切削液的使用管理
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＣＴＵＲＥＳ编者按：针对制造企业普遍缺乏懂得切削液的工艺技术人员，因此在切削液的使用管理方面存在诸多问题的现状，本刊特邀请切削技术专家、山东大学刘镇昌教授主持了《切削应广大读者的强烈要求，本刊继续邀请刘镇液的使用管理》系列讲座，受到读者的广泛好评。昌教授主持《切削液应用技术》系列讲座，将其在切削液的配置方法、切削液的供液方法、切削液的净化处理、切削液的废液处理等方面的研究心得奉献给大家，以期为相关读者在切削液应用技术方面提供帮助。
第６讲切削液的供液方法（上）□刘镇昌
（华升切削液技术研究中心，济南２５００６１）
刘镇昌，男，工学博士，原山东大学教授、博士生导师。主要研究方向：切削磨削基本理论与新技术，切削液技术等。曾任全国高校机电类专业教学指导委员会委员、中国机械工程学会切削专业委员会委员。承担过国家与部省级研究课题３０余项，发表与本讲座内容相关的论文５０余篇，出版著译作共５本。
摘普通供液法和压力供液法及其应用。要：介绍切削液渗入切削区的路径、
关键词：切削液；供液法；普通供液；压力供液中图分类号：ＴＧ５０１．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－２３３３（２００８）０６－００４９－０４
切削液的供液方法对刀具寿命、加工质量、加工效率都有很大影响。为了使切削液的性能得到充分发挥，必须采用正确的供液方法。本讲和下一讲就介绍这方面的知识。
为了说明供液方法的有效性，有必要事先了解切削液渗入切削区的可能路径。
改善状况追踪切削液渗透路径的实验得出结论认为：在（后刀面）渗入、经过刀具低速加工时，切削液是从路径Ｂ
切削刃附近的两侧（路径Ｃ）到达刀刃部位的［５，１￣３］。
（３）切削液沿路径Ｄ进入切削区的可能性
切屑形成时，在刀具的作用下，工件材料层在产生剪切滑移的过程中会出现微小裂纹。切削液分子有可能从
１切削液渗入切削区的可能路径
为了产生润滑、
Ｄ
工件
被加工材料的微小裂纹直接渗入切削区。文献［６￣８］的作者们曾报告说，如果在被加工表面上预先涂布四氯化碳，观察到切削力下降，或剪切角增大，或切屑的卷曲半径发生变化；若涂布四氯化碳后烘干再切削，其效果就消失；如果被加工表面预先经过仔细研磨后再涂布四氯化碳，或者在较高速度下切削，也都没有效果。由此推测，四氯化碳是由工件表面的微小裂纹渗入到工件表层以下而显示其效果的。由于尚未见到以普通切削液为例子的报告，还有待进一步的研究（注：四氯化碳毒性较大，不宜随意仿效）。
（４）切削液汽化分子向切削区的全方位渗透
切削刃附近的高温将使切削液汽化，可以呈气体分子状态渗入切削区。气体比液体的黏性力小，即使从微细的间隙中也能渗入。喷雾供液之所以比普通供液显示出优越效果，正是因为喷雾供液时在切削刃附近存在着比普通供液更多的切削液气体的缘故。
切屑ｖｃＡ
刀具
冷却效果，切削液必须以某种形式存在于切削区内或其附近。
Ｂ
ｖ
Ｃ
图１是切削液到达切削区的４种可能路
［１￣３］
图１切削液渗入切削区的路径
（前刀面）、（后刀面）、（刀具切削刃附近的两侧径：ＡＢＣ（剪切区附近的切屑和工件交界面）面）、Ｄ
。
（１）切削液沿路径Ａ进入切削区的可能性
在前刀面上，由于有切屑流出，刀－屑间的压力和温度通常很高，前刀面存在着粘结摩擦区和滑动摩擦区，切削液逆切屑流出方向从前刀面渗入到切削刃处的机会虽然小，但到达滑动摩擦区边缘是完全可能的，尤其在低速切削时这种可能性更大。Ｍ．Ｅ．Ｍｅｒｃｈａｎｔ曾用显微镜观察过（２５．４×刀具与切屑之间的间隙，发现了直径为１０－５ｉｎ１０－５ｍｍ）的毛细管，并举出了计算例子说明毛细管的吸附作用，认为切削液能够由前刀面渗入到切削区［４，１￣３］。
（２）切削液沿路径Ｂ和Ｃ进入切削区的可能性在后刀面上，由于刀具有后角，刀刃与金属接触长度短，压力和温度也比前刀面低，因此，后刀面很有可能成为切削液的渗透路径。篠崎、吉川从已加工表面粗糙度的
２普通供液法
应用最广普通供液法亦称浇注供液法，是历史最久、
的供液方法。供液系统一般由储液箱、切屑分离器、低压泵、管路系统和喷嘴组成。普通供液法的供液压力一般低于０．２ＭＰａ，用于对切削液供液无特殊要求的场合。为了
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使切削液更有效地发挥作用，在喷嘴的位置和数量、供液压力和流量方面下功夫很有必要。下面举出一些各种加工工艺中有效的应用例子。
