶性切削油的另一項原因。 切削油的管理 1. 儲存 切削油應該儲存在干凈、密封的桶中，外加覆蓋，以避免日照或 滲漏。這些容器應該清楚地標示，以分辯它們的成分。儲存時必需橫 置， 以避免水分進入。 如果以直立式來儲存， 則應用蓋子適當地遮蓋。 儲存這些油的地方，必須有足夠的 B 型滅火器（即泡沫滅火器）或 B.C.F。這些滅火器的數目的多少，都依據儲存區域大小及當地對于 可燃及易燃液體的有關法令而決定。 有時會有溢出的情形發生，所以應隨時備有一種惰性硅藻土吸收 劑。應盡量避免用鋸屑去吸收流出物，因鋸屑會與油混合而有自燃傾 向。同樣地，棉花也會與油產生自燃傾向，所以這些東西不可以儲存 在油儲區域。 切削油基本上是惰性的，但它們能像其它有機物一樣與氧化劑發 生反應。在有些地區如澳大利亞，氧化劑被標明為黃色危險物品，標 有此警告的危險容器不能和切削油在同一區域儲存。 2. 混合水溶性油 水溶性切削油應該是隨用隨混合，不能將已混合的乳化液放置過 長時間。雖然混合水溶性切削油是種直接的程序，但是一些簡單的規 定應該被遵守。第一，應該將油液倒入盛有水的桶里，不可將水倒入 盛有油液的桶里。如果是硬水的話，必須在加入油液前加入軟化的化 學品。 其次，算出水溶性油所需之量，然后逐漸地加入水中，當加入時， 保持攪動， 直至全部倒入。 從頭到尾正確的攪拌要領是上下翻轉運動， 而不是旋轉運動。當用槳葉來攪拌小量液體時，以慢速攪拌較適合。 當任何困難發生時，你的切削油供應商能提供較多的資料，并且協助 使用適當的方法。 切記:一定是把水溶性切削油加到水中， 不可以把水加到水溶性切 削油中。 水的硬度是一種測量標準，它測量溶解在水中的無機鹽濃度，這 種無機鹽能與肥皂反應，產生浮渣。亦可與水溶性切削油反應，導致 乳化劑分解。理想狀態是用軟水來沖調水溶性切削油，但是現代的水 溶性切削油已被設計成能與中度硬水混合使用。 在非常硬的水中混合時（水硬度超過 150ppm），參考下表可加 入軟化劑到水中，此方法為：在水溶性切削油加入之前，先將每公升 100 克的蘇打粉（碳酸鈣）或把每公升 300 克的一般蘇打（含有 10 個水分子的碳酸鈉）加入水中。混合處理過程為一小時，然后將沉淀 鹽分析出，把溶液上面清水輕輕倒出，以便用來制造水溶性乳化液。 在硬水區域，最好的方法是裝置水軟化設備。“混合床”系統是較受歡 迎的，因為可將所有離子從水中移除，產生非常純的水。此設備尤其 適用于水蒸發比較快的系統，因為它可以馬上補充水分，所以是一種 理想的設備。如果沒有馬上補充水分，則會導致硬水濃度增加。 我們建議你與切削油的供應商討論有關軟化水之程序。 3. 細菌控制 導致水溶性乳化液不穩定的原因之一是細菌的存在。這些細菌可 靠吃切削油內的脂肪成分、腐蝕抑制劑及乳化液其他的成分生存。如 果沒有控制好的話，它們能以很快的速率增殖。所產生的化學變化， 使乳化液變得更酸，破壞了乳化穩定性，并且造成金屬腐蝕。 細菌生長產生令人不愉快的副產品是酸味，最糟的味道是由一種 叫硫酸還原菌的滋生。它們生長在氧含量低的乳液中，并且產生硫化 物氣體，此氣體有時被成為“星期一早上臭氣”。 乳化液因工廠停工、假日或周末而會變得不穩定，如果我們在油 槽中安裝空氣幫浦或自動攪拌器，連續緩慢地攪拌，乳液會與空氣混 合，可降低細菌生長速率。細菌控制最重要的方面是清潔，廢屑會聚 集在切削液底部，把切削液內之溶氧降低，使得它更適于細菌生長。 滲漏油會留在切削乳液表面，使乳液和空氣隔離，它減少了乳液 內的含氧量，創造了適合細菌生長的有利條件，因此必須盡可能地防 止。食物碎層及其它一般廢物也可增進細菌生長，所以不可把它們投 入切削乳液內。 4. 滲漏油控制 要使切削油充分發揮效用， 在加工過程中應保持非常良好的控制， 特別是有關滲漏油方面的問題。 