微潤(rùn)滑技術(shù)——MQL(MinimalQuantity Lubrication) 是在壓縮氣體中混入微量的無(wú)公害油霧，代替大量切削液對(duì)切削點(diǎn)實(shí)施冷卻潤(rùn)滑。MQL 是一種有效的綠色制造技術(shù)暖眼，切削液以高速霧粒供給，增加了潤(rùn)滑劑的滲透性纺裁，提高了冷卻潤(rùn)滑效果诫肠，改善了工件的表面加工質(zhì)量；使用切削液的量?jī)H為傳統(tǒng)切削液用量的萬(wàn)分之一欺缘，從而大大降低了冷卻液成本栋豫，使切削區(qū)域外的刀具、工件和切屑保持干燥谚殊，避免了處理廢液的難題笼才；MQL 可以根據(jù)工況規(guī)定潤(rùn)滑的最佳濃度，而且消除了切削液中懸浮的硅粒子污染络凿，改善了工人的工作環(huán)境骡送；MQL 系統(tǒng)簡(jiǎn)單、占地小絮记，易于安裝在各種類型的機(jī)床上摔踱。

　　微潤(rùn)滑機(jī)理

　　加工過(guò)程中虐先，刀具和金屬接觸表面產(chǎn)生高溫，在傳統(tǒng)切削液的冷卻作用下士怒，高熱固體金屬會(huì)急速冷卻產(chǎn)生淬火效應(yīng)徘涤，金屬表面會(huì)產(chǎn)生淬火馬氏體組織，使金屬變硬的同時(shí)脆性增強(qiáng)眷赂。由于淬火效應(yīng)與溫差成正比想受， 而提高切削速度會(huì)使溫度更高，故提高速度將產(chǎn)生更強(qiáng)的淬火效應(yīng)導(dǎo)致刀具壽命降低屑墓。

　　微量潤(rùn)滑系統(tǒng)中潤(rùn)滑劑是以微米級(jí)霧粒進(jìn)給谱累，不會(huì)產(chǎn)生淬火效應(yīng)。在by Xu Hanguang 刀具沒(méi)有過(guò)熱的情況下奏炸，切削速度提高谒电，工件切削層的破裂點(diǎn)會(huì)提前出現(xiàn)，也即切削破裂點(diǎn)將遠(yuǎn)離刀尖芹菱，使得破裂點(diǎn)的高溫難于傳給刀尖冗呀。切削熱集中在工件及切屑上，刀具唯一的熱源只有和切屑的接觸點(diǎn)桩垫，切削速度提高亦會(huì)使切屑易于彎曲并以高速離開(kāi)工件及刀具钠锉，從而有效減少切屑傳導(dǎo)切削熱的時(shí)間。此外西轩，適宜的高溫可以軟化切削工件的表面员舵，減小切削力，更易于切削遭商。

　　微潤(rùn)滑技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題

　　微潤(rùn)滑Minimum QuantityLubrication (MQL) 或近似干切NearDry Machining (NDM)固灵。就是用少量液態(tài)的潤(rùn)滑油或乳化液使之霧化后和壓縮空氣混合后噴射到加工區(qū)，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行有效的冷卻潤(rùn)滑劫流。潤(rùn)滑材料的消耗量通常在(5-100)ml/min巫玻，并大多采用對(duì)環(huán)境無(wú)公害的潤(rùn)滑材料。

　　霧化的程度取決于油和水的比例和顆粒的大小祠汇，一般水的含量高且顆粒小的霧化的程度要好仍秤。

　　微量潤(rùn)滑的主要作用是潤(rùn)滑，借此起到減小摩擦可很、降低切削熱和改善切屑的流動(dòng)诗力。

　　為何采用微潤(rùn)滑?

