切削油分類

(一)油性切削油

油性切削油以粘度低的礦物油為基底,混合其它添加劑製成,使用時不需稀釋。 礦物油種類繁多,並非都適合做切削油,即使同一區域不同油井所生產的油也各自不同。透過不同的煉 製過程,可以改變油的特性。在加入添加劑前,我們就得選擇正確的基礎油。 油性切削油的重要特性如下: 1. 黏度:黏度是指油品維持稠度的能力,低黏度油較稀薄,有較好的滲透力及濕潤力,選擇適當的添加劑 ,可使油更快速的到達切削區。並且因為稀薄,其冷卻、清洗能力均較佳。高黏度油較稠密,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黏度油。 2. 潤滑:金屬在切削時,隨著工件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 要是指刀具面在滑動區間維持一定的滑潤能力。 3. 極壓潤滑:在大多數的切削加工中,刀具前端溫度會高於邊際溫度,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,氯及硫是二種較常用元素。 當使用氮、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 有類似乾式潤滑的效果,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℃。 氮、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,一般以硫化脂最普 遍。 硫化脂與銅一起會有反應,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,活性極 大,此種混合物一般稱為「硫化油」。 經觀察,如果將硫和氯都加入切削油中,比個別只加入一種的效果好。原因是硫可將加工溫度降低, 而讓氣的效果更顯著,混合型態的硫+氯所形成的薄膜較強,而有較佳的潤滑性。 切削油中的硫及氯在切削時,會以滲透方式進入金屬結構中,降低金屬強度,使切削加工易於進行。 邊際潤滑和極壓潤滑的需求是對鐵材和鐵合金而言。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(乳化油)

礦物油和乳化劑加水會發生乳化作用,形成懸浮液,這種溶液稱之為「乳化液」,一般水溶性切削油 為濃縮液,使用時依需要加水稀釋,水溶性切削油是由礦物油、乳化劑、防銹添加劑及防腐劑和消泡劑 等其他添加劑所組成。這種組成會有較大的污染包容力和極佳的乳化安定性。 乳化液是依懸浮油滴大小來區分,如果油少、乳化劑多,則油滴會較小,反之,則油滴較大。乳狀乳 化液油滴較大約2-4u,因為反光,所以呈現白色。澄清乳化液油滴較小約0.5-1.5u,B 所以呈現澄清狀。 乳化液遇到酸和鹽會分解為正離子和負離子,會破壞油滴負電荷層的平衡,使油滴合併產生沉澱。 酸鹼值(PH 值)是測量液體酸性和鹼性的指數,純水為中性時PH值為7,酸的PH小於7,鹼的PH大於7 。可溶性切削油多由肥皂硫化物和非離子性乳化劑混合而成,為弱鹼性,PH值介於8.5-10間。PH值若太 高時,會脫脂造成皮膚傷害;PH值太低時,乳化液容易失去安定性。 在水溶性切削油中加入添加劑-硫及氣時,稱為極壓水溶性切削油。這種油兼具冷卻性和極壓潤滑性,多 使用於重負荷加工,也因具有廣泛的切削能力,所以也可以代替油性切削油。

(三)合成切削液

這是完全沒有油成分的切削液,一般稱為「化學溶液」,因為不具潤滑能力,一般只能用於單單需要 冷卻性能的研磨加工時。 目前發展出來的全合成切削液是由聚合物、有機物、無機物與水混合而成。具有極佳的冷卻性和潤滑性 ,尤其是在極高速度切削加工時。合成切削液在切削速度超過每分鐘/200米的鐵材上特別適用。 因為是水溶性非乳化液,合成切削液不像水溶性切削油會產生敗壞,也因為不含礦物油成分,所以不 會產生氣體,不發煙,也不會有分離現象。

(四)調水使用

水溶性切削油加水後成乳化液油,兼顧冷卻和潤滑特性,用於一般加工最適合,濃度以5%最普遍。 澄清水溶性切削油、合成切削液,使用在並不十分要求潤滑性只需要冷卻和濕潤性時的加工上,濃度 約1-2%。在高速切削加工時,全合成切削液使用濃度約2-3%。使用在較高負荷加工時,濃度為10%。 請依照製造廠使用說明書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, 會讓你的工作得到最完美的成果。

切削油安全須知

前言

  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。由於我們每天接觸 油品、化學品、有害的金屬微粒,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:作業員對於衛生的態度、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,會充份了解到金屬 加工作業時健康的顧慮,因此會在他們知識範圍內,及有限可選的原料範圍內,將切削油成份中對身體 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曝露。 在切削油方面,問題在於外來的污染物也會跑到切削油裡去。油、化學品及其他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。對於金屬切削加工工人,最常見的是皮膚接觸。