滲漏油是種滲入或流入切削油系統的 外來油，它來自一般潤滑所用之礦物油或液壓系統，少量滲漏油會導 致水溶性切削油產生一些問題。 滲漏油聚集在乳化液中乃是潤滑油及液壓油滲漏的一種信號。此 現象可由定期檢查，定期保養及適當的照顧來避免。 此外，滲漏油是造成乳化液產生的三個問題之原因： （1） 乳化液負擔過重 （2） 阻塞導管 （3） 細菌會分解乳化液 當乳化液中的乳化劑再乳化滲漏油，則造成乳化劑負擔過重，破 壞了可溶性與非可溶性兩方面的平衡， 導致乳化液不穩定或乳化液破 解。 乳化劑負擔過重也會造成導管阻塞，這種不穩定會造成乳化劑中 非水溶性金屬皂類的分離，使得非水溶性金屬皂類沉積在導管兩側， 當較多皂類被沉積在此層時，導管阻塞隨即發生。 在特殊例子中，必需用清潔劑來清洗切削油導管系統。此操作必 須在停工時進行，也因此降低了產能。滲漏油產生的另一個問題先前 已提過，那就是滲漏油浮在乳化液上，隔離空氣，產生了適合細菌快 速生長的理想狀況。 5. 碎渣及污穢物 由于大量的細屑產生及工件光度的嚴格要求，因此，在大部分的 研磨及搪磨加工都應該裝上清潔及過濾設備。 濾網是大部分機械工具 最基本的設備。很多操作不會受切削油中停留的細粒子所影響，而較 大的碎屑由于地心引力關系，也很容易就被分離出，使用這些濾網就 足以完成過濾清潔的任務。 為了要有高表面光度的制成品，我們常使用油性切削油，在研磨 上會有碎渣及污穢的問題。由于油性切削油的粘度較高，所以水性切 削油容易積存殘渣。油性切削油也較能長久使用，因為比較能容忍有 害物質的聚集。利用一個旁通管路，設置離心機或凈化器便可解決此 一問題。 6. 切削油的給油方式 在許多加工作業上，切削油的給油速度可以慢速度，使大量的切 削油沖刷切削區域。一般而言，較快流速能提供最佳的冷卻、清潔效 果。高壓噴射方法輸送切削油，一般用于高速切削等作業。 另一方面，采用噴霧的方式輸送切削油到工具及工件，可以達到 滿意的冷卻效果。當從事深孔、搪孔加工或使用空心柄工具時，這都 需要采用高速的給油系統。在切削油輸送系統中完善的擋板是必需 的， 沒有它們， 操作者會把切削油流速減低， 以避免濺到自己； 如此， 也減少了切削區域的冷卻效果。此結果會產生令人不愉快的蒸氣，并 且對工具造成傷害。 特別是油性切削油有時會有蒸氣或過熱情形發生，其原因不是很 明顯，但可能與下列條件有關：切削油狀態、流速、輸送到切削區方 式，操作者的適應性、加工速率、切削工具等。 這些可能有麻煩的地方——被檢查后，沒有發現任何問題，最好 向切削油制造商尋求建議。 油性切削油和水性切削油都會起泡沫，通�？赡苡斜悯脒^度猛烈 轉動、噴嘴口的限制、不共溶的油相混合（生產時將水溶性油換成油 性油，或油性油換成水溶性油）、水溶性油乳化過程中不正確的使用 空氣攪動方法等的原因。 7. 切削油的處理 和水溶性切削油比較，油性切削油相對地易于處理。廢油可由機 器集油槽和殘屑處理槽收集，固體物質可用過濾法、離心法或磁化法 分離。通常把費油裝在桶中，固體當做廢物丟棄。 大多數廢油可用作燃油，或者噴在燃煤上面處理，但是含氯油， 因為會產生酸性物質，所以不可以用燃燒法處理。 水溶性切削油處理較為困難，因為大部分的地方政府不允許倒入 河川、水溝和下水道，我們可以用下面兩種方法處理： 第一、 外包廠商處理，這是最簡單的方法，但是由于可以傾倒的 地方越來越少，越來越遠，所以花費會變得很貴； 第二、 乳化液的化學分解，這是目前唯一被接受的處理方法。在 化學分解當中，乳化液加入小量的化學藥劑而分離成油和水。成分較 少的油可由燃燒而處理掉；水占了 95%的體積，在取得地方主管許 可后，可以倒至下水道中。