　　微潤(rùn)滑MQL 可以大大減少“刀具- 工件”和“刀具- 切屑”之間的摩擦，起到抑制溫升我抠、降低刀具磨損苇本、防止粘刀和提高工件加工質(zhì)量的作用， 使用的潤(rùn)滑液很少钾独，而效果卻十分顯著号嵌，既提高了工效楞澳，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

　　MQL 所使用的潤(rùn)滑液用量非常少捣雪，一般為0堡扳。03 ～ 0。2L/h延懂， 而一臺(tái)典型的加工中心在進(jìn)行濕式切削時(shí)侄脂，切削液用量高達(dá)20 ～ 100L/min。而且MQL 技術(shù)只要使用得當(dāng)昵壁，加工后的刀具烫毡、工件和切屑都是干燥的，避免了后期的處理飒胜，清潔干凈的切屑經(jīng)過(guò)壓縮還可以回收使用公遭，完全不污染環(huán)境屠伴，故又稱之為準(zhǔn)干式切削射严。

　　另外，MQL 還具有設(shè)備占地少管挟，加工過(guò)程利于觀察等特點(diǎn)轿曙。

　　MQL 的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯，適用范圍廣闊僻孝，國(guó)內(nèi)外關(guān)于MQL 的研究包含了幾乎所有的切削工藝导帝，如鉆削、銑削穿铆、車削和磨削等您单。

　　MQL 可以保證更好的刀具壽命，原因有二：

　　(1) 對(duì)于給定操作可以規(guī)定潤(rùn)滑的最佳濃度

　　(2) 消除切削液中懸浮的硅粒子污染荞雏。

　　MQL 加工過(guò)程適合鑄鐵虐秦，也適合鋁加工。存在的挑戰(zhàn)( 在下面介紹)包括精密控制潤(rùn)滑劑混合系統(tǒng)凤优、維持熱穩(wěn)定性悦陋、選擇合適的切削刀具、排屑等筑辨。

　　MQL 油霧系統(tǒng)

　　微潤(rùn)滑MQL 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由油霧供給系統(tǒng)俺驶、噴嘴和潤(rùn)滑油三部分構(gòu)成。

　　微潤(rùn)滑系統(tǒng)的方案選擇

　　微潤(rùn)滑技術(shù)主要包括氣霧外部潤(rùn)滑和氣霧內(nèi)部冷卻兩種方式殊精。

　　氣霧外部潤(rùn)滑方式：將切削液送人高壓噴射系統(tǒng)并與氣體混合霧化协黑，然后通過(guò)一個(gè)或多頭噴嘴將霧滴尺寸達(dá)毫、微米級(jí)的氣霧噴射到加工刀具表面诽檬，對(duì)刀具進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑脏拦；氣霧內(nèi)冷卻方式：通過(guò)主軸和刀具中的孔道直接將冷卻氣霧送至切削區(qū)域袭澎， 進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑。

　　微潤(rùn)滑系統(tǒng)的方案選擇

　　外部潤(rùn)滑系統(tǒng)一般由空氣壓縮機(jī)关灰、油泵鞭眠、控制閥、噴嘴及管路附件組成犬岔，集成后的系統(tǒng)成本低廉抑希，質(zhì)量輕，可以方便地安裝在機(jī)床上把赢。不過(guò)勤适，由于噴嘴的方位對(duì)潤(rùn)滑效果影響顯著，需要確定噴嘴的最佳位置及噴射角度钝尸；外部潤(rùn)滑的霧粒很難進(jìn)入深孔鉆削的加工區(qū)域括享，所以對(duì)于深孔加工冷卻潤(rùn)滑效果不好；外部潤(rùn)滑的霧粒顆粒小珍促，容易四處飛散铃辖，對(duì)工作環(huán)境會(huì)有一定影響，所以需要有配套的防護(hù)設(shè)施猪叙。

