1 綠色加工技術(shù)的原理與特點(diǎn)

1. 生物穩(wěn)定型切削液
   生物穩(wěn)定型切削液依靠其配方中所含的特定成分來(lái)延長(zhǎng)使用壽命截剩，當(dāng)該特定成分的含量降低后(如排放后)就不具有這種抗菌的功能诬忱，很容易被生物所分解，對(duì)人體和環(huán)境基本無(wú)害递思。生物穩(wěn)定型切削液在國(guó)外已形成系列產(chǎn)品在膏， 并已推向中國(guó)市場(chǎng)， 如Mobilcut系列水溶性切削液檬寂、德國(guó)ARAL系列切削液终抽、英國(guó)嘉士多公司的水溶性切削液昼伴。
2. 噴霧冷卻
   噴霧冷卻是利用氣液兩相流體的混合體以高壓(3～6 個(gè)大氣壓)霧化的方式噴射到加工區(qū)塞茅，霧化的質(zhì)點(diǎn)顆粒在切削區(qū)的高溫作用下發(fā)生相變(汽化)野瘦，吸收大量的切削熱。高速氣流中所攜帶的細(xì)小的霧滴容易滲透到切削接觸區(qū)吏廉，改善了切削液的滲透性席覆，降低了摩擦和摩擦熱胜玖，潤(rùn)滑作用得以充分發(fā)揮竿疫。與切屑有關(guān)的排屑問(wèn)題也在不同程度上得以消除。另外還省去了切削液的處理費(fèi)用伯梧，減少了環(huán)境污染惊眠。噴霧冷卻常采用的介質(zhì)有水、乳化液拧亡、植物油及動(dòng)物油等秸谢，其中以乳化液應(yīng)用最廣霹肝。
3. 低溫風(fēng)冷切削
   低溫風(fēng)冷切削是采用-10～-100℃的冷風(fēng)強(qiáng)烈沖刷加工區(qū)的一種方法沫换。它可以顯著均勻地降低加工區(qū)讯赏、刀具及工件的溫度漱挎，有效地抑制刀具磨損雀哨，提高刀具耐用度雾棺，改善已加工表面的加工質(zhì)量。如果在冷風(fēng)中供給微量潤(rùn)滑油邀敲，則改善效果更加明顯珍媚。目前常用的介質(zhì)有空氣尼布、氮?dú)?有液氮蒸發(fā)后加熱到所需溫度和常溫氮?dú)饫鋮s到所需溫度兩種方式) 和二氧化碳(干冰蒸發(fā))等苔眼。
4. 液氮冷卻
   液氮冷卻加工方法采用液氮使工件、刀具或切削區(qū)處于低溫冷卻狀態(tài)進(jìn)行切削加工褥民， 利用材料的低溫脆性消返，使其在韌性降低、塑性減小的情況下完成切屑和工件的分離宇攻。
5. 干切削
   干切削是指在切削加工中不使用切削液的工藝方法逞刷， 它從源頭上消除了切削液帶來(lái)的一系列環(huán)境負(fù)面效應(yīng)夸浅。
   干切削技術(shù)起源于歐洲帆喇， 目前在西歐各國(guó)也最盛行亿胸。美國(guó)LeBlond Makino公司也已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用陶瓷刀具和CBN刀具對(duì)鑄鐵進(jìn)行高速干切削的“紅月牙”工藝并投入實(shí)際生產(chǎn)修诈，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益投沃。
   實(shí)施干切削绞艘，并不是簡(jiǎn)單地停止切削液的使用轿跌，必須要對(duì)包括機(jī)床汪兢、工件特別是刀具在內(nèi)的整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行全面的考慮掷漱。目前出現(xiàn)的各種新型刀具(包括采用先進(jìn)材料的刀具衔统、進(jìn)行涂層處理的刀具和優(yōu)化幾何參數(shù)與結(jié)構(gòu)的刀具) 為干切削的實(shí)施提供了有力的保證锦爵。刀具材料性質(zhì)的研究也很有必要，實(shí)際上奥裸，對(duì)于陶瓷刀具來(lái)講险掀，由于干切削降低了熱沖擊和熱疲勞的可能湾宙，其加工效果往往優(yōu)于普通濕切削迷郑。
   干切削的應(yīng)用在鑄鐵材料上比較成功， 但其范圍還不是很廣泛创倔， 對(duì)鋼和難加工材料的干切削也正在研究之中。
6. MQL
   MQL技術(shù)是將壓縮氣體與極微量潤(rùn)滑液混合汽化后焚碌，噴射到加工區(qū)却值，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行有效的潤(rùn)滑。在德國(guó)散氧，由于人們對(duì)它是否同時(shí)具有冷卻功能還存在意見(jiàn)上的分歧私闭， 而分別稱之為微量潤(rùn)滑和微量潤(rùn)滑冷卻。
   MQL可以大大減少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之間的摩擦睬嘿，起到抑制溫升宽用、降低刀具磨損、防止粘連和提高工件加工質(zhì)量的作用盒器， 使用的潤(rùn)滑液很少跌缩，而效果卻十分顯著，既提高了工效攻睬，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染雀肠。
   MQL法所使用的潤(rùn)滑液用量非常少， 一般為0.03～0.2L/h浅慎， 而一臺(tái)典型的加工中心在進(jìn)行濕切削時(shí)胁会，切削液用量高達(dá)20～100L/min。而且MQL技術(shù)只要使用得當(dāng)抵蚊，加工后的刀具施绎、工件和切屑都是干燥的，避免了后期的處理贞绳，清潔和干凈的切屑經(jīng)過(guò)壓縮還可以回收使用谷醉，完全不污染環(huán)境，故又稱之為準(zhǔn)干式切削。

