Основные виды смазочно-охлаждающих технологических средств, применяемых при резании металлов

Д.В. Виноградов

Основные виды
смазочно-охлаждающих  
технологических средств, 
применяемых 
при резании металлов

Учебное пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 621.91(075.8)
ББК 30.61
 
В49

ISBN 978-5-7038-4894-4

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.press/catalog/52/book1816.html

Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Инструментальная техника и технологии»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

 
Виноградов, Д. В.

В49 
 
Основные виды смазочно-охлаждающих технологических средств, при
меняемых при резании металлов : учебное пособие / Д. В. Виноградов. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018.  — 96 с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4894-4
Представлены классификация и обозначения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), используемых при обработке резанием металлов. Рассмотрены функциональные и эксплуатационные свойства, состав, области применения основных видов СОТС (жидких, твердых, газообразных и пластичных). Особое 
внимание уделено водным и масляным смазочно-охлаждающим жидкостям. Даны 
рекомендации по выбору СОТС.
Для студентов, обучающихся по специальности «Проектирование технологических машин и комплексов» и другим технологическим специальностям. Может быть 
полезно технологам и иным инженерно-техническим работникам машиностроительных предприятий.

УДК 621.91(075.8)
ББК 30.61

Учебное издание

Виноградов Дмитрий Вячеславович
Основные виды смазочно-охлаждающих технологических средств,  
применяемых при резании металлов

Редактор С.А. Виноградова 
Художник Я.М. Асинкритова 
Корректор Н.А. Фетисова
Компьютерная графика Т.Ю. Кутузовой
Компьютерная верстка Ю.В. Калиничевой, Н.Ф. Бердавцевой
Оригинал-макет подготовлен в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана.
В оформлении использованы шрифты Студии Артемия Лебедева.
Подписано в печать 30.04.2018. Тираж 100 экз. Формат 70×100/16.
Усл. печ. л. 7,8. Изд. № 324-2017. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1. press@bmstu.ru
www.baumanpress.ru
Отпечатано в типографии МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.
baumanprint@gmail.com

Предисловие

В настоящее время на рынке представлены разнообразные смазочно- 
охлаждающие технологические средства (СОТС), различающиеся функциональными, физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Поэтому 
перед инженером, разрабатывающим технологический процесс изготовления 
детали, встает сложная задача правильного выбора марки СОТС, наиболее 
подходящей для конкретного вида обработки резанием данного материала. 
При этом инженер должен учитывать особенности процесса обработки, применяемых режущих инструментов и металлорежущего оборудования, экономические возможности предприятия, экологические требования, требования 
охраны труда и другие важные факторы. Учет таких разнообразных и подчас 
противоречивых требований к СОТС возможен лишь при доскональном знании функциональных и эксплуатационных свойств известных марок СОТС.
Издание предназначено для студентов, обучающихся по специальности 
15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов» (будущих 
инженеров-технологов), направлено на помощь в решении сложной и важной 
задачи подбора СОТС для технологических операций обработки резанием. 
С этой целью в пособии отражено следующее: 

• основные принципы классификации современных СОТС;
• состав, функциональные и эксплуатационные свойства, преимущества 
и недостатки СОТС из основных классификационных групп: жидких, твердых, газообразных и пластичных;

• области применения и особенности эксплуатации разных типов СОТС 
при различных видах обработки резанием конструкционных материалов;

• основные принципы выбора смазочно-охлаждающих средств для повышения эффективности обработки резанием и износостойкости режущих 
инструментов.
Решение перечисленных задач позволяет достичь цели изучения дисциплины «Смазочно-охлаждающие технологические средства в механической 
обработке».
Цель издания — подготовка специалиста к назначению смазочно-охлаждающих технологических средств для повышения эффективности обработки 
резанием с учетом особенностей технологических процессов, применяемых 
инструментов и оборудования, экологических требований и требований  
охраны труда.
После изучения учебного пособия студенты овладеют:
• принципами, положенными в основу классификации современных 
СОТС;

• общими закономерностями влияния физико-химических свойств  
СОТС на их функциональные и эксплуатационные свойства;

• принципами обоснованного выбора СОТС для операций обработки 
резанием, применение которых обеспечит повышение эффективности процесса резания, повысит износостойкость режущего инструмента.
Издание является продолжением учебного пособия Виноградова Д.В. 
«Применение смазочно-охлаждающих технологических средств при резании 
металлов. Ч.1: Функциональные действия» и поддерживает изучение модуля 2 
«Виды СОТС» дисциплины «Смазочно-охлаждающие технологические средства в механической обработке».