深孔。Ｌ／Ｄ≤５为浅孔，５＜Ｌ／Ｄ＜１０为中等深孔，Ｌ／Ｄ≥１０为深孔。钻削浅孔时，用普通供液方法利用钻头的排屑槽进液和排屑，可以基本满足要求。但是，随着深径比的加大，需要采用阶梯进给方式，即：进给一定深度后退出钻头，
２．１车削加工
图２是外圆车削加工的例子。图（ａ）是切削液浇注２
（ａ）
（ｂ）
（ｃ）
以排出切屑和改善冷却、润滑。深径比愈大，这种退刀操作的频率愈高，直接影响加工效率。因此，多采用压力供液方式。
在工件上，切削液难于到达切削区，
图２
３压力供液法
本文所说的压力供液法，是指在一定的供液压力（一
车削加工的三种基本供液方法
效果差；图２（ｂ）是从前刀面供给切削液，若供液量充分，（ｃ）是从切削液亦可望从侧面渗入刀尖附近起作用；图２前、后刀面同时供液。切削液容易渗入切削区发挥作用，能获得良好的加工效果［１－３］。
般大于０．２ＭＰａ）下，通过专门通道或刀具自身的油孔，将切削液供入切削区的供液方法。压力供液有低压和高压之分。一般认为，供液压力在０．２～０．５ＭＰａ之间属于低压供液；高于０．５ＭＰａ属于高压供液。压力供液需要专门的供液系统提供较高的压力，润滑、冷却效果显著。同时，高
２．２铣削加工
图３所示为铣削加工时使用
压切削液提供的能量可以减小刀－屑接触长度并使切屑卷曲，甚至起到断屑器的作用。
２个喷嘴从刀具
的两侧面供液的
图３铣削时使用２个喷嘴从两侧面供液
３．１车削加工
图６为带内部供液通道
情形［１－３］。可用于三面刃铣刀、角
切削液通过刀的内孔镗刀［９］。
杆内的孔喷向切削区，充分发挥冷却、润滑和冲走切屑的作用。图７为带内部供液通道的切槽刀［９］；图８为使用该切槽刀高压供液车削沟槽的示意图［９］。高压切削液通过刀杆和刀片上的小孔从前刀面供入切削区。其效果有四：
图６
带内部供液通道的内孔镗刀
度铣刀、成形铣刀、锯片铣刀等铣削平面、沟槽和各种成形表面。
图４是用圆柱铣刀铣削平面时一种供液方法［１－３］，采用左右两个扇形喷嘴同时供液。左侧喷嘴从前刀面供
ａｐ液，右侧喷嘴从后刀面供液。既能使切削液易于进入切削区，又便于冲走切屑。
①由于切削液直达刀刃附
近，可使刀刃附近温度下降，消除积屑瘤；②使切屑冷却，传给工件的热量减少，有利于改善已加工表面完整性；
图７
带内部供液通道的切断刀
图４周边铣削用扇形喷嘴
当背吃刀量ａｐ较小时，用普通圆形喷嘴即可；但若背吃刀量ａｐ较大，则采用扇形喷嘴更为有效。使用扇形喷嘴时，喷嘴口宽度应为背吃刀量ａｐ的３／４以上。
图５是专门用于端面铣削的环状喷嘴［１－３］。切削液从环状喷嘴的圆周不同部位同时喷出，使每个刀齿在切入前和切出后都能充分地得到切削液的润滑和冲洗，可对刀具和切削区进行全面、均
图５
端面铣削用环状喷嘴圆周
③高压产生的强大推力使切
屑较早离开前刀面，向上卷曲，排屑更容易，而且可减小刀－屑接触长度，降低摩擦力。用这种供液方法切削难加工材料的试验数据如表１所示［９］。
表１
工件材料供液方式磨损量ＶＢ刀具寿命
图８压力供液切槽加工示意
匀的供液。常规供液与压力供液效果的比较
ＳＥ３１６
Ｉｎｃｏｎｅｌ７１６
压力供液
常规供液
压力供液
２．３钻削加工
钻削加工时切屑沿钻头沟槽排出。切削液必须穿过切屑与沟槽的间隙，而且要逆切屑流而进，才能渗入钻尖。因此，即使渗透性好的切削液，用普通供液法能达到严重磨损钻尖的深度也只有５倍孔径左右。钻头被烧熔、或破损等事故大多数是由于切削液没有到达钻尖部位而引起的。在钻孔加工中，必须设法把切削液确实可靠地送入钻削工作区。
根据孔的深径比Ｌ／Ｄ，一般将孔分为浅孔、中等深孔、
常规供液
０．２７ｍｍ加工８沟槽
－
加工１３～１４沟槽
０．３ｍｍ４ｍｉｎ
０．２３ｍｍ１４ｍｉｎ
图９为带内部供液通道的外圆车刀的刀具和刀片结构以及供液通道示意图［９，１０］。用这种车刀切削Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ和低碳钢ＡＩＳＩ１０２０时，刀具寿命均可延长３００％～８００％。
３．２铣削加工
一般说来，用立铣刀、锯片铣刀、沟槽铣刀、圆柱平面
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技术讲座
切削液的使用管理
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＣＴＵＲＥＳ切屑
压板
工件
刀片
刀杆
切削刃
切削液通道
工件
机床
高压
中压低压
过滤筒
喷嘴射流
切削刃
穿过刀片的射流通道
二次清洁液箱图９带内部供液通道的外圆车刀
磁性滚子传送带
磁性分离器
液面计一次清洁液箱