2 MQL的研究現(xiàn)狀

1. 鋁合金的MQL切削
   采用MQL技術(shù)高速銑削鋁合金時(shí)臭猜，其刀具壽命可與澆注切削相當(dāng)。而且在油霧潤(rùn)滑狀態(tài)下押蚤，刀具上的材料粘附很少蔑歌。
   以20ml/h 的植物油用量鉆削鋁合金的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低速揽碘、低進(jìn)給情況下次屠，MQL相比澆注切削效果要差一點(diǎn)；在較高切速稀掠、較高進(jìn)給下拇蟋，MQL的效果要比澆注切削要好。
2. 普通鋼件的MQL切削
   以30ml/h的植物油用量銑削S45C 鋼時(shí)幽滤， 在切速為750m/min 以下情況下蓖搅， 相比傳統(tǒng)澆注切削，MQL對(duì)抑制刀具磨損是十分有利的哼沃。在750m/min時(shí)翩汰，逐漸加大植物油用量至30ml/h，發(fā)現(xiàn)刀具磨損狀況隨著用量的增大而改善床候， 若繼續(xù)增加植物油用量溃耸，對(duì)抑制刀具磨損卻沒(méi)有更多幫助。另外在750m/min以上切速時(shí)猩缺，刀具磨損迅速加劇发惭，MQL的效果不甚理想。
   以8.5ml/h的BP CILORA 128(粘度較高)切削液用量銑削ASSAB 718 HH鋼時(shí)泣爷，在低速奋隶、低進(jìn)給、低切深情況下悦荒， 相比傳統(tǒng)澆注切削唯欣，MQL技術(shù)大大降低了切削力，減少了后刀面磨損搬味，改善了已加工表面質(zhì)量境氢，避免了切屑中的集中熱應(yīng)力，減小了毛刺重量和長(zhǎng)度碰纬。
   以9.6ml/h的某種水溶性油用量普通速度車削S45C 鋼時(shí)萍聊，MQL在抑制刀具磨損问芬、改善表面粗糙度、控制積屑瘤生成方面達(dá)到和傳統(tǒng)澆注切削相同的水平寿桨。若采用含有極壓劑的切削液此衅，更能有效地延長(zhǎng)刀具磨損。
   以200ml/h的某種水溶性油用量普通速度車削中碳鋼時(shí)亭螟，結(jié)果表明挡鞍，在低速、高進(jìn)給情況下预烙，MQL相比澆注切削要好胀爸。它不僅降低了切削力和進(jìn)給力，也減少了切削力的變化幅度千荡， 從而減少了刀具在切削時(shí)由于振動(dòng)而造成的磨損锌德。已加工表面質(zhì)量得到了改善，切屑的厚度也比澆注切削下的切屑厚度大绅踪。
   以MQL技術(shù)和涂層刀具相結(jié)合沼惹，能夠取得最好的使用效果。當(dāng)使用高速鋼涂層鉆頭加工X90GrMoV18合金鋼時(shí)兄诱，加工直徑8.5mm氏诽、長(zhǎng)25mm的通孔，切速為30m/min狰赘，進(jìn)給速度為0.1mm/r。當(dāng)用TiAlN涂層高速鋼鉆頭進(jìn)行純粹干鉆削時(shí)址敢， 鉆3.5m的切削長(zhǎng)度后鉆頭便被損壞扮人；采用(TiAlN+MoS₂)復(fù)合涂層鉆頭和最小潤(rùn)滑時(shí)，鉆削長(zhǎng)度增加到115m挥闸。
3. 鈦合金训措、高硅鋁合金及不銹鋼等難加工材料的MQL切削
   以MQL技術(shù)高速切削鈦合金的實(shí)驗(yàn)中，刀具發(fā)生嚴(yán)重剝落及切屑變色光羞。說(shuō)明微量潤(rùn)滑高速切削難加工材料鈦合金與傳統(tǒng)澆注切削相比還是有一定差距的绩鸣。
   以MQL結(jié)合低溫風(fēng)冷技術(shù)切削加工高硅鋁合金零件和不銹鋼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 這種方法能延長(zhǎng)刀具的使用壽命纱兑，能抑制積屑瘤的產(chǎn)生呀闻，提高加工表面精度， 可省去廢液和廢液處理系統(tǒng)潜慎， 降低生產(chǎn)成本捡多，防止環(huán)境污染。
   以MQL結(jié)合水霧(冷卻)的復(fù)合噴霧潤(rùn)滑冷卻方法連續(xù)車削不銹鋼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明铐炫， 這種方法能在切削區(qū)潤(rùn)滑困難的連續(xù)切削中有效發(fā)揮作用垒手，可提高已加工表面質(zhì)量并減少工具磨損蒜焊。而且可以通過(guò)改變噴霧中油霧和水霧的用量隨時(shí)調(diào)整潤(rùn)滑和冷卻效果。