(一)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、蝨或疥癬之蔓延、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。造成皮膚炎的原因有很多 ,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,甚至於果園植物 也會造成皮膚炎。
所有皮膚發炎中只有大約三分之一是由於接觸顏料、環氧樹脂、溶劑或切削油所造成 ,且並非全部和工作有關。
   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%至40%是由於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 確定他對於化學品或油劑有過敏症,不適合從事與金屬切削有關的工作。剩下的60%至70% 的接觸性皮 膚炎是由於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。 物質對於皮膚的刺激能力,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。
   對大部份人而言,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,每週工作六天,在這種環境下,自然而然增加了皮膚問題的機會。如 果採用良好的保護措施及預防措施,大部份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。在工作後,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的磨擦手指尖或手掌,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,最好的方法就是儘量減少不必要的摩擦。
   同樣的問題可能是由被油浸濕或很髒的工作服造成,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,事後紅腫 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,以防止由於 更改工作環境而造成皮膚過敏的發生。對於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。此外,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,而跑到傷口裡去。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急救。 在切削加工時,我們會接觸到稀釋後的切削油。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後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。

(二)預防計劃:

我們可以採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 發生的機會。

1. 避免接觸:
在實務上,完全避免和切削油接觸是不可能的。我們可能做到的是,儘可能的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,及採用足夠的防護板,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於清洗或使用後即丟棄的手套。

2. 保護您的皮膚:
衣服例如工作服或內衣褲如果被油弄髒了,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,無法滿意地清洗乾淨,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裡,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,易於清洗,袖子的纖維不會和手臂磨擦。長袖易於受到油污染,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. 清潔你的皮膚:
清洗時最重要的是不要在油槽內清洗,並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,使得皮膚乾燥、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,應使用溫合的膠質型清潔劑,或中性無侵蝕性肥皂清洗曝露 的皮膚。使用熱水,再慢慢徹底的晾乾,不可以使用會導致皮膚炎的侵蝕性、粗糙的肥皂。

4. 關心你的皮膚:
使用乳液潤滑皮膚,可以給皮膚特別的保護作用,同時也易於皮膚的清洗。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或向他人請教。 如果作業員是天生乾性皮膚,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 ,在下班後洗個淋浴,換乾淨的衣服。

5. 關心你的眼睛:
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,並馬上送去做專 業的急救醫療。 當然,使用後的切削油都會含有腐蝕粒子及會刺激眼睛的物質,任何一種切削油都可能會刺激眼睛。

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,我們應該採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。

切削油處理

(一)儲存

   切削油應該儲存在乾淨、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 分辨它們的成份。儲存時必需橫置,以避免水份進入。如果以直立式來儲存,則應用蓋子適當地遮蓋。 儲存這些油的地區,必須有足夠的B型滅火器(即泡沫滅火器)或B.C.F.。這些滅火器數目的多少, 都依照儲存地區大小及當地對於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矽藻土吸收劑。應儘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 油儲地區。 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地區儲存。

(二)混合水溶性油

  水溶性切削油應該是隨用隨混和,不能將已混和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,但是一些簡單的條規應該被遵守。第一,應該將油液倒入盛有水的桶子,不可將水倒入盛 有油液的桶子。如果是硬水的話,必須在加入油液前加入軟化的化學品。
,算出水溶性油所需之量然後逐漸地加入水中,當加入時,保持攪動,直至全部倒入。從頭到尾正 確的攪拌技術是上下翻轉運動,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。因 激烈翻轉會導致乳化液不穩定,所以必需緩慢混合。當任何困難發生時,你的切削油供應商能提供較多 的資料,並且協助使用適當的方法。

   切記:一定是把水溶性切削油加入水中,不可把水加入水溶性切削油中。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時,參考圖表55)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(碳酸鈉)或把每公升 300公克的一般蘇打(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,然後將沉澱鹽分析出,把溶液上面清水輕輕倒出 ,以便用來製造水溶性乳化液。


  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。此設備尤其適用於水蒸發比較快的系統,因為它可以馬上補充水份,所以是 一種理想的設備。如果沒有馬上補充水份,則會導致硬水鹽濃度增加。
我們建議您與切削油的供應商討論任何有關軟化水之程序。

(三)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份、腐蝕抑制 劑及乳化液其它的成份生存。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,並且造成金屬腐蝕。

  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,並且產生硫化物氣體,此氣體有時被稱為「星期一早上臭氣」。 乳化液因工廠停工、假日或週末而會變得不穩定,如果我們在油槽中按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,可減低細菌的生長速率。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,使得它更適於細菌生長。

