倪 敬 劉曉帆 何利華 蒙 臻

杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,杭州,310018

0 引言

拉削加工是一種采用一把刀具一次性完成零部件粗加工、半精加工和精加工過程的高效加工方式，已廣泛應(yīng)用于航空航天、模具和汽車等行業(yè)。然而，拉削加工過程也因其單次拉削負(fù)載較大(超過10 kN)，刀-工-屑的接觸區(qū)域溫度較高，故在加工過程中通常都會(huì)向加工區(qū)域施加切削液，以減少摩擦磨損，提高加工質(zhì)量。目前，工業(yè)用切削液多以礦物油為主要成分，并加入潤(rùn)濕劑、極壓添加劑等，但該類切削液具有一定的毒性，在使用中會(huì)危害操作工人的身體，后續(xù)的處理也會(huì)污染環(huán)境。植物油因具有低毒性、環(huán)境友好性及良好的生物可降解性等優(yōu)點(diǎn)，成為了拉削加工中切削液的重要基礎(chǔ)成分[1]。BELLUCO等[2-4]在AISI 316L不銹鋼試樣上進(jìn)行了不同切削液的鉆孔、鉸孔和攻絲試驗(yàn)，結(jié)果表明：相比于礦物油切削液，植物油切削液同樣可減小切削負(fù)載，減少刀具表面的積屑瘤產(chǎn)生，從而提高零件精度；同樣與礦物油相比，菜籽油與合成脂普通混合并添加硫和磷的切削液可使刀具壽命延長(zhǎng)177%，切削軸向力減小7%。XAVIOR等[5]將椰子油應(yīng)用于AISI 304加工，他們發(fā)現(xiàn)與礦物油相比，椰子油可提高工件表面質(zhì)量，減少刀具磨損。SARIKAYA等[6]使用礦物油、合成油和植物油車削Haynes 25合金時(shí)觀察到，植物油的冷卻和潤(rùn)滑作用更能減少刀具磨損，進(jìn)而提高工件表面質(zhì)量。

近20年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還在綠色切削液的施加微量化和納米顆粒功能強(qiáng)化方面開展了相關(guān)的研究工作。BURTON等[7]將水基植物油切削液經(jīng)超聲霧化后應(yīng)用于Al6061和1018鋼的銑削加工，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該切削液可減小切削力、切屑厚度以及減少毛刺量，與工業(yè)切削液具有相同的作用。UYSAL等[8]比較了澆注潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑下，工業(yè)用植物油對(duì)切削AISI 420的影響，研究結(jié)果表明，微量潤(rùn)滑可明顯降低刀具磨損和表面粗糙度。楊磊[9]將玉米油、蓖麻油和植物油2000分別采用微量潤(rùn)滑方式車削18Cr2Ni4WA，研究結(jié)果表明，植物油2000在較大加工速度下減小切削力和表面粗糙度的效果最佳，且上述3種植物油均可增大相同低速切削參數(shù)下的干切削共振頻率，其中植物油2000的增幅最大。目前綠色切削液的研究開始向環(huán)保型添加劑、微納粒子方向發(fā)展[10-13]。在固體納米粒子方面，常用的有石墨(包括石墨烯、碳納米管、C60等)、二硫化鉬(MoS2)、氧化鋁(Al2O3)、金剛石等，上述材料可增強(qiáng)切削液的導(dǎo)熱性，進(jìn)而提高潤(rùn)滑冷卻效果[14-19]。

然而，上述研究一方面大多聚焦在切削液綠色成分和添加劑的潤(rùn)滑作用上，關(guān)于切削液對(duì)加工過程的降載及振動(dòng)抑制和“粘屑”問題關(guān)注得不夠；另一方面，關(guān)于綠色切削液及其霧化施加在切削負(fù)載較小的車、銑、鉆、鉸和磨等應(yīng)用中的報(bào)道較多，而對(duì)于負(fù)載較大的拉削加工，相關(guān)的研究報(bào)道較少。為研究適用于拉削加工的綠色植物油基切削液，本文采用超聲振動(dòng)攪拌方式，將蓖麻油、活化劑和納米石墨作為添加劑并與純凈水進(jìn)行混合制備切削液，采用霧化噴射方式，將切削液施加到拉削加工過程中，并對(duì)拉削加工性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究與分析。

1 試驗(yàn)方法和試驗(yàn)方案

1.1 拉削試驗(yàn)系統(tǒng)

