【編者按】內(nèi)冷卻刀具最小量潤滑加工的最大益處是“綠色”四酱，因為它對環(huán)境非常友好速缆，并且有助于為企業(yè)創(chuàng)造更多利潤懂扼。

　　最小量潤滑(MQL)切削(即近干切削)是一種雙贏加工模式，它可以大幅度減少冷卻液用量嘹锁、相關(guān)設(shè)備和能源成本葫录、散發(fā)到空氣中的冷卻液飛沫及刺激操作工人皮膚的可能性，同時兼耀，它還能潛在地提高生產(chǎn)率和工件加工質(zhì)量压昼。這是外部供液式MQL以及本文將要重點討論的內(nèi)冷卻刀具MQL的共同特點。

　　與傳統(tǒng)冷卻方式在刀具/工件界面處澆注大量冷卻液不同瘤运，內(nèi)冷卻刀具MQL是將壓縮空氣與潤滑劑(通常為植物油、潤滑酯或酒精等)形成的氣霧匠题，通過機床主軸和刀具內(nèi)部的冷卻液通道拯坟，從冷卻孔出口準確地噴射到刀具切削刃上。MQL最優(yōu)化定量供液的潤滑劑大約有90%在切削時被消耗掉韭山，其余10%大部分被切屑帶走郁季，在工件上只有極少(或沒有)殘留。MQL系統(tǒng)的潤滑劑用量大約為10-150ml/h(0.003-0.04gph)腻危，與之相比弹双，采用5%乳化液進行濕式切削時碰素，其用量可達132gph或更高。

　　人們通常公認战辨，從濕式切削加工轉(zhuǎn)換為近干切削加工媒邀，可將與冷卻液相關(guān)的加工成本降低10%-17%。

　　其他成本還包括過濾系統(tǒng)和介質(zhì)莱火、貯液槽滴推、循環(huán)冷卻器、高壓輸液機驻碟、用于從切屑中去除冷卻液的離心分離機或切屑壓塊機仪从，以及殺菌劑等。在建造采用MQL技術(shù)的“綠色工廠”時卸禽，不再需要為支承沉重的冷卻液過濾系統(tǒng)而專門加固地基潜狭，只需為放置MQL機器澆筑一塊一定厚度的平整地面即可。

　　一些零件制造商可能會說洪稿，他們的澆注式冷卻液會在過濾后重復(fù)使用侯选，但這并不意味著系統(tǒng)中的所有冷卻液都不會損耗。冷卻液的損耗量大得難以置信土童，尤其是在比較陳舊的機床上诗茎。這種損耗是由蒸發(fā)和泄漏，以及切削時被油霧收集器吸出而造成的献汗。據(jù)最終用戶估計敢订，在生產(chǎn)環(huán)境中，加工每個零件的冷卻液損耗量為1/2-1加侖罢吃，如果每年加工25萬個零件楚午，就有可能損耗25萬加侖冷卻液。

　　MQL系統(tǒng)的選擇

　　在MQL系統(tǒng)中尿招，有兩種將空氣與潤滑劑混合起來的基本方式矾柜。單通道內(nèi)冷卻刀具MQL系統(tǒng)是在位于主軸后方的一個貯液槽中對兩種成分進行混合，然后通過一根穿過旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)的管道就谜，將空氣與潤滑劑的混合物經(jīng)過主軸和刀塔輸送到刀頭部位怪蔑。

　　雙通道內(nèi)冷卻刀具MQL系統(tǒng)則是一種循環(huán)式系統(tǒng)，潤滑劑持續(xù)不斷地從一個貯液槽中被泵出丧荐，并存儲在環(huán)形管道中缆瓣。為了提供精確定量的潤滑液，可利用位于旋轉(zhuǎn)傳送裝置之前的一個速動閥來調(diào)節(jié)進入系統(tǒng)的潤滑液量圣辩。當需要MQL系統(tǒng)工作時啼厌，將速動閥門打開，從環(huán)形管道中汲出最佳數(shù)量的潤滑液匆罗。

