中国石化长城切削液在某航空企业铝合金加工中的应用及维护

靳玉峰

中石化华中润滑油有限公司

随着我国航空工业的高速发展，与之相关的零部件材质及加工设备、用油等要求也逐步升级。为了获得较大的起飞重量和机动性，机身一般采用重量轻、综合机械性能好的航空铝合金、钛合金等。加工机床一般选用自动化程度高的龙门式综合加工中心。加工用油会选用冷却性能好、润滑性好、抗腐蚀性好、清洗性好、寿命长的水基切削液产品[1]。因此，企业选用相关金工液时也比较谨慎。通过推广，长城切削液在我国某航空工业公司（简称某航空企业）某型号教练机机身骨架、桁架零部件加工中成功应用，满足了高端客户加工要求，得到了客户认可。

现场设备及加工概况

某航空企业加工设备为某机床厂产的T-2520X40 型高速三坐标龙门加工中心，有循环过滤（过滤布）系统，有杂油撇油器及链式绞龙传动循环排屑系统，加工方式以铣削、钻削为主，加工零件为教练机机身座舱骨架板，7 系铝合金材质。切削液使用寿命需达到3 年，使用浓度7%左右，在用2 款进口品牌切削液。

用液推荐及与在用产品的性能对比

针对7 系超高强铝合金而言，在加工时对切削液的润滑性能要求较高，结合航空航天领域对绿色环保的相关要求，加工时一般首选微乳切削液，尤其是高含油量微乳液（含油量40%～60%），不仅可以提供较好的润滑性能，也能够适当延长使用寿命，减少废液的排放量。水基切削液含油量越高的产品类型形成的油膜厚度越厚，润滑性能也就越好，但其使用寿命也越短，易生菌发臭，维护难度较大。

依据现场工况及客户提出的要求，推荐其使用长城某款切削液，（以下简称长城切削液）该产品的性能特点如下：

◇具有优良的极压抗磨性能，适合较高难度的加工；

◇具有良好的抗生物性能和使用稳定性能，使用寿命长；

◇具有优良的防锈性和抗腐蚀性，有效防止工件的腐蚀；

◇具有优良的冷却性和清洗性，保证工件加工精度和保持刀具及工件的清洁；

◇具有低泡沫性和良好的铁屑沉降性。

该款推荐切削液尤其适用于主要用于钻孔、攻丝、铰孔和拉削等苛刻加工工艺。推荐使用浓度：一般加工为3%～6%（质量分数，下同），中高负荷加工为5%～15%。

长城切削液与该公司相同工艺要求的其他2 款机床在用进口品牌切削液性能对比见表1。

表1 长城某款切削液与在用进口品牌切削液性能对比

由表1 可见，推荐的长城切削液与2 款在用切削液相比，均具有较好的防锈性、铝防腐性、消泡性等性能。除了因含油量等因素差异造成的折光读数有所不同，其余被检项目检测结果基本相当。

现场应用

上机前验证试验

取原液油样300～500 mL，5%(质量分数)稀释后，试验件(7075铝块)全浸，24 h 观察无锈点、无腐蚀，为合格。试验过程及结果如图1～图4 所示。

图1 试验件（7075铝块）

图2 5%长城切削液稀释液

图3 浸泡

图4 静置24 h的试验件

验证结果显示，试验件全浸长城切削液5%稀释液24 h 观察无锈点、无腐蚀，验证通过。

上机应用

所推荐长城切削液以良好的防锈性、抗铝腐蚀性，验证合格。通过沟通，某航空企业同意提供某机床厂产的T-2520X40 型高速三坐标龙门加工中心进行初装上机试用。在一个月的生产过程中，长城切削液使用完全满足客户工艺要求，刀具损耗、原液消耗、抗泡性等方面也有优势，得到客户认可，成功扩大应用至该公司其他加工设备。使用两年来，长城切削液表现出寿命长的使用特点，一直补加消耗，未出现整槽换液情况，综合性能和效益得到客户认可。以该企业使用的T1 机床为例，2022 年的切削液浓度及pH 值变化情况如图5 所示，细菌数变化如图6 所示。

图5 2022年T1机床的切削液浓度及pH值变化

图6 2022年T1机床的切削液细菌数变化

由图5 可以看出，切削液浓度维持在4.2%～6.1%的正常使用范围，pH 值保持在8.1 以上。应用期间，正常补加新液，适当补加杀菌剂，由图6 可以看出，细菌正常，表明长城切削液产品稳定，使用正常。

铝合金切削维护

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好[2]。铝合金按照所含主要元素成分可以分为1～9 系铝合金[3]，其中，7 系铝具有强度好、耐磨性好等优势，广泛用于航天工业。切削是铝合金加工方式之一，铝合金在物理性能上与大部分钢材和铸铁材料相比，具有很多明显的特点：强度、硬度与纯铝相比提高很多，但与钢材相比强度与硬度低，切削力小，导热性好。由于铝合金质软，塑性大，切削时易黏刀，在刀具上形成积屑瘤，高速切削时可能在刀刃上产生熔焊现象，使刀具丧失切削能力，并影响加工精度和表面粗糙度。此外，铝合金的热胀系数大，切削热容易引起工件热变形，降低加工精度[4]。