3 MQL的實(shí)際應(yīng)用

4 MQL的環(huán)境及經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)

5 MQL尚待深入研究的問(wèn)題

1. MQL作用機(jī)理方面的研究
   當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)研究主要是針對(duì)某幾種材料、幾種不同的加工方法的研究吊骤，得出的只是局部的結(jié)論缎岗，需要更進(jìn)一步探討MQL切削時(shí)油膜的均勻性、滲透性和潤(rùn)滑冷卻性能的規(guī)律以及工件水援、刀具和切屑在不同的加工方法、切削用量下本質(zhì)變化的內(nèi)在規(guī)律茅郎。
2. MQL潤(rùn)滑液輸送方位蜗元、出口壓力以及油霧用量的最優(yōu)化
   一般來(lái)講， 內(nèi)噴法相比外噴法更能對(duì)加工區(qū)進(jìn)行迅速有效的潤(rùn)滑系冗，特別適合于封閉式加工奕扣，但刀具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。對(duì)于外噴法掌敬，油泵輸出的油量惯豆、噴嘴噴出的油量與實(shí)際輸送到刀具上起潤(rùn)滑作用的油量是不同的。不同的噴嘴方位對(duì)刀具磨損的影響是比較顯著的犀刀。銑削加工中最有效地噴嘴方位是油霧出口正對(duì)著刀具切出點(diǎn)葬籽。這三者的不同參數(shù)用量組合對(duì)于提高加工性能捻尉、降低生產(chǎn)成本，利于環(huán)境保護(hù)的整體效果而言有一個(gè)最優(yōu)化的問(wèn)題努示， 需要做進(jìn)一步深入研究候钟。
3. 高速切削難加工材料時(shí)MQL與新型刀具、低溫風(fēng)冷技術(shù)和水霧冷卻技術(shù)結(jié)合使用的研究
   MQL方法能夠提供和澆注切削相當(dāng)甚至更好的潤(rùn)滑性能盾峭，但其冷卻效果卻不盡人意滤萝。高速切削難加工材料時(shí)產(chǎn)生的大量熱量不能及時(shí)散去， 使得切削溫度迅速升高甫碉，導(dǎo)致潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑性能劇烈下降碗履，加工性能變差。因此蝗质，MQL技術(shù)結(jié)合新型刀具及冷卻性能強(qiáng)的低溫風(fēng)冷和水霧冷卻技術(shù)的深入研究對(duì)于難加工材料的高速加工具有重大的意義勾萌。
4. 加工參數(shù)對(duì)油霧微粒生成率的影響
   加工參數(shù)如切速、切深签缸、刀具材料尼荆、刀具幾何形狀、工件材料等都會(huì)對(duì)油霧生成率造成影響唧垦。比如在較高的切速下捅儒，會(huì)產(chǎn)生較高的切削溫度，從而加速切削液的蒸發(fā)振亮，導(dǎo)致較高的空氣油霧濃度巧还。
5. MQL油霧發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)研究
   加工區(qū)不同方位油霧濃度測(cè)量結(jié)果顯示: 空氣中油霧微粒產(chǎn)生的一個(gè)重要來(lái)源不是加工過(guò)程，而是輸送油霧到加工區(qū)的傳送過(guò)程坊秸。目前絕大多數(shù)的MQL裝置都是采用壓縮空氣來(lái)作為油霧傳送載體的麸祷，因此下一步研究的重點(diǎn)將會(huì)集中于微量油霧傳送單元的設(shè)計(jì)上。另外發(fā)生裝置產(chǎn)生油霧顆粒的大小及分布對(duì)加工性能也有一定的影響褒搔。
6. 油霧顆粒的安全性及防護(hù)技術(shù)研究
   加工中產(chǎn)生的油霧顆粒越小阶牍， 就越容易飄散到空中，被人體吸入星瘾。已有的控制顆粒大小的方法之一為添加微量聚合物走孽，如丙烯酸酯或聚異丁烯等，使其與油霧微滴相結(jié)合形成較大琳状、較重的顆粒伶葵，不易擴(kuò)散到空中。對(duì)于MQL方法來(lái)說(shuō)菜册，深入研究其產(chǎn)生油霧顆粒的大小和分布蕴续， 控制其大小和濃度的措施以及開(kāi)發(fā)排放油霧裝備的防護(hù)技術(shù)對(duì)于其在綠色、經(jīng)濟(jì)加工道路上的發(fā)展有較大的意義蓄棘。

6 小結(jié)