微量潤滑技術(shù)是一種有效的綠色制造技術(shù)，在潤滑、除屑等方面具有突出上風(fēng)，低溫MQL技術(shù)作為一種方便應(yīng)用機(jī)械加工現(xiàn)場的新型冷卻潤滑技術(shù)，在鈦合金、高溫合金以及高硬度材等難加工材料的高速加工中具有優(yōu)異的性能，可以在目前工藝裝備的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)步難加工材料的加工率和加工質(zhì)量。

在金屬切削加工過程中，通常都要使用切削液。切削液在切削加工中主要起冷卻、潤滑、排屑和防銹的作用，有助于進(jìn)步刀具耐用度，減少工件熱變形，保證工件已加工表面質(zhì)量等。但是切削液的大量使用也造成了很多負(fù)面影響，不僅導(dǎo)致生產(chǎn)本錢大大增加，還給環(huán)境和人體健康帶來了巨大的潛伏危害。

高速切削是高性能加工的一種主要工藝技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、模具、汽車等行業(yè)。由于機(jī)床主軸高速回轉(zhuǎn)(8000～60000r/min)會(huì)在刀具四周產(chǎn)生離心高速、高壓氣流，依靠常規(guī)加大切削液流量、降低切削溫升的辦法已不能達(dá)到理想的效果。采用有效的冷卻潤滑條件，可以有效降低切削溫度，改善切削摩擦狀態(tài)，抑制刀具磨損，成為進(jìn)一步進(jìn)步加工效率的主要技術(shù)途徑。與此同時(shí)，在金屬切削加工領(lǐng)域涌現(xiàn)出了多種用于替換傳統(tǒng)濕式冷卻潤滑加工方法的環(huán)境友好的新型綠色切削加工技術(shù)，如干式、液氮冷卻、噴霧冷卻、風(fēng)冷和微量潤滑切削等。

微量潤滑切削

微量潤滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)切削是指將壓縮氣體(空氣、氮?dú)?、二氧化碳?與極微量的潤滑油混合汽化后，形成微米級的液滴，噴射到加工區(qū)進(jìn)行有效潤滑的一種切削加工方法。切削液的用量一般僅為0.03～0.2L/h(傳統(tǒng)濕法切削的用量為20～100L/min)，可有效減小刀具與工件、刀具與切屑之間的摩擦，防止粘結(jié)，延長刀具壽命，進(jìn)步加工表面質(zhì)量。MQL的應(yīng)用上風(fēng)明顯，適用范圍廣闊，國內(nèi)外關(guān)于MQL的研究包含了幾乎所有的切削工藝，如鉆削、銑削、車削和磨削等。

MQL技術(shù)融合了干式切削與傳統(tǒng)濕式切削兩者的優(yōu)點(diǎn)：一方面，MQL將切削液的用量降低到極微量的程度，不僅明顯降低切削液的使用本錢，而且通過使用自然降解性高的合成酯類作為潤滑劑，最大限度地降低了切削液對環(huán)境和人體的危害;另一方面，與干式切削相比，MQL由于引進(jìn)了冷卻潤滑介質(zhì)，使得切削過程的冷卻潤滑條件大大改善，刀具、工件和切屑之間的磨損明顯減小，有助于降低切削力、切削溫度和刀具的磨損。這種切削技術(shù)也稱為半干式切削，在二十一世紀(jì)以綠色環(huán)保為主題的影響下有著很大遠(yuǎn)景。

MQL

Accu-Lube和Vogel的MQL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主要由油霧供給系統(tǒng)、噴嘴和潤滑油三部分構(gòu)成。

MQL

MQL供液系統(tǒng)主要有2種形式：一種是外置式供液系統(tǒng);一種是內(nèi)置式。內(nèi)置式供液系統(tǒng)集成在機(jī)床內(nèi)部，潤滑油和壓縮空氣的混合物通過機(jī)床主軸內(nèi)孔和刀具內(nèi)置的輸送管道導(dǎo)進(jìn)加工區(qū)，冷卻潤滑油霧供給更加輕易。但該方式對主軸結(jié)構(gòu)提出了新的要求，經(jīng)常限制了主軸的最高轉(zhuǎn)數(shù)。外置式供液系統(tǒng)是單獨(dú)設(shè)計(jì)，油霧供給的結(jié)構(gòu)簡單，幾乎不需要改造機(jī)床。潤滑油和壓縮空氣在機(jī)床外部通過混合裝置混合后可由多個(gè)噴嘴引出，作用于加工區(qū)的刀具和工件。但是當(dāng)加工的工件直徑變化較大或換刀時(shí)，原來噴嘴的位置必須經(jīng)過手動(dòng)或通過其他的輔助定位系統(tǒng)的校正，來實(shí)現(xiàn)噴嘴軸向、徑向和角度的正確定位。外部式油霧供給中，對特定的加工方法(如鉆削)還存在工藝上的困難。采用目前技術(shù)，潤滑油霧在加工區(qū)最多只能實(shí)現(xiàn)長徑比約2～3的潤滑。深孔構(gòu)件的銑削也存在相似的題目。