如圖1所示，具體試驗(yàn)系統(tǒng)使用臥式內(nèi)孔拉床(LG612YA—800)，其額定拉削負(fù)載為20 kN，最大拉削行程為800 mm，額定拉削速度v為80 mm/s，主液壓缸參數(shù)(外徑×內(nèi)徑×活塞行程)為φ80 mm×φ45 mm×800 mm，液壓系統(tǒng)額定油壓為6 MPa，額定流量為100 L/min。

圖1 拉削試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of broaching testing system

試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分主要由力傳感器和數(shù)據(jù)采集儀組成。力傳感器由4個(gè)壓力傳感器CTY204和1個(gè)放大板組成。對(duì)于每個(gè)壓力傳感器，其輸出電壓為0～10 V，最大負(fù)載為2 000 kg，靈敏度(輸出量/輸入量)為2 mV/V，精度為0.1%(滿量程)，頻率響應(yīng)為50 Hz。使用采集分析軟件(CIONV DASP V10)和數(shù)據(jù)采集儀(INV3018CT)對(duì)拉削負(fù)載信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣頻率為1 024 Hz，采樣精度為24 bit。

試驗(yàn)系統(tǒng)的切削液霧化噴射裝置為TZ-2232-ASPP數(shù)顯噴霧泵，其最大儲(chǔ)存量為3 L；裝置工作時(shí)，使用壓力為6 MPa的穩(wěn)定氣壓，將切削液霧化并噴射至拉削加工的刀齒上，具體噴射流量為16 mL/min;霧化裝置的噴嘴距刀具的距離ld=40 mm，傾角θ=45°。

1.2 拉削刀具與工件

圖2 拉削刀具及工件示意圖Fig.2 Schematic diagram of broach tool and workpiece

如圖2所示，試驗(yàn)使用的拉刀材料為高速鋼6542(W6Mo5Cr4V2)。拉刀總長(zhǎng)L=600 mm，寬度b=16 mm，前端高h(yuǎn)1=35.10 mm，后端高h(yuǎn)50=36.75 mm。拉刀表面排布50個(gè)刀齒，每個(gè)刀齒的前角γ0=12°，后角α0=6°，刀齒間距p=6 mm。根據(jù)齒升量δi的大小,可將全部刀齒分為粗拉加工區(qū)、半精拉加工區(qū)、精拉加工區(qū)三部分。各區(qū)的刀齒數(shù)分別為：粗拉區(qū)nR=40，半精拉區(qū)nS=5，精拉區(qū)nF=5。粗拉區(qū)和半精拉區(qū)刀齒后刀面開設(shè)均布的等寬等深分屑槽，且相鄰兩個(gè)的刀齒上開設(shè)交替變化的3個(gè)與4個(gè)分屑槽。

試驗(yàn)采用的工件是一個(gè)圓柱形套子，其外形結(jié)構(gòu)見圖2，工件材料為AISI 1045鋼，外徑DE=90 mm，內(nèi)徑DI=41 mm，工件厚度lW=20 mm，總拉削的切深δm=1.88 mm，切削寬度bw=16 mm。

1.3 切削液制備

本試驗(yàn)制備了三類切削液，其成分規(guī)劃如表1所示。第一類為W-O切削液，即在水中加入蓖麻油而形成的，其中蓖麻油有5個(gè)不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。第二類為WO-S切削液，即在第一類切削液中水和蓖麻油最佳配比的基礎(chǔ)上，再加入表面活化劑——直鏈烷基苯磺酸鈉(linear alkylbenzene sulfonate，LAS)而形成的，其中LAS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有5種。第三類為WOS-G切削液，是在第二類切削液各成分最佳配比的基礎(chǔ)上，再加入納米石墨而形成的，其中納米石墨有4種不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表1 切削液成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 The composition of cutting fluid(mass fraction) %

每類切削液使用圖1所示的功率為2 400 W的超聲波攪拌器(CH-8590, Rinco, Switzerland)進(jìn)行制備。將超聲波攪拌頭置于待混合切削液中，在20 kHz頻率下振動(dòng)攪拌5 min，同時(shí)使用水浴對(duì)切削液進(jìn)行冷卻。超聲攪拌完成后，將切削液靜置3 min再使用。利用超聲波攪拌的作用可將切削液液滴的混合達(dá)到微納級(jí)別。