跟油含量標準一樣，當地主管機關需要考 慮其重金屬、酸堿值、溫度、生化需氧量、酚及其它化學含量，向地 方主管官員請教是必需的。 無論用何種方法處理，都是昂貴且無生產力的。當使用水溶性切 削油時，最好使用高品質的水溶性切削油，它的使用壽命長。保持清 潔及遵守本章所述的指導方針，更可以延長切削油的使用壽命。 五、切削油的使用安全 金屬切削過程需要所有有關人員，例如：作業員、裝配員、工廠 經理的注意及關心。由于我們每天接觸油品、化學品、有害的金屬顆 粒，所以必須留心以確定這些不會造成身體健康的危害。 在切削油作業加工中，要確實保持個人健康，應注意下列各點： 作業員對于衛生的態度、正確的控制、正確的工作場所設計，使得作 業人員不致暴露在危險下。有責任感的切削油化學家，會充分了解到 金屬加工作業時的健康顧慮， 因此會在他們知識范圍內及有限可選的 原料范圍內，將切削油成分中對身體健康、對人們的危害降到最低。 可是事實上， 沒有任何一種物質能保證在任何環境下對任何人都沒有 副作用。特別是在每星期六天，每天八小時長時間的暴露。 在切削油方面， 問題在于外來的污染物也會跑到切削油里去。油、 化學品及其它切削油污染物可能被人們食入、吸入、或者皮膚、眼睛 的接觸而進入人體。對于金屬切削加工工人，最常見的是皮膚接觸。 1. 皮膚問題 有很多來源導致皮膚問題，例如細菌或濾過性病毒傳染、虱或疥 癬之蔓延、不同種類之燒傷及皮膚炎。 皮膚炎是皮膚問題的一種通稱，它涵蓋許多不同的皮膚問題包括 皮膚發炎。造成皮膚炎的原因很多，例如在工廠觸摸工業原料，在家 中接觸到油漆、樹脂、燃料、化妝品、果園噴霧器。甚至于果園植物 也會造成皮膚炎。所有皮膚發炎中只有大約三分之一的由于接觸顏 料、環氧樹脂、溶劑或切削油所造成，且并非全部和工作有關。 由接觸所造成的皮膚炎，我們稱為接觸皮膚炎或外來皮膚炎，有 30%-40%是由于皮膚敏感人的過敏反應， 完全避免這種皮膚敏感是 很困難的。因為他們即使是接觸到一點點敏感物質就會引起反應，導 致皮膚炎。 如果一位員工常常患皮膚炎，而他常常和切削油接觸，假如對他 作一些醫學上的測驗， 我們常常可以確定他對于化學品或油劑有過敏 癥，不適合從事與金屬切削有關的工作。剩下的 60-70%的接觸性 皮膚炎是由于接觸到刺激物所造成， 這包括使用金屬切削油時所發生 各種皮膚不舒服的情形。 物質對于皮膚的刺激能力，隨著接觸時間、物質的性質、接觸數 量、位置、皮膚的厚度、皮膚的情況等因素而不同。 對大部分人而言，短暫而且偶爾與切削油接觸，再加上有良好的 個人衛生習慣， 應該不會有任何問題。 無論如何， 天天和切削油接觸， 每周工作六天，在這種環境下，自然而然增加了皮膚問題的機會。如 果采用良好的保護措施及預防措施。 大部分的作業員在他們一生的工 廠生涯中，將不會有任何皮膚問題。 另一個需要顧慮的是廢屑，這包括了金屬廢屑、磨輪上的碎屑、 鐵銹粒子等等。如果這些廢屑留在皮膚表面，或是清潔皮膚時將廢屑 刺入皮膚，這些廢屑會導致皮膚的擦傷或刺激皮膚。在工作后，我們 建議您使用高品質、脂狀或膠狀的清潔膏來清除這些廢屑。 廢屑也會堵塞皮膚毛細孔，當人流汗時情況會更糟，因而造成毛 囊及汗腺孔發炎，形成一種稱為毛囊炎的皮膚炎。另一種較不常見的 問題是皮膚擦傷，某些切削加工機械會不斷地摩擦手指尖或手掌，因 而造成暫時性的失去皮膚表層，皮膚也因此變得更敏感，而且更容易 受到刺激、擦傷。這可能會造成一種惡性循環，最好的方法就是盡量 減少不必要的摩擦。 同樣的問題核能是由被浸濕或很臟的工作服造成， 尤其是內衣褲。 一般而言，衣服被油浸濕的原因可能是因為機器的擋油板設計不良， 沒有使用或使用錯誤的擋油板，或是切削油噴出的壓力過高。 有時一位新作業者，甚至一位老手，在操作不熟悉物品時，可能 皮膚會暫時受到刺激而紅腫，事后紅腫會消退。