绿色切削液模糊综合评价

摘要：绿色加工是目前切削加工制造业研究的热点问题之一。切削液的合理选择是提高产品绿色化程度的重要途径之一。建立了绿色切削液选择的数学模型及评价体系;采用了模糊综合评价方法对模型进行求解;结合SG—3新型合成切削液的实例,对模型的应用和求解进行了说明。

关键词：绿色切削液； 决策方案；  模糊综合评价

一．  切削液的作用

使用金属切削液的目的就是为了降低切削时的切削力及刀具与工件之间的摩擦，及时带走切削区内产生的热量以降低切削温度减少刀具磨损，提高刀具使用寿命，从而提高加工效率，保证工件精度和表面质量，达到最佳经济效果。切削液的作用如下：

(1)冷却作用   通过切削液的热传导、对流和汽化，有效地改善散热条件，将已产生的切削热迅速地从切削区域带走，使切削区域温度下降，从而减少工件的热变形，提高刀具耐用度和产品的加工精度。

(2)润滑作用   切削液渗入到切屑、工件与刀具的接触表面以后，粘附在金属表面上，形成润滑膜而产生的。这种润滑膜减少了切屑与前刀面和工件与后刀面间摩擦系数，减轻粘结现象和抑制积屑瘤，减小表面粗糙度和提高刀具耐用度。

(3)清洗和排屑作用  在金属切削过程中，切屑、铁粉、磨屑、油污、沙粒等常常粘附在工件和刀具、砂轮上，影响切削效果，同时玷污机床和工件，不易清洗，所以要求切削液有良好的清洗和排屑作用。

(4)防锈作用   在切削加工过程中，工件要与环境介质如水、硫、二氧化硫、二氧化碳、氯离子、酸、硫化氢、碱和切削液分解或氧化变质所产生的腐蚀介质接触而受到腐蚀，机床与切削液接触部位也会产生腐蚀。在工件加工后或工序间的存放期间，如果切削液没有一定的防锈能力，工件会受到上述环境介质的影响而产生腐蚀，造成工件生锈，因此要求工件具有较好的防锈性能。

二． 切削液的分类

目前，切削液的品种繁多，作用各异，但归纳起来分为两大类：即油基切削液和水基切削液。

 (1)油基切削液  油基切削液即切削油，它主要用于低速重切削加工和难加工材料的切削加工。目前使用的切削油有以下几种：

①矿物油：常用作为切削液的矿物油有全损耗系统用油、轻柴油、和煤油等。它们具有良好的润滑性和一定的防锈性，但生物降解性差。

②动植物油：常用作为切削液的动植物油有鲸鱼油、蓖麻油、棉籽油、菜子油和豆油。它们具有优良的润滑性和生物降解性，但易氧化变质。

③普通复合切削液：它是在矿物油中加入油性剂调配而成。它比单用矿物油性能好。

④极压切削油：它是在矿物油中加入含硫、磷、氯、硼等极压添加剂、油溶性防锈剂和油性剂等调配而成的复合油。

(2)水基切削液 水基切削液分为三大类，即乳化液、合成切削液和微乳化液。

①乳化液：它由乳化油与水配置而成。乳化油主要由矿物油（含量为50％～80％）、乳化剂、防锈剂、油性剂、极压剂和防腐剂等组成。稀释液不透明，呈乳白色。但由于其工作稳定性差，使用周期短，溶剂不透明，很难观察切削时的切削状况，故使用量逐年减少。

②合成切削液：它的浓缩液不含矿物油，由水溶性防锈剂、油性剂、极压剂、表面活性剂和消泡剂等组成。稀释液呈透明状或半透明状。主要优点是:使用寿命长；优良的冷却和清洗性能，适合高速切削；溶液透明，具有良好的可见性，特别适合数控机床、加工中心等现代加工设备上使用。但合成切削液容易洗刷掉机床滑动部件上的润滑油，造成滑动不灵活，润滑性能相对差些。

③微乳化液：也称半合成切削液。它的浓缩液由少量矿物油（含量为5％～30％）、油性剂、极压剂、防锈剂、表面活性剂和防腐剂等组成。稀释液油滴直径小于1μm,稀释液呈透明状或半透明状。微乳化液克服了乳化液易腐败、清洗性能差及合成切削液侵蚀机床漆面、润滑性能差等缺陷，避免了油污污染、发霉变质等弊病，综合了乳化液和合成切削液的优点，有油性、水性双重的极压、润滑、冷却、防锈和清洗能力，是新一代的理想机加工润滑冷却介质。