1.3.1切削液的潤(rùn)濕特性

使用1000倍的奧林巴斯BX53M金相顯微鏡觀測(cè)拍攝上述3類切削液的微觀照片。利用Keyence VW-9000型高速顯微鏡對(duì)拉刀表面上切削液的接觸角進(jìn)行了測(cè)量，該顯微鏡可在1 s內(nèi)拍攝23 000幀圖像。測(cè)量所得拉刀表面上切削液的潤(rùn)濕角及其變化如圖3所示?？梢钥闯?，t=0時(shí)，W-O切削液的潤(rùn)濕角最大，為85.82°，WO-S切削液的潤(rùn)濕角最小，為79.83°。當(dāng)t=2 s時(shí)，W-O切削液的潤(rùn)濕角最大，為73.17°，WO-S切削液的潤(rùn)濕角最小，為61.24°。在2 s內(nèi)，WO-S切削液的潤(rùn)濕角變化了18.59°，而W-O和WOS-G切削液的潤(rùn)濕角分別變化了12.65°和13.94°，這說明WO-S切削液作用于刀具時(shí)具有最佳潤(rùn)濕性和滲透性。

圖3 拉刀表面的切削液潤(rùn)濕角及其變化Fig.3 Wetting angle variation of different cutting fluids on broach tool surface

1.3.2切削液的摩擦學(xué)特性

將液體石蠟(商用切削液)作為上述制備的W-O、WO-S和WOS-G切削液的對(duì)比對(duì)象，并采用MRS-10A型四球摩擦試驗(yàn)機(jī)測(cè)定4類切削液的摩擦因數(shù)。具體試驗(yàn)參數(shù)如下：試驗(yàn)時(shí)間30 min，試驗(yàn)載荷392 N，轉(zhuǎn)速1 420 r/min；國(guó)標(biāo)二級(jí)軸承鋼球，直徑12.7 mm，材料為GCr15，硬度59～61HRC。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，可以看出，液體石蠟在測(cè)試時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)的最大摩擦因數(shù)約為0.095；W-O切削液的摩擦因數(shù)有所減小，為0.08左右；WO-S切削液的摩擦因數(shù)最小，為0.068左右；WOS-G切削液因納米石墨的加入，摩擦因數(shù)與WO-S切削液相比反而有所增大，為0.07左右。由此可知， WO-S切削液在摩擦學(xué)特性方面也表現(xiàn)得最好。

圖4 切削液摩擦因數(shù)隨時(shí)間變化圖Fig.4 The variation of friction coefficient of cutting fluids with time

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 添加劑對(duì)拉削負(fù)載的影響

拉削負(fù)載是拉削加工性能的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，為此，將拉削負(fù)載的大小作為評(píng)價(jià)切削液的首要因素。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及減小誤差，在每種切削液條件下重復(fù)拉削試驗(yàn)三次。如圖2所示，在拉削過程中，由于拉刀刀齒間距p=6 mm，工件厚度lw=20 mm(即3p

如圖5所示，針對(duì)W-O型切削液，隨蓖麻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(O)的增大，拉削負(fù)載的高值和低值均先減小后趨于平緩。拉削負(fù)載最小值最先出現(xiàn)在w(O)=10%處，其高值和低值分別為6.14 kN和4.90 kN，與干拉削相比，分別減小了12.0%和13.6%。

圖5 W-O切削液拉削負(fù)載對(duì)比Fig.5 The comparison of broaching load in W-O cutting fluid

圖6 WO-S切削液拉削負(fù)載對(duì)比Fig.6 The comparison of broaching load in WO-S cutting fluid

如圖6所示，針對(duì)WO-S型切削液，隨LAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(S)的增大，拉削負(fù)載的高值基本逐漸減小并趨于平緩，其低值變化有一定的波動(dòng)。拉削負(fù)載最小值最早出現(xiàn)在w(S)=1.5%處，其高值和低值分別為5.79 kN和4.62 kN，與干拉削相比，分別減小了17.0%和18.5%。

如圖7所示，針對(duì)WOS-G型切削液，隨著石墨的加入，拉削負(fù)載的高值和低值均逐步增大，當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(G)=1%時(shí)，拉削負(fù)載的高值和低值已達(dá)到7.15 kN和6.03 kN，已略大于干拉削時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)載。

圖7 WOS-G切削液拉削負(fù)載對(duì)比Fig.7 The comparison of broaching load in WOS-G cutting fluid

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，添加劑對(duì)拉削負(fù)載存在較大的影響，包括如下三方面。