　　精確定量的潤滑液通過位于主軸中心的噴桿被輸送到位于刀柄后部的噴嘴處终于。當潤滑液通過噴桿進入噴嘴時萄尽，通過旋轉(zhuǎn)傳送裝置供給的空氣則沿著圍繞噴桿的主軸冷卻通道進入噴嘴的混合腔，空氣與潤滑液在混合腔中混合成氣霧禁脏。然后倡照，這種氣霧通過刀具內(nèi)部的冷卻孔流動，并作為極細小的潤滑油/空氣微粒噴出猜著。

　　在選擇單通道或雙通道MQL系統(tǒng)時啄崖，主軸轉(zhuǎn)速是一個需要考慮的因素。單通道系統(tǒng)是在通過主軸之前對潤滑劑與空氣進行混合禀锋，因此垄暗，允許的最大主軸轉(zhuǎn)速約為16,000r/min。這是因為更高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的離心力可能會造成潤滑液與空氣分離禀综。而雙通道系統(tǒng)則適合高達約40,000r/min的主軸轉(zhuǎn)速简烘。

　　此外，對于單通道系統(tǒng)來說定枷，噴霧能夠流動的距離有一定限制孤澎，在其流速減慢前，可流動的最大距離約為1270mm欠窒。對于一臺標準型加工中心來說覆旭，這并不會構(gòu)成問題，但對于一臺大型龍門式加工中心岖妄，則需要將單通道系統(tǒng)安裝在龍門本體上型将，使其可以隨著龍門一起運動，而不能將MQL系統(tǒng)安放在地面荐虐，并長距離輸送氣霧七兜。

　　另一個需要考慮的問題是換刀頻率，因為單通道系統(tǒng)將氣霧從主軸后部輸送到刀具頭部有一定的滯后時間福扬。如果采用單通道系統(tǒng)腕铸，需要在換刀程序中增加停頓時間。而雙通道系統(tǒng)實際上能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時反應(yīng)铛碑。

    單通道系統(tǒng)換刀之間的滯后時間為1-3秒裂体，如果采用雙通道系統(tǒng)，當你關(guān)閉MOL時倔晚，實際上是在阻止MOL流入刀柄街粟，只需要0.1-0.3秒的時間，就能使MOL重新開始流動封均。

　　單通道系統(tǒng)的成本約為雙通道系統(tǒng)的90%。為了解決單通道系統(tǒng)的滯后問題履剔，可在編制加工程序時篇臭，在進入切削之前提早打開MQL钠彬，以縮短滯后時間，但這樣會消耗更多的潤滑液肢抚，如果比較兩種系統(tǒng)可以節(jié)省的總成本汹改，雙通道系統(tǒng)似乎優(yōu)勢更大一些。

　　盡管如此别主，單通道系統(tǒng)也有自己的優(yōu)勢僵禁，尤其是對于那些基于工件的考慮，需要在濕式切削與近干切削之間快速來回轉(zhuǎn)換的中小批量零件制造商來說色罚，更是如此碰缔。這是因為，單通道系統(tǒng)將混合氣霧引入旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)后部的方式與引入澆注冷卻液的方式相同戳护，澆注冷卻液可通過另外一個球閥和管道系統(tǒng)進入旋轉(zhuǎn)聯(lián)管節(jié)金抡。既可以打開引入澆注冷卻液的球閥，同時關(guān)閉另一個引入MQL的球閥腌且，也可以與此相反梗肝。

　　可能存在的局限性

　　MQL切削方式可能并非適合加工所有的工件材料。在對較難加工的不銹鋼铺董、鈦合金和某些鎳基合金材料(如Inconel合金)的攻絲加工中采用MQL方式巫击。需要的不僅是噴霧冷卻方式，切削這些材料時精续，還需要使用某種類型的潤滑液坝锰。MQL加工方式的適用范圍存在一些限制。