Для проверки уровня освоения изложенного материала в пособии преду
смотрены вопросы для самостоятельного контроля. Ответы на эти вопросы 
размещены в конце пособия. Информация, напечатанная мелким шрифтом, 
является дополнительной и предназначена для расширения кругозора будущего инженера.

Предисловие

Введение

Использование СОТС важно для современного производства как с технологической, так и с экономической точки зрения. Несмотря на то что расходы на СОТС, по разным оценкам, составляют всего 0,5…5 % затрат на 
производство, СОТС влияет на 95 % расходов: благодаря правильному выбору СОТС инструмент имеет большую стойкость, станок работает с меньшими перерывами, обработка ведется с большей скоростью, снижается нагрузка на персонал и т. д. Это можно проиллюстрировать диаграммой (рис. 1), 
на которой представлено примерное соотношение затрат на различные  
статьи: зарплату, оборудование, инструмент, СОТС и прочие расходы. Затраты 
на СОТС гораздо меньше, чем экономия от их применения.

Рис. 1. Снижение затрат на производство при использовании СОТС

Для правильного выбора СОТС необходимо учитывать все затраты на 
всех этапах жизненного цикла СОТС: производстве (стоимость покупки), 
эксплуатации (затраты на оборудование для приготовления и подачи, на поддержание качества) и утилизации. Например, стоимость смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в автомобильной промышленности ФРГ составляет 5,5 % общих затрат на СОЖ. Другими словами, общие затраты на СОЖ в 
18 раз превышают ее стоимость.

Такое заметное влияние СОТС на производственный процесс показы вает 

важность их правильного выбора для конкретных условий обработки. 

I. Классификация и обозначение  
смазочно-охлаждающих технологических средств

Для правильного определения области применения СОТС надо отнести 
к одной из известных групп, сформированных на основе анализа всего ассортимента современных марок СОТС. Это позволит использовать рекомендации по применению СОТС данной группы. Разделение на группы выполняется в соответствии с выбранными критериями (классификационными 
признаками), которые должны помочь инженеру «автоматически» отнести 
СОТС к той или иной группе.
На современной классификации СОТС основываются принципы и правила их обозначения, что дает возможность однозначно определить любое 
смазочно-охлаждающее технологическое средство.

Классификация смазочно-охлаждающих  
технологических средств

Современные СОТС отличаются большим разнообразием веществ, входящих в их состав, и рецептур изготовления, что ведет к широкому спектру 
физико-химических свойств. Классификация основных видов СОТС, применяемых при резании металлов, представлена на рис. 2.
СОТС принято классифицировать по следующим признакам: агрегатное 
состояние, физико-химические особенности дисперсной среды и дисперсной 
фазы, размер частиц и однородность дисперсной фазы, свойства и количество 
присадок, вязкость.

Агрегатное состояние

По агрегатному состоянию различают жидкие, твердые, газообразные и 
пластичные СОТС. 

Агрегатное состояние вещества (от лат. aggrego — присоединяю) — состояние одного и того же вещества в определенном интервале температур и давлений, характеризующееся неизменными качественными свойствами, например способностью (твердое 
тело) или неспособностью (жидкость, газ, плазма) сохранять объем и форму, или наличием дальнего и ближнего порядка (твердое тело), отсутствием порядков (жидкость), 
или наличием ближнего и отсутствием дальнего порядка (аморфное тело).
Обычно выделяют три агрегатных состояния (твердое тело, жидкость, газ), но 
пластичные СОТС имеют свойства, настолько отличающиеся от свойств твердых тел, 
жидкости и газа, что традиционно их выделяют в отдельную группу и полагают, что 
пластичные СОТС являются аморфными телами.