2.1.1蓖麻油對(duì)拉削負(fù)載的影響

蓖麻油可以有效地減小拉削負(fù)載。蓖麻油對(duì)拉削負(fù)載的有益效果源于它的水解作用，蓖麻油可通過水解反應(yīng)制得不同的改性化學(xué)成分。蓖麻油的主要成分為甘油三酯，水解后會(huì)生成一分子甘油和三分子脂肪酸，如圖8所示。脂肪酸一端為—COOH官能團(tuán)，具有化學(xué)活性，可依靠分子間作用力吸附于刀尖表面，形成定向排布的吸附油膜，這樣就可將刀具-切屑-工件表面隔開，并將刀-工-屑間的摩擦轉(zhuǎn)化為吸附膜分子間的摩擦，從而可減少直接接觸，進(jìn)而減小摩擦阻力和切削力。

圖8 W-O切削液中蓖麻酸水解與吸附潤(rùn)滑原理Fig.8 Hydrolysis of castor acid and adsorption-lubrication mechanisms in W-O cutting fluid

從圖5中也可以看出，在W-O切削液中，隨著蓖麻油含量的不斷增加，拉削負(fù)載不會(huì)一直減小。這主要是因?yàn)榈毒?工件-切屑之間的金屬表面積有限，隨著蓖麻油含量的增加，金屬表面上的吸附膜厚度逐漸增大并被完全覆蓋，這樣遠(yuǎn)離金屬表面的脂肪酸因無法繼續(xù)實(shí)現(xiàn)有效的吸附而達(dá)到了一種飽和平衡狀態(tài)。

2.1.2活化劑對(duì)拉削負(fù)載的影響

活化劑可以有效地減小拉削負(fù)載?；罨瘎?duì)拉削負(fù)載的有益效果源于它對(duì)油水液滴的微細(xì)乳化增強(qiáng)作用。使用Olympus BX53M 1000倍透射顯微鏡觀察WO-S(w(S)=0，即W-O)和WO-S(w(S)=1.5%)兩種切削液液滴，結(jié)果見圖9。

(a)WO-S(w(S)=0，即W-O)

(b)WO-S(w(S)=1.5%)圖9 WO-S(w(S)=0)和WO-S(w(S)=1.5%) 的液滴顯微照片對(duì)比Fig.9 The comparison of droplet micrograph in WO-S(w(S)=0) and WO-S(w(S)=1.5%)

對(duì)比圖9a和圖9b可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)W-O切削液中沒有加入活化劑時(shí)，水包油液滴的最大直徑不超過6 μm，而在加入活化劑后， WO-S切削液中水包油液滴的最大直徑不超過3 μm，幾乎減小了一半。這說明活化劑的加入可將油液滴進(jìn)一步分散，從而得到了更加微小和細(xì)密的水包油微液滴，即促進(jìn)了油水乳化。這些直徑不超過3 μm的微細(xì)水包油液滴更易附著于刀具-工件-切屑表面[20]，且更易于進(jìn)入刀尖的微狹縫中，起到更加有效的潤(rùn)滑和冷卻作用[21]，從而可有效地減小拉削負(fù)載。

從圖6中也可以看出，在WO-S中，隨著活化劑含量的不斷增加，拉削負(fù)載也不會(huì)一直減小，而是進(jìn)入一種飽和平衡狀態(tài)。這其中的原因與蓖麻油的情況類似，主要還是受到了刀具-工件-切屑之間有限金屬表面積的限制。

2.1.3納米石墨對(duì)拉削負(fù)載的影響

加入納米石墨反而不利于減小拉削負(fù)載。如圖7所示，納米石墨的異常表現(xiàn)效果與圖4中4類切削液液滴的摩擦學(xué)特性所得到的結(jié)論相吻合。使用Olympus BX53M 1000倍透射顯微鏡觀察WOS-G(w(G)=0.25%)切削液液滴，結(jié)果見圖10。一方面，納米石墨和蓖麻酸(蓖麻油的水解產(chǎn)物)都是由非極性分子構(gòu)成，極性特征相似使得兩者極易結(jié)合在一起；另一方面，石墨是親油的，而活化劑分子中既含有親油基也含有親水基，這使得石墨和活化劑也極易結(jié)合在一起。上述原因都使得石墨、活化劑和蓖麻酸極易聚集，并形成較大的集團(tuán)(即“團(tuán)簇”)，如圖10所示。另外，“團(tuán)簇作用”還會(huì)減少切削液中蓖麻油和活化劑的有效成分含量。因此，隨著納米石墨含量的增加，“團(tuán)簇”效果更為明顯，拉削負(fù)載將逐步增大，甚至達(dá)到干拉削工況時(shí)的拉削負(fù)載。