對于微量切削液的傳輸霧化，也有2種形式：一種是單通道，這種形式需要一個(gè)單獨(dú)的霧化裝置，然后把霧化好的液滴和壓縮空氣的混合物，通過一個(gè)通道傳輸?shù)絿娮?另一種為雙通道，不需要單獨(dú)的霧化裝置，通過兩個(gè)通道，里面小通道為微量切削液，外部大通道為壓縮空氣，在靠近噴嘴處(霧化區(qū))或利用噴嘴進(jìn)行霧化，進(jìn)而噴射到切削區(qū)。與雙通道系統(tǒng)相比，單通道系統(tǒng)更便于制造，但在輸送潤滑油霧時(shí)，特別是在具有強(qiáng)烈離心作用下的旋轉(zhuǎn)主軸中時(shí)，油霧會(huì)被分散，這常導(dǎo)致加工區(qū)油霧不均勻，使加工質(zhì)量變差。

MQL

為了盡量減小對環(huán)境和人體的影響，MQL中使用的潤滑油，不能再采用那些含有大量有毒添加劑成分的傳統(tǒng)切削液，作為MQL切削加工用切削液，其綠色潤滑劑的基礎(chǔ)油有合成酯、植物性切削油、聚α-烯烴(PAO)和聚乙二醇等。而常采用生物降解性高的合成酯和油脂。固然植物油也具有很好的生物降解性，但其在高的切削溫度下，在工件、刀具和上有樹脂化的趨勢，切削性能也不理想，因此基本不使用。

此外，潤滑油霧中油滴顆粒的大小和聚集度對加工區(qū)刀具和工件接觸表面的潤滑效果有影響。油滴大小的影響因素一般包括壓縮空氣的壓力、潤滑油用量和噴嘴間隔。在同等氣壓下，隨著潤滑油用量和噴嘴間隔的增加，油滴變大，速度減小。在潤滑油用量相等時(shí)，隨著氣壓的增大，液滴變小，速度增大。因此，顆粒較大的油滴速度低，在傳輸中由于自身重力更輕易發(fā)生偏離，導(dǎo)致加工區(qū)不能充分供油，影響潤滑效果。

通常油滴的粒徑一般控制在2μm以下。油滴顆粒的聚集度主要依靠于潤滑油的用量和性質(zhì)、壓縮空氣的用量、以及噴嘴的結(jié)構(gòu)。

MQL

為了充分發(fā)揮MQL的應(yīng)用上風(fēng)，尋求經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和加工性能三方面的應(yīng)用最佳平衡點(diǎn)，必須全面研究影響MQL應(yīng)用性能的各種因素。MQL切削加工工藝系統(tǒng)受到大量影響因素的交互作用，工藝模型異常復(fù)雜。不同工藝、不同刀具、不同工件材料和不同MQL工藝系統(tǒng)設(shè)置(包括油霧供給和混合方式、油霧供給方向、噴嘴間隔、潤滑油性質(zhì)、潤滑油用量、壓縮空氣壓力等)所表現(xiàn)出的切削加工性能有非常明顯的差異。

表1列舉出了MQL切削加工性能的主要影響因素以及對應(yīng)的影響方式與程度。從表中可以看出，對MQL切削加工性能影響程度最大的因素為潤滑油的化學(xué)成分、潤滑油用量、壓縮空氣壓力以及工件材料的硬度。具體影響在這里不做具體介紹。

由此可見，MQL工藝系統(tǒng)對切削加工性能的影響最大，其次是加工條件，如工件材料、刀具系統(tǒng)以及切削參數(shù)等。

MQL

大量研究結(jié)果已證實(shí)，在對鈦合金、淬硬鋼、高溫合金和不銹鋼等材料的切削加工應(yīng)用中，與使用干式切削和濕法切削相比，MQL表現(xiàn)出了良好的切削性能，正確公道的使用MQL能有效進(jìn)步刀具耐用度，改善工件已加工表面質(zhì)量。在干切削、MQL以及低溫MQL條件下硬質(zhì)合金刀具在180m/min的速度下銑削不銹鋼P(yáng)H13-8Mo的刀具耐用度對比情況。

由于常規(guī)的MQL技術(shù)在高速切削難加工材料時(shí)，切削區(qū)溫度過高會(huì)使刀具表面的潤滑膜失往潤滑效果，采用有效的降溫手段可進(jìn)一步進(jìn)步MQL的效果。假如能大幅降低現(xiàn)有壓縮空氣的溫度，則一方面可以進(jìn)步切削區(qū)換熱的強(qiáng)度，改善換熱效果;另一方面，換熱效果的進(jìn)步又可以使?jié)櫥旱卧诘毒弑砻嫘纬傻臐櫥みM(jìn)一步保持潤滑能力，從而進(jìn)步刀具的耐用度。假如將MQL與氮?dú)饨Y(jié)合使用，MQL能表現(xiàn)更好的切削性能，這主要是由于氮?dú)獾母粞踝饔?。在干切削、濕式切削、常溫氮?dú)庥挽F、低溫氮?dú)鈬娚浼暗蜏氐獨(dú)馍淞鹘Y(jié)合MQL等冷卻潤滑條件下硬質(zhì)合金刀具高速銑削鈦合金Ti-6Al-4V時(shí)的刀具壽命對比。

高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來的弊端,不僅有利于工人的健康和環(huán)境的保護(hù),而且可以降低加工本錢,無疑是一種很有發(fā)展前途的綠色加工工藝。但應(yīng)用領(lǐng)域受到一定的限制。微量潤滑技術(shù)是一種有效的綠色制造技術(shù)，在潤滑、除屑等方面具有突出上風(fēng)，低溫MQL技術(shù)作為一種方便應(yīng)用機(jī)械加工現(xiàn)場的新型冷卻潤滑技術(shù)，在鈦合金、高溫合金以及高硬度材等難加工材料的高速加工中具有優(yōu)異的性能，可以在目前工藝裝備的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)步難加工材料的加工率和加工質(zhì)量。