　　內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)通過(guò)主軸和刀具內(nèi)部通道供給潤(rùn)滑劑娇斩，可以直接到達(dá)加工區(qū)域，潤(rùn)滑充分穴翩，一般效果會(huì)好于外部潤(rùn)滑犬第。但內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)也有缺點(diǎn)：機(jī)床主軸和工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，甚至?xí)绊懻_(tái)機(jī)床的工作性能芒帕；當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)受離心力作用影響歉嗓，切削液易粘附在主軸和工具的內(nèi)孔壁，不易達(dá)到切削區(qū)背蟆，目前使用內(nèi)部MQL 技術(shù)的機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)20 000—30 000 r ／ min 鉴分； 加工過(guò)程中切屑易堵塞噴口，嚴(yán)重影響潤(rùn)滑效果淆储；內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)需重點(diǎn)考慮霧粒生成裝置舶卧，生成霧粒的直徑必須足夠小，才能減小慣性及重力的影響恍像，使霧粒保持懸浮狀態(tài)乔胆，從而順利通過(guò)內(nèi)部通道。

　　對(duì)于微量切削液的傳輸霧化常携，也有2 種形式：

　　一種是單通道济季，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础呈，通過(guò)一個(gè)通道傳輸?shù)絿娮炀鹿海涣硪环N為雙通道权炫，不需要單獨(dú)的霧化裝置，通過(guò)兩個(gè)通道膜狈，里面小通道為微量切削液岁且，外部大通道為壓縮空氣，在靠近噴嘴處( 霧化區(qū)) 或微潤(rùn)滑系統(tǒng)的方案選擇利用噴嘴進(jìn)行霧化缺沿，進(jìn)而噴射到切削區(qū)乃楣。

　　與雙通道系統(tǒng)相比，單通道系統(tǒng)更便于制造童叠，但在輸送潤(rùn)滑油霧時(shí)框喳，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)被分離厦坛，這常導(dǎo)致加工區(qū)油霧不均勻五垮，使加工質(zhì)量變差。

機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速是選擇單杜秸，雙通道的決定因素之一：

　　單通道系統(tǒng)：油和氣在通過(guò)機(jī)床主軸之前混合放仗，故機(jī)床轉(zhuǎn)速最高允許為16000rpm。因?yàn)檗D(zhuǎn)速越高產(chǎn)生的離心力也越大亩歹，會(huì)導(dǎo)致已混合好的油氣再次分離匙监。

　　雙通道系統(tǒng)：機(jī)床轉(zhuǎn)速最高允許為40000rpm凡橱。

　　換刀頻率是選擇單小作，雙通道時(shí)要考慮的另外一個(gè)因素：

　　單通道系統(tǒng)：油霧需要較長(zhǎng)的傳輸時(shí)間才能從噴霧合成器經(jīng)由機(jī)床主軸而到達(dá)刀具切削部位。雙通道系統(tǒng)：油霧可在瞬間噴出稼钩，只需約0顾稀。1~0。3 秒猛糯。( 這樣換刀時(shí)等待的時(shí)間短陋沫，油浪費(fèi)也少，更節(jié)省成本)

　　當(dāng)然轨府，單通道系統(tǒng)在MQL 與濕式加工相互轉(zhuǎn)化時(shí)較為方便岁之，因?yàn)閱瓮ǖ老到y(tǒng)是將混合油氣直接輸入到旋轉(zhuǎn)分配器后就進(jìn)入內(nèi)冷管中了。而單通道系統(tǒng)則不可以座序。

　　為了充分發(fā)揮MQL 的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)估宏，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)耗膊，必須全面研究影響MQL 應(yīng)用性能的各種因素芙卸。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)雜八察。

　　不同工藝后摧、不同刀具粱祟、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、油霧供給方向咙驾、噴嘴距離持偏、潤(rùn)滑油性質(zhì)、潤(rùn)滑油用量氨肌、壓縮空氣壓力MQL 的影響因素所表現(xiàn)出的切削加工性能有非常明顯的差異综液。