例如，微乳化液在攻螺纹加工中的应用，显示出其良好的综合性能。

通常，攻螺纹时使用的是一种纯油性、糊状的切削液，即白厚漆＋适量的机油或煤油制成的切削液，俗称“铅油”。攻螺纹时需要不断的将铅油涂抹到刀具（丝锥）上。在实践中知道，用铅油作切削液，尽管攻螺纹质量能满足设计要求，但生产效率低，而且铅油容易粘附在螺纹表面，清洗十分困难，对加工大型零件上的螺纹盲孔，清洗尤其困难。

若用合成切削液代替铅油，虽然合成切削液有良好的冷却、清洗功能，但润滑性能差，导致攻螺纹质量不能满足设计要求，并且刀具寿命也较低。铅油和合成切削液两者各有优缺点，攻螺纹时用这两种切削液，很难将它们的优点统一起来。

若用微乳化液作为攻螺纹的切削液，在加工效率、清洗性能等方面，比用铅油作为切削液的性能有明显的改善，在大批量加工螺纹孔，特别是盲孔螺纹时，用微乳化液作为切削液，应该得到大力推广。它具备乳化液和合成切削液的优点，又弥补了两者的不足，是切削液发展的趋势^[1]。

三． 切削液存在的根本问题

(1)切削液危害人体健康

切削液对人体的危害首先是其添加剂的毒性，如常作为杀菌剂使用的苯酚类物质毒性很大；常用的效果较好的防锈剂是亚硝酸钠，亚硝酸钠本身是一种低毒性物质，但国际上普遍认为它与有机胺在某些条件下会形成致癌物质亚硝胺。其次是对皮肤的危害，因矿物油、表面活性剂的脱脂作用，或因防腐杀菌剂的刺激性，及无机盐、有机胺等碱性物质的作用，会使皮肤干燥、裂口、红肿而发生皮炎。三是对呼吸器官的危害，这主要是使用切削液时产生的油雾以及切削液散发的刺激性气味引起的；同时，这些油雾还会对眼睛产生一定的刺激性。如甲醛有极强的杀菌力，常在切削液中充作杀菌剂，但它对人的眼鼻有强烈的刺激性，接触皮肤还会导致组织坏死。

美国General  Moter 汽车公司通过专门的综合调查，比较了直接接触切削液的机床操作工、不直接接触切削液的装配工及从未在即床上工作的人，结论是机床操作工患呼吸系统疾病（咳嗽、呼吸困难、慢性支气管炎、鼻炎）的较多，并且矿物油常引起气喘、咳嗽和鼻炎，而合成切削液会引起支气管炎。

(2)切削液危害环境

切削液对环境的危害主要是其废液对水资源的污染问题。矿物油是切削液的主要成分之一，其生物降解性差，能长期滞留在水和土壤中。美国环保局指出：油对水生物有极性致死毒性，也有长期亚极性致死毒性（即不会导致生物死亡，但破坏其正常的生态）。水中含油量超过10ppm ,就会使海洋植物死亡，含油300ppm 可使淡水鱼死亡。就算排放的废液经过严格的矿物油回收处理，其在水中的长期积累也不容忽视。切削液的添加剂对环境的污染也是多方面的，如常用作极压添加剂的短链氯化石蜡是海水污染物之一；在水基切削液中常用磷酸钠作防锈剂，而研究证明，磷酸盐的积累会使河流、湖泊因负营养化而出现赤潮。

还有切屑中带有残存切削液的问题。切削加工中使用的切削液，或多或少总会存留在切屑上，大量堆积的切屑带有的切削液会污染土壤，切屑再生利用时切削液有毒有害成分，也会污染环境^[2]。

(3)切削液危害安全

对设备安全性的影响，包括由切削液引起的生锈、滑动面摩擦增大、电器系统故障等；火灾危险性，主要威胁来自于油基切削液的油雾；对水的污染，来自于废液排放，包括难降解的矿物油对水质的长期污染和添加剂对水的污染，如含磷酸盐的废液排放会导致河流、湖泊的赤潮；对土壤的污染，由带有残留切削液的切屑引起。

四． 切削液的发展趋势

(1)开发绿色切削液

①矿物油逐渐被生物降解性好的植物油和合成酯所代替。

②油基切削液逐渐被水基切削液所代替。

③开发性能优良且对人体无害和对环境无污染的添加剂

(2)切削液的绿色使用

①推广集中冷却润滑系统，即把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，使切削液维护管理上水平。

②研究干切削和最小量润滑切削，以减少切削液的使用量。

③研究和推广切削液废液处理新工艺、新技术，以确保排放的废液对环境无污染。

五． 绿色切削液评价指标体系的构建

由切削液存在的根本问题分析，构建切削液绿色性评价指标体系结构框图如图一所示。

六．  应用实例

本文根据参考资料