圖10 納米石墨在WOS-G切削液中的團(tuán)簇現(xiàn)象Fig.10 Agglomeration of nano-graphite in WOS-G cutting fluids

2.2 添加劑對(duì)拉削負(fù)載動(dòng)特性的影響

拉削加工過程中負(fù)載動(dòng)特性是加工性能的另一重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文選取干拉削，以及三類切削液中的優(yōu)化代表W-O(w(O)=10%)、WO-S(w(S)=1.5%)和WOS-G(w(G)=0.25%)作為研究對(duì)象，將其對(duì)應(yīng)的拉削負(fù)載信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換(fast Fourier transform，F(xiàn)FT)后，可得到4個(gè)拉削負(fù)載信號(hào)頻譜圖(圖11)。

(a)干拉削

(b)W-O(w(O)=10%)

(c)WO-S(w(S)=1.5%)

(d)WOS-G(w(G)=0.25%)圖11 四種不同工況下拉削負(fù)載信號(hào)頻譜圖Fig.11 Frequency spectrum of broaching load under four different processing conditions

從圖11a～圖11d中可以看出，4個(gè)拉削負(fù)載信號(hào)存在較為一致的頻域特征。即在f1≈13.33 Hz、f2≈2f1、f3≈3f1頻率點(diǎn)附近,4個(gè)拉削負(fù)載信號(hào)均存在較大的增益，分別為干拉削(A1=415.7 N，A2=274.6 N，A3=64.7 N)，W-O(A1=406.25 N，A2=266.5 N，A3=55.6 N)，WO-S(A1=371.7 N，A2=213.7 N，A3=41.2 N)，WOS-G(A1=445.5 N，A2=236.6 N，A3=44.3 N)?？梢钥闯觯?個(gè)拉削負(fù)載信號(hào)的頻率點(diǎn)f1、f2和f3的頻率值相近，這表明這三個(gè)頻率來自一個(gè)振源。這個(gè)振源主要是由拉刀刀齒的齒距p和工件長(zhǎng)度lW引起的。根據(jù)圖2所示的工件厚度與刀齒間距間的關(guān)系3p=18 mm

對(duì)比4種條件下基頻f1處的幅值可以發(fā)現(xiàn)，相比干拉削，W-O、WO-S的幅值分別減小了2.3%和10.6%，而WOS-G的幅值增大了7.2%。對(duì)比二倍頻f2處的幅值可以發(fā)現(xiàn)，相比干拉削，W-O、WO-S和WOS-G的幅值分別減小了3.0%、22.2%和13.8%。對(duì)比三倍頻f3處的幅值可以發(fā)現(xiàn)，相比干拉削，W-O、WO-S和WOS-G的幅值分別減小了14.0%、36.3%和31.5%。

上述結(jié)果表明，蓖麻油和活化劑的加入，不但可以減小拉削負(fù)載，還可以抑制拉削過程的負(fù)載波動(dòng)。這個(gè)有益的效果可從切削液液滴在刀具-工件-切屑表面的附著作用來解釋。當(dāng)使用W-O切削液進(jìn)行拉削時(shí)，蓖麻酸分子通過物理吸附在金屬表面形成了薄油膜，具有一定的減振潤(rùn)滑作用；但此油膜較薄，吸附作用較弱，當(dāng)受到較大載荷時(shí)，油膜易被破壞而導(dǎo)致減振作用消失,因此拉削負(fù)載幅值僅有輕微的減小。WO-S是在切削液中加入表面活化劑制備的，引入了大量的活性基團(tuán)，可顯著提高油膜的吸附作用；另外，活化劑LAS中含有少量硫元素，可作為極壓添加劑與金屬表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使得部分物理吸附轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附，并形成了金屬皂膜，從而可在較大的載荷條件下工作，因此，其減振潤(rùn)滑的效果會(huì)更加明顯，即拉削負(fù)載幅值會(huì)有更大幅度的減小。加入納米石墨的WOS-G切削液因存在納米石墨的“團(tuán)簇”消耗作用，會(huì)大幅度減少切削液中有效蓖麻酸和活化劑的含量，也會(huì)明顯減小刀具-工件-切屑表面的吸附膜厚度，從而會(huì)明顯減弱對(duì)拉削負(fù)載幅值的抑制效果，在基頻部分的幅值還略大于干拉削時(shí)的幅值。