Агрегатное состояние влияет на смазочное, охлаждающее, защитное и 
другие функциональные свойства, а также на эксплуатационные свойства 

Износостойкие
покрытия

Рис. 2. Классификация современных СОТС, применяемых при резании

I. Классификация и обозначение смазочно-охлаждающих технологических средств 
8

СОТС. Например: СОТС с разным агрегатным состоянием требуют различных способов и оборудования для подачи их в зону резания; жидкие, твердые 
и газообразные СОТС оказывают разное охлаждающее действие. 
Вещества в «чистом» виде используют в качестве СОТС чрезвычайно 
редко, в подавляющем большинстве случаев в одно вещество добавляют другие, улучшающие свойства СОТС. Агрегатное состояние веществ играет 
важную роль при приготовлении смесей. Результаты смешивания дисперсной 
среды и нерастворимой дисперсной фазы с разным агрегатным состоянием 
показаны в табл. 1.

Таблица 1

Классификация дисперсных систем

Дисперсная
среда

Дисперсная фаза

Твердое тело
Жидкость
Газ

Твердое 
тело
Твердый золь  
(сплав, бетон)
Твердая эмульсия, 
капиллярная система 
(грунт, почва)

Твердая пена, пористое 
тело (поролон, пемза, 
пенопласт)

Жидкость
Коллоидный раствор, 
суспензия
Лиозоль, эмульсия  
(молоко, майонез)
Пена, газовая эмульсия

Газ
Твердофазный аэрозоль (дым, смог, пыль)
Жидкофазный аэрозоль 
(туман, облака)
Коллоидная система  
невозможна

Золь (от лат. solutio — раствор) — высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с дисперсной средой, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц 
размером 1…100 нм.
В зависимости от вида дисперсной среды золи бывают твердыми, аэрозолями 
(газообразная дисперсная среда) и лиозолями (жидкая дисперсная среда). Примером 
аэрозоля на основе жидкости является туман — взвесь капель воды в воздухе; твердофазного аэрозоля — дым или пыль.
Частицы дисперсной фазы лиозоля вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсной среды называют мицеллами. К лиозолям относятся мицеллярные растворы различных типов, водные растворы биополимеров, 
органо- и гидрозоли металлов, синтетические латексы.
Золи занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями, эмульсиями). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли, обладают эффектом светорассеяния (эффект Тиндаля). 
В противоположность гелям, в золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную структуру, а свободно участвуют в броуновском движении. 

Физико-химические особенности дисперсной среды

Дисперсной средой называют то вещество, которого в смеси веществ 
больше. Она у каждого вида СОТС одна. По физико-химическим особенностям дисперсной среды СОТС разного агрегатного состояния можно разделить следующим образом (см. рис. 2): 

Классификация смазочно-охлаждающих технологических средств 
9

• жидкие — на углеводородные (масляные), водные, расплавы, жидкие 
газы; 

• газообразные — на аэрозоли, газы;
• твердые — на материалы со слоистой структурой, твердые органические 
вещества, металлические, полимерные и износостойкие покрытия.
Свойства дисперсной среды целиком переходят на СОТС, приготовленные на ее основе. Это относится как к полезным, так и к вредным свойствам. Например, при использовании масляной дисперсной среды СОТС 
будет иметь хорошие смазочные свойства и высокую пожароопасность. 
Газообразная дисперсная среда не позволяет добиться интенсивного охлаждения, но обеспечивает хорошее проникновение активных компонентов 
в зону резания.