铣刀等的铣削加工大多采用外部供液法。目前在数控机床或加工中心上，通过内部通道的压力供液亦颇为流行（见图１０）。夹持带油孔的立铣刀和钻头的刀具夹头已
［１１］
图１２加工钢材和铸铁用的切削液供给系统示意图
机床
成为加工中心的标准附件。
机床油泵
切削液入口
带油孔的紧固螺栓
切削液
切削液
工件
高压
中压低压
免保养过滤器
机床主轴端面
机床主轴端面
定位块定位销
机床主轴端面
二次清洁液箱液面计一次清洁液箱
切削液切削液切削液切削液
切削液切削液
滚动过滤器
刮板式传送带
（ａ）通过主轴供液（ｂ）通过法兰盘供液（ｃ）通过侧面供液
图１３加工铝合金用的切削液供给系统示意图
图１０加工中心应用压力供液的几个例子
图１３［１４］为加工铝合金用的切削液供给系统示意图。该系统亦可以同时供给高、中、低压切削液。切屑由附带刮板式传送带的滚动过滤器进行一次过滤。经其过滤的切削液作为中、低压切削液供入加工区；由过滤泵将一次过滤后的切削液抽出，经过一套免保养过滤器进行二次过滤，经二次过滤的切削液由高压泵抽出并供入刀具内部的切削液通道。
加工区呈敞开式或半敞开式的普通车削、铣削和浅孔钻削，为避免切削液四处飞溅而污染作业环境，多采用普通供液法。镗孔和切断加工时，切削液进入切削区以及排出切屑都比较困难，采用压力供液效果较好。此外，高速或重负荷切削时，发热量大，刀具温度高；切削难加工（尤其是既硬又韧的材料，如钛合金、高温合金等）材料
时，刀具与切屑、刀具与工件粘附倾向大，刀具寿命短，生产率低。在这些场合，压力供液均有其应用价值。
［参考文献］
［１］
端铣平面时，切削速度较高，切屑往往四处飞溅，不仅妨碍作业环境，而且有烫伤操作
端面铣刀
主轴套
环状供液喷嘴
人员的危险。图１１是一种利用切削液防止切屑飞溅的供液方法［１１］。切
图１１利用切削液防止切屑飞溅的供液方法
削液在一定压力下由安装在主轴套上的环状喷嘴供出，在端铣刀周围形成一圈液体屏障，既可实现圆周均匀供液，又可阻止切屑四处飞溅。
３．３钻削加工
为了提高加工效率和质量、延长钻头寿命，钻削
５＜Ｌ／Ｄ＜１０的中等深孔、甚至钻削深径比Ｌ／Ｄ≤５的浅孔
时，都采用压力供液法（供液压力０．５～５ＭＰａ）。当钻削深径比Ｌ／Ｄ≥１０的深孔、甚至钻削中等深孔时，也经常使用专门的深孔钻。深孔钻有外排屑和内排屑两种方式。常用的深孔钻有枪钻、错齿内排屑深孔钻、喷吸钻等。此时，须有专用的供液装置。
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３．４压力供液系统
图１２［１４］为加工钢材和铸铁用的切削液供给系统示意
图。该系统可以同时供给高、中、低压切削液。低压回路用于普通供液和冷却、冲洗工作区。切屑由磁性滚子传送带经其过滤的切进行一次过滤，磁性分离器进行辅助过滤。
削液作为中、低压切削液供入加工区；另设置了两组精密过滤筒，经二次过滤的切削液由高压泵抽出并供入刀具内部的切削液通道。
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ＵｓｕｉＥ，ＧｕｒａｌＡ，ＳｈａｗＭＣ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＡｃｔｉｏｎｏｆ
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解决方案
ＳＯＬＵＴＩＯＮ工艺／工装／模具／诊断／检测／维修／改造
离心泵机械密封的改进李大胜
（蚌埠学院机械与电子工程系，安徽蚌埠２３３０３０）
摘要：文中通过对实际使用中的机械密封频繁损坏情况进行理论分析与计算，找出导致机械密封高频率损坏的可能
原因，从而提出改进措施，使机械密封使用寿命明显增加。
关键词：离心泵；机械密封；动环；静环中图分类号：ＴＨ１３６
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－２３３３（２００８）０６－００５２－０２ＬＩＤａ－Ｓｈｅｎｇ
（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐｔ．，ＢｅｎｇｂｕＣｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｎｇｂｕ２３３０３０，Ｃｈｉｎａ）
ＴｈｅＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＦａｃｅＳｅａｌｓｉｎＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＰｕｍｐ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｔｄａｍａｇｅｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆａｃｅｓｅａｌｓｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌｕｓｅｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ，ｔｈｅｐａｐｅｒｈａｓｔｒｉｅｄｔｏｆｉｎｄｏｕｔｗｈａｔｃｏｕｌｄｐｏｓｓｉｂｌｙｃａｕｓｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆａｃｅｓｅａｌｓｔｏｂｅｉｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ａｎｄｈｅｎｃｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｓｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅ．ｏｂｖｉｏｕｓｌｙｌｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔ’
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｐｕｍｐ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆａｃｅｓｅａｌｓ；ｒｏｔａｔｉｎｇｒｉｎｇ；ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｒｉｎｇ
１前言和作用。图１中的离心泵为设备冷却系统中的冷却泵，主要作用是将传动系统内的高温润滑油输送到热交换器内从图进行冷却。图１给出了机械密封在离心泵中的位置。
机械密封是一种通过弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，又称端面密封。机械密封的主要优点是：泄漏可以控制到很少；寿命可以很长；运转中可以自动基于以补偿磨损；耐振性比径向密封好；使用转速比较高。上这些优点，机械密封被广泛用于各种机械设备中，特别是在泵类设备中。机械密封设计的好坏，直接影响到其寿可靠性和耐久性。在机泵类设命，从而决定设备的安全性、
备中，机械密封的损坏是一个高频率的故障，据统计在设备维修中，机械密封的维修工作约占５０％，而离心泵的维修费用中大约有７０％是由于机械密封的故障。因此，分析机械密封，尤其是离心泵的机械密封的故障成因，并提出相应的解决方法，具有重要的经济意义和实用价值。
本文通过对实际使用中的离心泵的机械密封进行理论计算，评估其使用状况，分析其高频率损坏的原因，从而提出相应的改进措施。
１可以看出，电机和离心泵通过法兰连接在一起，机械密
封套在电机输出轴上，处于电机和离心泵之间，阻断泵体内工作介质流向法兰连接处，起到密封介质的作用。
图２说明了机械密封下详细结构。从图２中可以看
出油口
电机
离心泵
进油口
叶轮
机械密封
２机械密封在离心泵中的位置以及出现的故障
我们以离心泵为例，说明机械密封在泵体中的位置
图１离心泵中机械密封的位置
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（１０）：３５－３７．ＣＣｌ４ｉｎＣｕｔｔｉｎｇａｎｄＯｔｈｅｒＰｒｏｃｅｓｓｅｓＩｎｖｏｌｖｉｎｇＰｌａｓｉｔｉｃＦｌｏｗＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９１
［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ，１９６１（３）：１８７－
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式会社工业调查会，２００４．
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（编辑昊
天）
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５２
机械工程师２００８年第６期
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