  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,因此必須儘可能地防止。食物碎屑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。

(四)滲漏油控制

  要使切削油充份發揮效用,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.乳化劑負擔過重。
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 。滲漏油產生的另一種問題先前已提過,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。

(五)碎渣及污穢物

  由於大量的細屑產生及工件光度的嚴格要求,因此在大部份的研磨及搪磨加工都應該裝上清潔及過濾 設備。濾網是大部份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 碎屑由於地心引力關係,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製成品,我們常使用油性切削油,在研磨上會有碎渣及污穢的問題。由於油性 切削油的黏度較高,所以比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,設置離心機或淨化器便可解決此一問題。

(六)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,一般用於高速切削等作業。
  另一方面,採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,這都需要採用高速的給油系統。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,也減少了切削地區的冷卻效果。此結 果會產生令人不愉快的蒸氣,並且對工具造成傷害。 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——被檢查後,沒有發現任何問題,最好向切削油製造商尋求建議。 油性切削油和水性切削油都會起泡沫,通常可能有泵浦過度猛烈轉動、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。

(七)切削油的處理

  和水溶性切削油比較,油性切削油相對地易於處理。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。通常把廢油裝在桶中,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,因為會產生酸性廢物,所以不可以用 燃燒法處理。 水溶性切削油處理較困難,因為大部份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,但是由於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;水佔了95%的體積,在取得地方主管許可後 ,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、酸鹼值、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要的。

  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,它的使用壽命較長。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。

切削進行

前言

   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 理意義差異並不大,事實上真正的差異在於切削速度 、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。在大多數的情形下,我們 首先要決定的是應該用油性切削油、水溶性切削油或 合成切削液。而最後決定因素常常只是簡單的考慮到 工廠的目前設備、衛生上的顧慮、使用者的偏好和經 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,然後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。

(一)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黏度,使它有良好的滲透性及溼潤性。

  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。對於比較困難加工 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於稀釋無法含有足量極壓添加劑。所以我們常選用低黏度,含有多量氮添加 劑的油性切削油。

(二)切齒及滾齒加工

  在切齒及滾齒加工中,刀具及切削屑承受很大的壓力。在這種加工中,切削區域的潤滑作用是最重要 的事。對於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。但是對於一些較 困難加工的金屬,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。

(三)鑽孔

  適用於鑽孔加工的切削油,應具有較低的黏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。當在易於加工的金屬上鑽孔時,我們可以使用水溶性切削油或合成切削液。對於一些較困難 加工的金屬,則只能使用含有極壓添加劑,低黏度的油性切削油。

(四)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 有什麼特別的問題,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,並不很重要,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。對於這類金屬,可以使用傳統的乳狀水溶性切削油或含脂的低黏度礦物油。 如果是非常難處理的金屬如不銹鋼、鎳及钴合金,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黏度,使用切削油在滲 透力及潤滑性上能取得最好的平衡。

(五)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 ,高溫下大部份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,切削油必須有清潔劑及良好的溼潤效果,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的 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;同時在研磨前後防止工件生銹、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「黏」著稱。因為在非常高的溫 度之下,這些金屬會蝕化,而附著在磨輪的磨擦顆粒上,因而造成磨輪光滑,失去磨擦力。
  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。在這裡硫是特別重要,因為磨輪和工件磨擦時,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 黏度應該是非常低,以確保它能滲透、冷卻,並且能攜帶添加劑到研磨區域上。
  在研磨加工中,製成品的品質受到切削油影響非常大。在一般比較粗製的研磨作業中,加工主要目的 是將大量的金屬磨除。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。
  對於要求製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黏度油性切削油。

(六)CNC機器及自動多功能機器

  這些多功能機器的引進,使得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於 一台機器內多功能的切削作業。 實務上,我們是針對那個最困難的切削作業選擇切削油。換句話說,對同一台機器內其它的較容易加 工作業而言,是不需要使用到這種高規格的切削油。

(七)決定使用何種切削油的其它幾個參考條件

  由上面的說明,您可以知道對於大部份的切削加工而言,切削油的選擇並無一個明確的標準。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,對於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,例如機力車床、方角車床、銑床及鑽床,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於切削區域附近,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。 對於一些較複雜的機器,例如一些自動車床及齒輪切削機器,切削油必須同時用於潤滑機器滑道及接 近切削區域的其它零件。對於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、酸鹼值、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有這種設備,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,因為它大部份是 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複雜的過程,可是它並不如聽起來那麼煩雜。平常我們是運用刪除法 來做決定而且有很多前例可循,同時可以由切削油供應商那裡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於使用水溶性切削油 。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舒適,因為它沒有一些油性切削油會有 的油氣及臭味的情況。而一些皮膚敏感的作業人員,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。