通常這只是一種正常 的適應新工作環境的過程，但是這種事情還是應該報告出來，以防止 由于更改工作環境而造成皮膚過敏的發生。對于在工廠工作的人而 言，受傷的皮膚未經治療，無論是割傷或擦傷，無論傷口多小，都是 一種潛在的危險，沒有治療的傷口可能被感染。因此，一個未治療的 傷口可使切削油或其它物質直接進入人體， 大大的增加健康問題的危 險性。 攻擊金屬切削油的細菌很少會對人體造成影響，主要對人體的威 脅是來自切削的廢屑及某些特別的細菌，它們以切削系統作媒介，而 跑到傷口里去。在工作時受傷，無論是切傷或擦傷，無論傷口多小， 都應立即得到專業化的治療。 在切削加工時，我們會接觸到稀釋后的切削油。當我們在混合水 溶性切削油時，也會有機會接觸到濃縮的切削油。稀釋前的水溶性切 削油比稀釋后的切削油更容易刺激到皮膚， 所以在稀釋水溶性切削油 時，應特別注意保護皮膚及眼睛。 2. 預防計劃 我們可以采用幾種預防方法避免皮膚的問題，這些方法主要在減 少接觸的時間，以減少接觸性皮膚炎發生機會。 （1） 避免接觸 實際上，完全避免和切削油接觸小不可能的。 我們可能做到的是， 盡可能地減少接觸以及維持最佳個人衛生。 防護的第一線是切削油使 用正確的流速，及采用足夠的防護板，以避免被切削油濺到。如果無 法做到這一點，我們應穿上 PVC，或人造橡膠做的不透水圍裙及手 套。 戴手套時應特別注意，尤其在濕熱的天氣下，因為手套內部可能 因為沾污或浸濕，會比沒戴手套產生更多的問題，可以考慮使手套內 部易于清洗或使用后即丟棄的手套。 （2） 保護您的皮膚 衣服例如工作服或內衣褲如果被油弄臟了，可能會造成擦傷或刺 激皮膚， 這種衣服應該立即換掉。 在重新使用前， 必須要徹底的清洗。 如果衣服污染到一個程度，無法滿意地清洗干凈，最好丟棄它；同時 污穢的衣服不可與清潔的衣服儲存在一起。 有一種不良習慣我們應該避免，就是將油污的棉花或廢紙放在工 作服口袋里，這也是造成污染的原因之一。我們建議您最好穿短袖的 工作服，而不穿長袖工作服。穿短袖，前臂露在外面，前臂很容易看 得見， 易于清洗， 袖子的纖維不會和手臂摩擦。 長袖易于受到油污染， 因此造成污染和皮膚長時間的接觸。 在某些加工作業如研磨，粒子可能會擊中赤裸的前臂。為了避免 這種情形，我們可以戴上不透水的活動袖子或寬手套。 （3） 清潔您的皮膚 清洗時最重要的是不要在油槽內清洗，并且不要用煤油或白酒精 來清洗皮膚。當然這些溶劑會清潔皮膚，但它們也會吸收皮膚表面天 然的保護油脂，使得皮膚干燥、分裂，會更容易受到進一步的傷害。 在每一次休息時間，吃東西或上廁所前，應使用溫和的膠質型清 潔劑或中性無侵蝕性肥皂清洗暴露的皮膚。使用熱水，再慢慢徹底晾 干，不可以使用會導致皮膚炎的侵蝕性、粗糙的肥皂。 （4） 關心您的皮膚 使用乳液潤滑皮膚，可以給皮膚特別的保護作用，同時也易于皮 膚的清洗。應該注意的是，水溶性切削油及油性切削油要使用不同的 乳液，所以在選擇乳液時應該特別注意向他人請教。 如果作業員是天生干性皮膚，可以使用潤膚乳液、以恢復在工作 上所失去的皮膚油脂。如果可能的話，在下班后洗個淋浴，換干凈的 衣服。 （5） 關心您的眼睛 在金屬切削的加工中，眼睛傷害的危險一直存在，所以預防措施 是非常重要的。第一，要有良好的防護板。第二，作業員應戴上護目 鏡，如果眼睛被切削油濺到，要馬上用大量清水沖洗，并馬上去做專 業的急救醫療。 當然，使用后的切削油都會含有腐蝕粒子及會刺激眼睛的物質， 任何一種切削油都會刺激眼睛。 （6） 呼吸道的保護 當吸入切削油所發出的氣體或蒸氣時，會造成呼吸道的刺激，我 們應該采取行動避免氣體及蒸氣的發生，如果不能避免這種情況，則 必須要有適當的通風設備。