　　有些人認為驻右，只要刀具制造商合理設(shè)計刀具什黑，工件材料就不會對MQL的應(yīng)用造成任何限制。其實每種刀具都需要根據(jù)加工要求和工件材料進行優(yōu)化設(shè)計境猜。

　　 舉個例來說伺罗，福特汽車公司從1998年開始在德國應(yīng)用MQL技術(shù)。在典型的大規(guī)模生產(chǎn)模式中胸叠，引入MQL技術(shù)有助于使每年的冷卻液消耗量減少大約3萬加侖奇巍，用水量減少25萬加侖，過濾器介質(zhì)用量減少幾千碼债烹，壓縮空氣用量減少數(shù)百萬立方英尺含罪。此外，福特公司最近在近干切削領(lǐng)域取得了以下5個關(guān)鍵的技術(shù)進步：

　　(1)開發(fā)了失效模式和效果分析(FMEA)工具闪侨，它可以提供應(yīng)用MQL技術(shù)的經(jīng)驗教訓(xùn)惠服，幫助編寫培訓(xùn)操作工人的教材和技術(shù)文件。

　　(2)制定了用于計算空氣和潤滑劑流量的校準規(guī)程挑明。如果沒有校準規(guī)程断猩，有可能50臺配備了50套MQL系統(tǒng)的加工機床盡管都來自同一供應(yīng)商善婉，但其加工性能卻各不相同。Stoll說肪瘤，“你必須按照同一標準來校準這些系統(tǒng)抄瓦。以前，一直沒有一種合理而適用的校準方法和校準裝置陶冷「奇ⅲ”

　　(3)開發(fā)了刀具、刀柄埂伦、噴嘴煞额、調(diào)節(jié)螺釘和噴桿之間的最佳界面，以確保氣霧以正確的路徑通過系統(tǒng)和流出刀具赤屋，而不會產(chǎn)生任何會改變氣霧流的空隙或空腔立镶。

　　(4)開發(fā)了MQL噴流型態(tài)測試方法，以驗證通過加工仿真顯示的类早、可使氣霧流最優(yōu)化的刀具設(shè)計方案媚媒。

　　(5)在工件夾具、機床的底座涩僻、立柱和主軸上安裝傳感器缭召，以監(jiān)測機床和工件的溫度變化，然后利用這些實時數(shù)據(jù)計算出線性膨脹量逆日，據(jù)此調(diào)節(jié)主軸位置嵌巷。

　　潤滑油問題

　　潤滑油的溫度保持恒定，將有助于確保潤滑油具有穩(wěn)定的粘度芭贬，從而使其在切削區(qū)的用量保持一致恋都。然而，設(shè)備的溫度可能會根據(jù)不同的季節(jié)和一天中不同的時間在15℃-43℃之間波動坚呜。因此程伞，福特汽車公司和必諾(bielomatik)公司在速動閥上安裝了一個加熱裝置，以提高潤滑油的溫度闸虹，使其高于車間環(huán)境溫度暴既。

　　潤滑油的類型對于MQL的成功應(yīng)用也至關(guān)重要。零件制造商必須避免使用具有氧化性的廉價潤滑油敌痴，氧化作用會使?jié)櫥妥兊谜吵泶乓⒃谠O(shè)備表面形成不易去除的油漬。潤滑油的粘性確實是一個問題溪臊，它會使切屑相互粘連减少，或粘在刀具上，從而造成二次切削。

與礦物油相比缔莲，植物油的熱容量要高得多哥纫。植物油的閃點大約為230℃霉旗，而礦物油僅為120℃痴奏。他還警告說，不要將植物油作為油霧來使用厌秒，因為其顆粒越細小读拆，就越不容易在刀具表面形成“潤濕”效應(yīng)⊥疑粒“從工人健康的角度考慮檐晕，雖然植物油是無毒和可降解的，但它仍然會被吸入并附著在肺上蚌讼，吸入肺部的油霧顆粒越小辟灰，其危害性就越大〈凼”