　　由此可見(jiàn)，MQL 工藝系統(tǒng)對(duì)切削加工性能的影響最大儒飒，其次是加工條件谬莹，如工件材料、刀具系統(tǒng)以及切削參數(shù)等桩了。比如在較高的切速下附帽，會(huì)產(chǎn)生較高的切削溫度，從而加速切削液的蒸發(fā)井誉，導(dǎo)致較高的空氣油霧濃度蕉扮。

　　大量研究結(jié)果已證實(shí)，在對(duì)鈦合金颗圣、淬硬鋼喳钟、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在岂，MQL 也表現(xiàn)出了良好的切削性能奔则，正確合理的使用MQL 能有效提高刀具耐用度，改善工件已加工表面質(zhì)量滋箫。

　　由于常規(guī)的MQL 技術(shù)在高速切削難加工材料時(shí)汹囱，切削區(qū)溫度過(guò)高會(huì)使刀具表面的潤(rùn)滑膜失去潤(rùn)滑效果，采用有效的降溫手段可進(jìn)一步提高M(jìn)QL 的效果箕径。如果能大幅降低現(xiàn)有壓縮空氣的溫度陡料，則一方面可以提高切削區(qū)換熱的強(qiáng)度，改善換熱效果迅督；另一方面陪罕，換熱效果的提高又可以使?jié)櫥旱卧诘毒弑砻嫘纬傻臐?rùn)滑膜進(jìn)一步保持MQL 的切削加工性能潤(rùn)滑能力，從而提高刀具的耐用度胃症。如果將MQL 與氮?dú)饨Y(jié)合使用将借，MQL 能表現(xiàn)更好的切削性能，這主要是由于氮?dú)獾母粞踝饔谩?/p>

　　高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來(lái)的弊端持结，不僅有利于工人的健康和環(huán)境的保護(hù)概栗，而且可以降低加工成本，無(wú)疑是一種很有發(fā)展前途的綠色加工工藝。但應(yīng)用領(lǐng)域受到一定的限制犁柜。微量潤(rùn)滑技術(shù)是一種有效的綠色制造技術(shù)洲鸠，在潤(rùn)滑、除屑等方面具有突出優(yōu)勢(shì)馋缅，低溫MQL 技術(shù)作為一種方便應(yīng)用機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)的新型冷卻潤(rùn)滑技術(shù)扒腕，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)異的性能萤悴，可以在目前工藝裝備的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高難加工材料的加工率和加工質(zhì)量瘾腰。

　　MQL 對(duì)機(jī)床的要求

　　微潤(rùn)滑的冷卻效果一般不理想，加工區(qū)域產(chǎn)生的高溫引起了各種負(fù)面作用：高溫的切屑對(duì)操作者很危險(xiǎn)覆履；工件受溫度影響會(huì)產(chǎn)生預(yù)硬化或變形蹋盆；機(jī)床、支柱和刀具的受熱膨脹會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生變化硝全，影響加工質(zhì)量栖雾。鑒于此，機(jī)床整體應(yīng)設(shè)計(jì)成可實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)膶?duì)稱結(jié)構(gòu)( 如德國(guó)Hueller Hille 公司制造的SpechtS00t型干式加工中心伟众，采用的是完全熱對(duì)稱結(jié)構(gòu))析藕，也可采用輔助的冷卻設(shè)備，如液氮冷卻凳厢、二氧化碳冷卻等方式降低切削區(qū)的溫度诱紫。微量潤(rùn)滑切削后的廢屑帶有大量熱，機(jī)床內(nèi)一般應(yīng)設(shè)計(jì)排出廢屑傳送帶纹站。使用外部潤(rùn)滑系統(tǒng)的機(jī)床澈越，結(jié)構(gòu)易于布置，安裝時(shí)應(yīng)注意不妨礙其它部件的工作征离。

