在金属切削过程中,切削液具有冷却、润滑、清洗、排屑及防锈作用。使用切削液对于提高切削加工性能和效率,减少刀具磨损有着显着的效果。然而,随着环保意识和安全意识的增加,人们对使用切削液带来的负面影响的认识也逐渐加深,使用切削液不仅增加了制造成本,对环境造成污染,而且直接损害操作人员的身体健康。因此近年来提出了绿色制造的概念,要求少用甚至不用切削液,达到保护环境和劳动者安全的目的。

　　1 切削液对人体的危害

　　切削液大体上可分为两类:以冷却为主要目的,用水稀释的水溶性切削液;以润滑为主要目的,不用水稀释的油溶性切削液。

　　水溶性切削液用大量水稀释后使用,无产生火烟和引起火灾的危险性,加工后脱脂清洗较简单,缺点是机床和工件容易生锈。油溶性切削液润滑和防锈作用好,但在高速切削时会产生严重的油雾,恶化环境卫生。为了适应各种润滑要求与改善切削液的性能, 往往在切削液中加入各种添加剂。

　　切削液对人体健康的危害主要是在于其添加剂含有毒性。例如亚硝酸盐、铬酸盐、氯化合物均系有毒物质,而且亚硝酸盐和醇胺容易发生反应形成致癌的亚硝胺;作为杀菌剂使用的苯酚娄物质也有很大毒性。

　　切削液对人体健康产生危害主要通过两种途径:

　　1）金属切削液与操作人员皮肤直接接触:由切削液引起的职业病中有80%是通过这种途径形成的。水溶性切削液和油溶性切削液对皮肤的危害是有区别的。

　　一般认为,油溶性切削液容易导致油痤疮、毛囊炎、角化症和皮肤癌。其中,油痤疮是最常见的,它是由于皮肤接触油而阻碍了皮肤毛孔,导致发炎形成脓水泡。当金属碎屑、砂轮颗粒、氧化物颗粒和铁锈颗粒与皮肤接触阻碍皮肤毛孔时,引起出疹,会诱发毛囊炎。皮肤癌和角化症主要由多环芳烃( PAH)引起;

　　水溶性切削液容易导致刺激性皮炎和过敏性皮炎。刺激性接触皮炎是由表皮层细胞局部毒性作用引起的发炎反应。过敏性皮炎是由皮肤内抗原刺激引起的一种发炎反应,是处理切削液的工人得湿疹的重要原因。

　　2）操作人员通过呼吸道摄入切削液形成的烟雾:油溶性切削液形成的油雾和水溶性切削液汽化形成的微液滴刺激呼吸系统粘膜会引起炎症,烟雾的刺激性气味和切削液腐败产生的恶臭对呼吸道也会产生危害。

　　2 绿色制造技术

　　如何把切削液的危害降到最低程度是一个极为重要而又不易解决的问题。解决切削液问题最直接有效的方法就是采用少、无切削液的绿色加工技术。人们在寻找新的切削润滑冷却技术的过程中,进行了多方面有益的尝试,发展出了多种绿色制造技术:干切削、低温冷却、冷风冷却和最少量润滑技术———MQL (MinimalQuantities of Lubricant) 。

　　1）干切削

　　干切削就是在切削过程中不用任何切削液的加工方法。相对于传统切削液的湿式加工工艺而言,它是控制污染源头的一种清洁制造工艺。它的优点包括: ①对环境无污染; ②对人体健康无危害; ③形成的切屑干净、清洁,易于回收和处理; ④省去了与切屑和切削液相关的费用,降低了生产成本。

　　干切削不是简单地停止使用切削液,而是要在停止使用切削液的同时,保证高效率、高产品质量、高的刀具耐用度以及切削过程的可靠性。干切削技术的发展在很大程度上依赖于刀具技术和涂层技术的开发。选择具有良好抗机械冲击和热冲击性能以及极高耐磨性的新型刀具材料,如超细晶粒硬质合金、微细颗粒氧化铝陶瓷、SiC晶须增强陶瓷、立方氮化硼(CBN) 、聚晶金刚石;也可在高速钢、硬质合金基体上进行适宜的涂层,如TiA1N涂层、TiCN 涂层、TiA1N +MoS2涂层、类金刚石DLC涂层等,近年来提出的纳米涂层技术,可使刀具有优异的抗摩擦磨损及自润滑性能。

　　虽然干切削具有诸多优点,但在切削钛合金、超耐热不锈钢等材料时,应用干切削技术还存在一些困难。因为由于没有切削液,其冷却、润滑及排屑作用就会丧失,切削加工中的热量就会增加,从而导致过高的切削温度,切削过程中会产生更多的摩擦和粘附现象,使得刀具寿命变短、生产效率降低,并使加工表面质量变差。而且干切削过程中易产生金属粉尘,而美国环保署(EPA)指出,工人即使吸入浓度很小的某些金属粉尘也会引起急性肺炎。

　　2）低温冷却

　　低温冷却技术是一种将液态气体, 例如液态氮(-186℃) 、液体CO2(-76℃) ,直接传输到切削区和刀具切削刃附近的切削技术。与干切削相比,它在降低切削温度,提高刀具寿命、表面质量的表现上更为优越。还有研究表明,低温冷却技术的实施有得切屑的折断。缺点是液氮不能循环利用以及产生低温液态气体的设备增加了制造成本。

　　3）冷风切削

　　低温冷风切削加工是在切削时使用-10℃～-100℃的低温冷风和非常微量的植物油代替冷却润滑剂实施切削的方法。它既能缓解切削区的高温,延缓刀具磨损,又能保证刀具的润滑性。试验证明,采用低温冷风切削时,车刀的寿命可以延长两倍以上。但低温冷风发生系统大都比较昂贵,如日本生产的设备随冷风排放量的大小不同,每台价格在150万～340万日元之间。