　　近干切削刀具

　　為了獲得最佳加工效果芥喇，必須采用適合近干切削的刀柄和刀具。雖然任何類型的刀柄都適合用于MQL加工凰萨，但HSK刀柄使用最普遍继控，這部分是因為歐洲機床制造商在大力推動MQL加工技術(shù)的發(fā)展，而HSK刀柄在歐洲應(yīng)用范圍最廣笤碍。與濕式切削相比况饥，MQL的關(guān)鍵要素是，氣霧必須沿著明確確定的輸送路徑流動支赖，而不會出現(xiàn)任何會干擾流速和流動方向的空隙荸冒。

　　刀柄后部與主軸的聯(lián)接方式?jīng)Q定了它如何將冷卻液輸送到刀具中。他在談到用于濕式切削和近干切削的刀柄有何不同時說访跪，從刀柄外部扬饰，能看不出有何不同，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)確實有區(qū)別乳吉。

　　用于調(diào)節(jié)刀具安裝長度以及刀桿與刀柄界面后部的徑向調(diào)節(jié)螺釘是唯一可以更換的附件这疟，可以拿下標準接頭，取出調(diào)節(jié)螺釘醋躏，根據(jù)供液系統(tǒng)的類型虹婿，使用一根由機床制造商提供的、符合MQL要求的冷卻液輸送管擒买，然后更換調(diào)節(jié)螺釘朝刊。這樣，就有了一個符合MQL加工要求的刀柄。

　　與刀柄不同拾氓，為了實現(xiàn)MQL加工冯挎，需要對刀具進行更多改造。例如咙鞍，在孔加工中房官，需要將鉆頭冷卻孔的出口擴大，以利于將冷卻液輸送到與工件接觸的整個前刀面续滋，從而消除積屑瘤和刀具熱淬現(xiàn)象翰守。在切削中，當冷卻液被引入紅熱化的刀具/工件界面時疲酌，就會出現(xiàn)熱淬現(xiàn)象蜡峰，它容易造成刀具基體碎裂，縮短刀具壽命朗恳。

　　刀具設(shè)計人員必須考慮到湿颅，需要將空氣/潤滑油的混合物送達多階梯式刀具的所有切削刃。對于較長的刀具渠余，位于刀具端部的內(nèi)冷卻孔出口必須有較小的傾斜度斟策，這樣可以形成渦流，使冷卻液加速流向刀具端部积碍，從而使所有切削刃都能獲得充分的冷卻潤滑庸磅。

　　冷卻孔的出口尺寸還取決于刀桿內(nèi)部冷卻液通道的直徑大小。如果刀桿內(nèi)主通道本身的直徑為6mm蚌斑，那么所有出口的直徑尺寸之和就不能超過6mm奋完。這是因為，如果各出口直徑之和超過了主通道直徑慰适，壓力就會降低淫兑，從而使流速減緩。

　　對于近干切削而言饺斧，內(nèi)冷卻刀具的MQL加工要求最為嚴苛二谤。一般來說，對于常規(guī)加工读囤，采用銑刀進行干切削继射。

　　因此，對于MQL攻絲加工挎袜，也需要精心設(shè)計和制造刀具顽聂。專用絲錐的設(shè)計取決于工件材料和螺紋加工要求，不過盯仪，與常規(guī)絲錐相比紊搪，用于近干切削的絲錐具有較大的后角、較大的倒錐和較窄的棱帶，以滿足同步攻絲的要求耀石。攻絲時牵囤，刀具與工件之間大面積接觸面不能太大，絲錐柄部不應(yīng)與工件發(fā)生摩擦滞伟。