　　對(duì)于內(nèi)部潤(rùn)滑系統(tǒng)來(lái)說(shuō)潦春，切削液是以懸浮粒子的形式噴射至加工區(qū)域，而懸浮粒子的自由流動(dòng)情況是傳輸性能的關(guān)鍵引继，在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)包含主軸至刀具的過(guò)渡段，過(guò)渡段路徑必須有利于潤(rùn)滑劑流動(dòng)级嘀，人口處需滿足密封效果广莉，且不能影響主軸旋轉(zhuǎn)的精度；出口位置需確保潤(rùn)滑劑達(dá)到刀具的切削刃胖讶。

　　MQL 對(duì)刀具的要求

　　對(duì)于外噴法MQL 系統(tǒng)德检，潤(rùn)滑劑吸收的熱量很少，多數(shù)熱量一部分被切屑帶走斯娃，一部分被刀具吸收澎灸，所以對(duì)刀具的性能提出了更高的要求：

　　首先，刀具應(yīng)有優(yōu)異的耐高溫性能，因此需要新型的刀具材料或刀具熱防護(hù)硬表面涂層性昭。

　　其次拦止， 切屑和刀具之間的摩擦系數(shù)要小，最好是在刀具硬涂層的頂面有一層潤(rùn)滑膜糜颠，以減少刃口產(chǎn)生積屑瘤汹族。

　　第三，由于加工刀具切削刃承受極大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力其兴，因此對(duì)刃口硬度顶瞒、抗沖擊韌性要求更高，刀具幾何參數(shù)及切削用量的選取要合理元旬，并有利于迅速排屑榴徐，減少熱量堆積。

　　對(duì)于內(nèi)噴法MQL 系統(tǒng)中的刀具來(lái)說(shuō)：

　　首先匀归，應(yīng)根據(jù)MQL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的刀具內(nèi)部通道箕速，并重新設(shè)計(jì)刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)。

　　其次熏萎，刀具應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的油霧人口及出口茵箩，人口處需利于霧粒通過(guò)，出口處需做好切屑的防護(hù)吃会，否則飛濺的切屑容易破壞潤(rùn)滑劑出口脾询。

　　MQL 對(duì)潤(rùn)滑劑的要求

　　在切削區(qū)高溫高壓條件下，形成流體潤(rùn)滑狀態(tài)是不可能的炊办，大多數(shù)情況下只能形成邊界潤(rùn)滑狀態(tài)斧枚，此時(shí)需要的潤(rùn)滑劑的量極少，所以潤(rùn)滑性能的優(yōu)劣取決于潤(rùn)滑膜的形成速度和保護(hù)潤(rùn)滑膜的能力何哎。通常要求潤(rùn)滑膜形成快稽舱，表面附著系數(shù)高，能夠抑制刀具與切屑和刀具與工件接觸面之問(wèn)的粘結(jié)拳笨，又能耐壓和耐熱趋大，而其本身的剪切強(qiáng)度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工件或切屑材料的剪切強(qiáng)度，使得摩擦產(chǎn)生在潤(rùn)滑層內(nèi)部咏肠，從而降低切削中的摩擦袭靶，減小切削力和切削溫度。當(dāng)然威恼，潤(rùn)滑劑的環(huán)保型品姓、安全性和可再生性是選擇的首要條件。

　　潤(rùn)滑劑的量是切削性能的重要影響因素之一箫措，不同的加工方式需要潤(rùn)滑劑的量亦不同腹备。例如衬潦，銑削是一種表面操作，它需要最少量潤(rùn)滑植酥，而深孔鉆削需要的潤(rùn)滑劑量比較多镀岛。發(fā)生裝置產(chǎn)生油霧顆粒的大小及噴射方位也即霧液分布對(duì)加工性能也有一定的影響，而形成霧粒的大小和潤(rùn)滑劑組成惧互、壓力哎媚、風(fēng)速及噴孔直徑有關(guān)，所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)喊儡，相關(guān)參數(shù)( 霧粒的均勻性拨与、霧粒直徑、噴射方位艾猜、潤(rùn)滑劑的量等) 的控制是很重要的一個(gè)方面买喧。

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