Физико-химические особенности дисперсной фазы

Вещество, которого в смеси меньше, называют дисперсной фазой. 
Дисперсных фаз в СОТС может быть несколько, одна из которых является 
доминирующей (например, у аэрозоля доминирующей является газообразная 
фаза). Дисперсная фаза может быть растворима или нерастворима в дисперсной среде. В первом случае образуются растворы, во втором – дисперсные 
системы (см. табл. 1). Иллюстрацией разделения СОТС по физико-химическим особенностям дисперсной фазы могут быть пластичные СОТС, классифицируемые по свойствам загустителя на мыльные, углеводородные, неорганические и органические.
Вещества, добавляемые в дисперсную среду, называют присадками. 
Основное назначение присадок — уменьшить отрицательные свойства дисперсной среды и увеличить положительные. Так, добавление в масляную 
эмульсию ингибиторов коррозии снижает коррозионное воздействие воды 
дисперсной среды на металлические части оборудования и заготовки.
Кроме того, присадки могут добавляться для стабилизации дисперсной 
среды. Примером такого действия присадок может служить стабилизация 
капель масла в воде при добавлении эмульгаторов в смесь нерастворимых 
друг в друге жидкостей, а также защита СОТС от микробиологического заражения бактерицидами.

Размер частиц дисперсной фазы

Свойства смеси веществ сильно зависят от размеров частиц дисперсной 
фазы. По этому показателю выделяют четыре вида дисперсности: ионную, 
молекулярную, коллоидную и грубую. Размеры частиц, характерные для каждого вида дисперсности, и примеры дисперсных сред приведены в табл. 2. 

При образовании раствора молекулы дисперсной среды взаимодействуют с атомами (молекулами) диспергируемого вещества. Если сила взаимодействия между молекулами среды и растворяемого вещества больше, чем 
между молекулами растворяемого вещества, то его молекулы отрываются от 
своих соседей и перемещаются в объем среды. В истинных растворах распределенное вещество находится в среде (растворителе) в виде ионов,  

I. Классификация и обозначение смазочно-охлаждающих технологических средств 
10

в молекулярных растворах — в виде молекул, в коллоидных системах — в виде конгломерата молекул, мицелл и т. д., в грубых системах — в виде кусочков дисперсного вещества, которые находятся во взвешенном состоянии. 

Таблица 2

Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы 

Вид
дисперсности

Размер частиц 
дисперсной 
фазы, м
Вид системы
Примеры

Ионная
До 10–9
Истинный раствор
Истинные растворы неорганических солей, оснований и кислот 
в воде

Молекулярная
10–9...10–8
Молекулярный 
раствор
Дисперсия ПАВ* или олигомеров, 
синтетические водные СОЖ

Коллоидная
10–8...10–7
Коллоидный  
раствор (система), 
золь, эмульсия, 
суспензия

Дисперсия высокомолекулярных 
веществ и полимеров в жидких и 
пластичных средах, полусинтетические водные СОЖ

Грубая
Более 10–7
Эмульсия, суспензия, пена, паста
Масляные эмульсии

* ПАВ — поверхностно-активные вещества.

Среды с ионной и молекулярной дисперсностью можно рассматривать 
как гомогенные (однородные) системы, состоящие практически из одной 
фазы. Частицы дисперсной фазы в таких средах невозможно обнаружить 
оптическими методами, они не разделяются под действием силы тяжести. 
Эти среды прозрачные.
Среды с коллоидной и грубой дисперсностью являются гетерогенными 
(неоднородными), в них можно выделить границу раздела фаз и конкретизировать агрегатное состояние дисперсной фазы. 

Прозрачность дисперсной среды на основе воды определяется размером частиц 
распределенной фазы: в прозрачной смеси размер капель 0,05 мкм, в молочной — 
около 2 мкм.
На первый взгляд, эмульсии и суспензии кажутся однородными, но в микроскопе можно обнаружить отдельные частицы (капельки жидкости, крупинки твердого тела, газовые пузырьки), которые плавают в чистом растворителе. Поэтому грубодисперсные системы мутные и свет не пропускают. Коллоидные частицы представляют собой агрегаты, скопления молекул (атомов), состоящие из нескольких тысяч 
молекул. Но все эти агрегаты настолько малы, что оптический микроскоп не позволяет увидеть отдельную коллоидную частицу.

Размер частиц дисперсной фазы играет важную роль при проникновении 
СОТС в зону резания — чем меньше размер частиц, тем дальше они проникают в зону резания и тем лучше осуществляется смазочное, защитное, режущее и пластифицирующее действия среды. Дисперсность системы характеризуется размером частиц, ее значение обратно размеру частиц.