切削液的正常使用，除了要求切削液产品应具有良好的综合性能外，与现场维护管理也关系密切。铝合金切削加工中的切削液维护尤为重要。

日常维护的主要内容有检测浓度、pH 值、细菌情况，观测液槽液位、机床漏液、漏油情况、过滤系统、撇油器是否正常，及时补加新液，关注停机时长。配备配液设备，电动、手动油抽、配液车、搅拌棒、装油桶、抹布、拖把等。现场常用检测设备有手持式折光仪、电子浓度仪、精密pH 试纸、测菌片、水质硬度试纸等。

维护管理指标

浓度

浓度是切削液日常维护管理的重要指标之一。保持合适的浓度是保证切削液性能、加工正常、提高效率、降低用液成本的有效手段。浓度过高，原液消耗量大，费用高，会造成浪费，产品冷却性能、沉降性能降低。浓度过低，加工润滑不足，零件加工质量也可能降低，刀具损耗增加，零件有腐蚀风险，影响切削液寿命。

pH 值

pH 值也是切削液日常维护管理的重要指标之一，根据不同的工艺要求，会设定一个合适的切削液pH值范围。pH 值过高，一般会刺激操作工皮肤、影响铝件腐蚀，可能还会引起机床油漆皲皮、脱落。pH 值过低，会影响防锈性和抗菌性能，导致切削液腐败。

细菌量

切削液腐败变质主要系厌氧菌过量繁殖所致。细菌数一般控制在102～104，若超过105，切削液一般会有腐败味道，必要时可使用杀菌剂控制细菌数量，补加杀菌剂时需做好防护。

具体操作（新机床配液）如下：

◇用1%～2%切削液稀释液或杀菌剂稀释液对机床液槽、循环系统进行循环清洗1 次（非新机床的老液替换至少需杀菌清洗两次）；

◇抽排掉用于清洗的切削液，按6%～8%的浓度配液，先加水后加原液，边加液边搅拌均匀，以保证切削液乳化正常；

◇加入液槽，按照液槽容量，先加入约总量的2/3，注意观察回液槽、过滤槽（净油槽）启动循环液面变化，若液位不够，及时补液，以保证回液槽、过滤液槽切削液循环系统工作正常，同时，要避免切削液溢出。

水质硬度

水溶性切削液使用时会用水进行稀释，稀释用水的硬度也是切削液维护管理的指标之一。水的硬度是由溶解于水中的矿物质的含量所决定，硬水中含大量钙镁离子。低硬度配液用水是切削液稳定的必要条件之一，对于金属防护具有积极意义。一般每个水溶性切削液产品都有其适用的水质硬度范围，以避免出现乳化、泡沫、腐蚀性等异常。

切削液维护监测

每日巡查

每天巡查，确定切削液气味是否正常，观察液位变化，及时补加新液，观察机床漏油、撇油器运转情况，避免液槽杂油过多以便及时清理。

浓度监测

浓度下降时，配制高浓度新液及时补加或加入原液，搅拌均匀，直至浓度保持在6%～8%水平。浓度检测可使用手持式折光仪或电子浓度仪，如图7、图8 所示。

图7 手持式折光仪及其使用

图8 电子浓度仪及其使用

pH 值监测

现场用精密pH 试纸监测，若pH 值低于特定值时，及时补加碱性剂，先按合适比例稀释加入，搅拌均匀，保持在pH 值在正常范围之间，当加入碱性剂超过正常值时，需配合按合适比例加入铝缓蚀剂，以保持切削液的抗菌、抗腐蚀性能。

测菌

现场一般用测菌片测试，方法是取出测菌片，用棉签蘸取切削液涂抹在测菌片上，放入测菌管内密封，取不同位置切削液测试，如回油槽、过滤槽角落、机床台面角落等，细菌（浅色面）放置24 ～48 h，真菌（深色面）放置72 ～96 h，观察生菌情况。在保持正常的浓度、pH 值情况下，一般3 ～9 月份，可每月测1 次，10 ～2 月份，可2 个月测1 次，不过，依据现场切削液使用情况有异常时，需及时进行检测。

硬度

水溶性切削液原液稀释配液时，特别是初装配液时，要对稀释用水进行硬度检测，通过滴定或硬度试纸可以很容易测得水的硬度。本文所推荐的该款长城切削液一般建议水质硬度不超过400 mg/kg。

建立切削液维护档案

建立切削液维护档案是管理、使用切削液的一种科学方法，能起到监控、有效降本的作用。每台机床建立一份档案，详细记录浓度、pH 值、补液、补加添加剂名称及数量。可以半月、1 月汇总，结合每台机床加工工艺要求，确定合适的使用浓度，以降低切削液、刀具综合消耗成本。

结论

☆所推荐长城切削液产品具有优良的极压抗磨性能、良好的抗生物性能和使用稳定性能、优良的防锈性和抗腐蚀性、优良的冷却性和清洗性、低泡沫性和良好的铁屑沉降性,可以满足航空高端客户加工需求。

☆良好的切削液产品与科学的现场管理维护是分不开的，在实际应用中，建立切削液维护管理体系，对增强切削液产品使用效果有很大帮助，也能为企业降本增效起到积极作用。