2.3 添加劑對(duì)刀齒“粘屑”的影響

切屑在刀齒上的附著情況(即“粘屑”現(xiàn)象)不利于拉刀的再次使用，也是拉削加工過程中所必須抑制的。對(duì)于圖2所示的拉刀的第1～5個(gè)刀齒，由于涉及刀齒與工件的初始瞬間接觸以及接觸刀齒數(shù)量的逐漸增加過程，該5個(gè)刀齒表面所受的摩擦作用最為劇烈。分別設(shè)置干拉削、W-O(w(O)=10%)、WO-S(w(S)=1.5%)和WOS-G(w(G)=0.25%)四種切削條件，在每種條件下進(jìn)行3次拉削試驗(yàn)，并將拉刀上第1～5齒和全部50個(gè)刀齒上的粘屑數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其均值結(jié)果見圖12。

圖12 不同拉削條件下平均粘屑數(shù)量對(duì)比Fig.12 Comparison of average amount of adhesive chips under different broaching conditions

從圖12中可以看出，相比于干拉削條件，在W-O條件下第1～5齒和全部刀齒的平均粘屑數(shù)量相差不大，基本上沒有改善；WO-S條件下第1～5齒上平均粘屑數(shù)量減少至4.3，減少了35.8%，全部刀齒上的平均粘屑數(shù)量減少至7.7，減少了23.0%；在WOS-G條件下則出現(xiàn)了異常增大的現(xiàn)象，其第1～5齒上平均粘屑數(shù)量增加至8.5，全部刀齒上的平均粘屑數(shù)量也猛增至12.2。

上述結(jié)果表明，蓖麻油和活化劑的加入，不但可以減小拉削負(fù)載，還可以抑制拉削過程的刀齒上粘屑。這個(gè)有益的效果也可從切削液液滴對(duì)刀尖表面的不同黏附作用來解釋。當(dāng)使用W-O切削液進(jìn)行拉削時(shí)，切削液液滴對(duì)刀尖表面的黏附作用主要停留在物理吸附效應(yīng)上，吸附作用較弱，從而隔離刀具-切屑之間的能力也較弱，因此粘屑現(xiàn)象得不到明顯的改善。WO-S切削液液滴引入了活化劑，將液滴的物理吸附轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附，使得隔離刀具-切屑之間的能力得到了增強(qiáng)，因此粘屑現(xiàn)象得到了較大的改善。WOS-G切削液的液滴因存在納米石墨的“團(tuán)簇”消耗作用，會(huì)顯著減弱液滴的物理和化學(xué)吸附作用，使得隔離刀具-切屑之間的能力明顯減弱，因此粘屑現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重。

3 結(jié)論

(1)試驗(yàn)結(jié)果表明，WO-S切削液的應(yīng)用效果最好，相比干切削工況，拉削負(fù)載的高值和低值分別減小了17.0%和18.5%，拉削負(fù)載在基頻處的幅值減小了10.6%，前5個(gè)刀齒的平均粘屑數(shù)量減少了35.8%，全部刀齒的平均粘屑數(shù)量減少了23.0%。

(2)含純凈水88.5%、蓖麻油10%和活化劑1.5%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))的WO-S切削液實(shí)現(xiàn)了拉削負(fù)載的高值和低值分別為5.79 kN和4.62 kN，拉削負(fù)載在基頻處的幅值為371.7 N，平均粘屑數(shù)為7.7，其他具體條件為：拉刀刀齒齒距p=6 mm，工件厚度lW=20 mm，拉削速度v=80 mm/s；切削液噴射流量16 mL/min，噴嘴距刀齒距離40 mm，傾角45°，工作氣壓6 MPa。

(3)蓖麻油和活化劑作為添加劑加入切削液時(shí)，一定程度上有利于切削液減小拉削負(fù)載，但并非越多越好，而是存在一個(gè)最佳值。

(4)納米石墨作為添加劑加入切削液時(shí)，它與蓖麻油和活化劑作用會(huì)發(fā)生“團(tuán)簇”效應(yīng)，反而增大了切削液的摩擦因數(shù)，不利于減小拉削負(fù)載和拉削負(fù)載在基頻處的幅值，也不利于減少粘屑數(shù)量。