　　MQL絲錐的冷卻孔如何加工揭鳞，取決于是用于加工盲孔還是通孔。對于加工通孔用絲錐诗良，可以采用放電加工(EDM)方式加工出一個貫穿刀具全長的冷卻孔汹桦，然后堵塞孔的端部，并用EDM加工出十字交叉孔鉴裹，使MQL氣霧能從絲錐的側(cè)面噴出。如果不這么做憾顿，MQL氣霧就會通過通孔底部噴出窜抽，無法起到潤滑冷卻作用。而對于盲孔加工絲錐豺研，就無需堵塞冷卻孔的端部髓无，使壓力為100-200psi的氣霧能到達盲孔底部，發(fā)揮潤滑和輔助排屑功能允逝。

　　首先沫十，刀具制造商應(yīng)該對MQL刀具的設(shè)計進行測試，以確保氣霧能從盡可能靠近切削刃的冷卻孔噴出宵绒。

　　采用前面提到的MQL噴流型態(tài)測試方法建淘。這種測試是將一個刀具樣品安裝在帶有MQL供液系統(tǒng)的機床主軸上，并在刀具的前面浴恐、下面或周圍距離大約13mm處咪枷，放置一個綠色或藍色的吸水介質(zhì)面板，當?shù)毒咝D(zhuǎn)時总枢，觀察噴出的潤滑液相對于切削刃的位置打恕。如果其噴流型態(tài)與切削刃的位置非常接近，則表明該刀具冷卻潤滑性能良好的可能性很高渠缕。制造出首件刀具或代用/虛擬刀具后鸽素，需要將其安裝到機床上，進行動態(tài)噴流型態(tài)測試亦鳞，如果測試結(jié)果不能滿足要求馍忽，則需要重新改進刀具設(shè)計。

　　生產(chǎn)率與工件質(zhì)量

　　MQL能夠提高切削速度和進給率蚜迅，這部分是因為不會再出現(xiàn)冷卻液限制切削參數(shù)提高的情況舵匾，在孔加工中尤其如此。例如，許多企業(yè)正采用麻花鉆代替槍鉆加工小直徑深孔坐梯。把孔塞得更滿并不總是好事徽诲。在深孔加工中采用高壓冷卻液，為了排屑吵血，冷卻液需要占用更多空間谎替。而MQL則是采用氣流將切屑排出孔外。

　　采用濕式切削時蹋辅，還有可能因為切削時產(chǎn)生的熱量對硬質(zhì)合金切削刃造成熱沖擊而降低切削速度阅权。采用MQL加工時，切削刃不會產(chǎn)生熱裂紋挥疲，因為它可以消除熱淬現(xiàn)象啸需，或避免使硬質(zhì)合金刀具產(chǎn)生任何應(yīng)力碎裂或裂紋。因此饼贰，可以采用比通常的濕式切削更高一些的表面切削速度進行加工斯智。

　　由濕式切削轉(zhuǎn)換為MQL切削后，工件的表面光潔度質(zhì)量通常會有所提高酌尔，這是因為MQL切削每次使用的都是潔凈的潤滑液附舌，而濕式切削循環(huán)使用的回收潤滑液中有可能混入微小磨粒，從而對工件表面造成二次切削跺榆。

　　目前MQL加工呈現(xiàn)出緩慢增長趨勢蛉差，而了解它的益處，可以產(chǎn)生立竿見影的回報重蕉。

　　然而壕哩，傳統(tǒng)習(xí)慣并不會很快消亡。人們可能不愿意對原來的加工方式進行變革兄存，即使這種變革可以為他們省錢熊镣。可是募书，正確的變革——如由濕式切削轉(zhuǎn)換為MQL和與最小量冷卻有關(guān)的其他加工方式——可能是一件好事绪囱，其好處包括改善工件表面光潔度、降低刀具成本莹捡、提高加工速度鬼吵、避免工人罹患皮炎、節(jié)省車間空間篮赢、減少動力消耗和改善環(huán)境齿椅。

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