影響切削因素

(一)空氣

  絕大多數金屬和空氣接觸會隨即產生氧化層,起初氧化層是肉眼看不見的,當氧化完全反應,可看到 銹的形成,氧因能減少切削阻,會有助於切削的進行。一般金屬在真空下進行切削,阻力比在空氣中大 ,然而,空氣的因素是不易被控制住的。

(二)切削工具

  依據不同的加工金屬,不同的作業方式而選擇不同的切削工具。使用的材質通常有高速鋼、鑄合金、 碳化物、陶瓷和鑽石等數類。 切削工具需在切削時能耐高溫。金屬切削工具及其它材料切削工具一樣,高溫時會失去硬度。 另一因素是硬度與韌度的關係。硬度是指在切削時,工具抵抗磨損的能力。韌度是指切銷作業中,工 具不碎裂的能力。通常切削過程中,工具材質越硬,越易碎。 越硬物質雖越易碎,但也越能抵抗磨損,但在切削中也越容易突然斷裂,切削工具的選擇必需兼顧硬 度和韌度,切削工具材質的選擇也會影響到切削油的選擇。 由以下關於切削刀具的說明,有更進一步的說明。

  1.高速鋼
使用中速度切削操作,其速率約為每分鐘70公尺。高速鋼是含有諸如鎢及鉻元素的鐵合金,以增加其 硬度和抗熱性;即使如此,它們硬度和抗磨損的品質會因溫度高過600℃以上,而降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於600℃。

  2.鑄合金(鉻鈷鎢齊)
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。此可用於高 速切削,也可用於不易切削的合金及產生高溫的切削作業。 鑄合金對於溫度劇變非常敏感,例如切削作業的突然中斷。他們較適合於連續切削操作,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、銅、組之碳化 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,則可產生不同種類的燒結碳化物 燒結碳化物被使用是因為在高溫1000℃時,仍保有硬度及耐磨性。它們通常被用作嵌入或可替換的切 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。 另一種簡便的製作方法就是在切削刀頭上覆蓋一層碳化物,它的製作方法是將鈦碳化物及氮碳化物以 蒸鍍的方法覆蓋在傳統的碳化物刀具上。這種方法製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/鑽石
陶瓷切削工具主要成份為氧化鋁,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載及溫度劇變。 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。 最硬的切削工具是鑽石,但是它也易碎。鑽石能從事矽含量高的鋁加工作業,這種合金因含有硬的矽粒 子,會很快地磨損碳化物工具。它也適用於非鐵物質之研磨加工,諸如石頭、水泥。 鑽石在高溫可被氧化,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)工件金屬

  現在金屬加工實務包括切削各種金屬、合金,每一種都有它們的物 理特性,有些易於加工,有些不易加工。此機械加工性之等級乃是表 示加工的難易度,不一定正比於金屬或合金的硬度。 當然,每一金屬有它的機械製造特性,並且關係於切削油種類的選擇

  1、鑄鐵
一般的灰鑄鐵以鐵為主要成份,外加一些散布的石墨。鑄鐵易於加 工製造,而且不用切削油也可切削,但容易產生廢細屑及黑色塵粉。 可以煤油作為切削油,通常用過濾器把廢屑及塵粉過濾。也可以採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,常用來製成引擎體或其他零件。由成份較多之鐵加上球狀散 布的石墨組成,與灰鑄鐵一樣易於加工,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、綱
我們這裡所談到的鋼包括一些常用的金屬,但是不包括不銹鋼。鋼的機械加工性範圍很大,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,係所謂的易削鋼。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 類綱中主要切削油,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。 這些問題的解決方法都是採用較低切削速度,及採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,因其常常黏在刀具上。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黏度,且含有脂肪或氯添加 劑者,它們可以幫助滲透或減少切屑與刀具的熔接。水溶性切削油應該選擇加有脂肪添加劑,並且其乳 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矽(即8~16%), 加入如此含量的矽可降低熔點及黏度,使得壓鑄作業更加容易。但是由於合金本身軟,加上硬矽粒子, 會造成刀具快速磨損。極壓水溶性切削油適用於矽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
純銅就像純鋁一樣的黏,因此加工不易。純銅也產生長且連續的切屑,這種切屑會干擾切削過程,但 此問題可由加硫或鉛來克服。黃銅為鋅及銅之合金,易於加工,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。有些切削油含有強鹼,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黏 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
鎂及鎂合金易於加工,而且容易產生加工碎屑。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,正確用油是低黏度油性切削油。