微量潤滑切削系統(tǒng)

榮　飛（珠海順益發(fā)展有限公司，廣東　廣州　510600）

?潤滑與密封?

微量潤滑切削系統(tǒng)

榮飛
（珠海順益發(fā)展有限公司，廣東廣州510600）

介紹了常見微量潤滑切削系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和給油方式，并對不同切削液使用時的性能進行比較，為切削液的選擇提供參考。

MQL；環(huán)保；外部給油；內(nèi)部給油；植物油

在傳統(tǒng)的切削加工中，切削液的負面影響已不容忽視：處理和排放易引起環(huán)境污染，切削液霧對操作工人健康構(gòu)成威脅，使用成本相對昂貴……

面對企業(yè)不斷降低成本、改善生產(chǎn)條件，以及國家綠色發(fā)展的有關(guān)要求，隨著環(huán)保、節(jié)能降耗、加工精度的需求提升，微量潤滑切削系統(tǒng)越來越受到眾多專業(yè)人士的重視，綠色切削技術(shù)成為現(xiàn)代機械制造領(lǐng)域主要發(fā)展方向之一，多種綠色切削技術(shù)紛紛涌現(xiàn)，其中微量潤滑切削技術(shù)就是一種具有極大發(fā)展?jié)摿蛷V闊應(yīng)用前景的綠色切削技術(shù)。

微量潤滑（MINIMUMQUANTITYLUBRICATION，簡稱MQL）主要是將壓縮空氣與少量潤滑油混合，霧化后形成微米級的液滴，噴射到加工區(qū)，對刀具和工件之間的加工區(qū)進行潤滑（圖1）。這種切削方式極大地減少了切削液的用量（僅為0.03～0.2L/h，而常規(guī)傳統(tǒng)濕切削時的切削液用量高達20～100L/min），大大減少了環(huán)境污染，在21世紀綠色環(huán)保主題下，有著很大的發(fā)展前景。

圖1

一、為什么要引進微量潤滑系統(tǒng)

1.環(huán)保的需要

目前在機械加工中普遍使用的切削液，在制造、使用、處理和排放的各個時期均會對環(huán)境造成嚴重污染，甚至對人體健康有傷害。1996年，國際標準化協(xié)會頒布了關(guān)于環(huán)境管理的ISO14000系列標準，德國、美國、加拿大和日本等國家也相繼制定出更加嚴格的工業(yè)排放標準，進一步限制了切削液的使用。特別是對于飲用水大多取自地下水的歐洲來說，切削油廢液的排放，就直接影響飲用水的污染。

2.節(jié)能降耗的需要

所有與切削油廢液處理有關(guān)的成本費用都在上升。據(jù)說在德國與切削油有關(guān)連的費用已上升至生產(chǎn)加工費用的15%～30%，如圖2所示。

圖2

3.機械加工的需要

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，正確合理地使用MQL能有效提高刀具耐用度，改善工件已加工表面質(zhì)量。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)。但常規(guī)加大切削液流量、降低切削溫升的辦法已不能達到理想的效果。為了實現(xiàn)高速切削，必須采用有效的冷卻潤滑方法，才能進一步提高加工效率。MQL切削技術(shù)在綠色切削的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了高速切削，因此得到了廣泛應(yīng)用。如：我國某飛機制造廠將微量切削用于其航空鋁合金加工機上，效果顯著。

二、MQL的結(jié)構(gòu)

MQL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在比較流行的有二種給油方式——外部給油冷卻及內(nèi)部給油冷卻，如圖3所示。

圖3

其中內(nèi)部給油冷卻又可分為軸內(nèi)混合及軸外混合給油冷卻，具體示例如圖4所示。

圖4

外部給油及內(nèi)部給油兩種方式優(yōu)缺點如表1所示。

表1

三、MQL切削液的選擇

MQL切削技術(shù)作為一種現(xiàn)代制造模式，所使用的切削液除了具有傳統(tǒng)切削液的潤滑、冷卻、防銹、清洗等功能以外，還應(yīng)具有無毒、不傷害操作者、不污染環(huán)境、不易腐敗變質(zhì)等性能，具體體現(xiàn)在可生物降解性、氧化安定性、儲存穩(wěn)定性、切削潤滑性等方面。選取目前市場上最常用的3種成份的MQL切削液（合成酯、植物油、聚乙二醇）做比較。經(jīng)多次實驗研究，得出數(shù)據(jù)如圖5所示（生物降解百分率的最大和最小值越高，表明生物降解性越好）。

圖5

氧化安定性的測量是將20ml試樣放在70℃空氣中暴露168H，用碘價法對暴露前后的切削液分子量進行測量，碘價下降越少，氧化安定性越好。結(jié)果如圖6所示。

儲存安定性的測量是將50ml的切削液放在100ml的樣品瓶中，加蓋密封，在70℃空氣中暴露4周，測量其黏度和酸值的變化，變化越小者，儲存安定性越好。結(jié)果如圖7所示。

圖6

圖7

為研究切削液對切削效果的影響，進行如下切削試驗：試驗是在德國Spinnle公司的SB-CNC超精密數(shù)控機床上進行，工件為45鋼和硬鋁YL12，切削速度為178、269、358、448、537m/min，進給量0.03mm/ r，切削深度0.3mm，空氣流量2.3m/h，空氣壓力0.4MPa，切削液流量6.25ml/h，噴嘴位置為主后刀面，距刀尖20mm，圖8為加工的表面粗糙度值。

以上3種切削液，在我國植物油價格最低，合成酯最昂貴，聚乙二醇價格居中。總結(jié)以上試驗數(shù)據(jù)，3種切削液各自評分如表2所示（以最好的計為10分，其他據(jù)測試結(jié)果差距評定分數(shù)）。

一般來說，不同場合以上各項因素的重要程度是不一樣的。對于工件材料為45鋼，植物油是首選切削液，合成酯為其次，聚乙二醇最后；對于工件材料為YL12，植物油為首選切削液，聚乙二醇為其次，合成酯最后。

圖8

表2

四、常見的MQL切削系統(tǒng)

為使微量切削方法發(fā)揮更大效果，有的MQL切削系統(tǒng)配有專用的給油裝置。利用專用的給油裝置，把微量的切削油噴成油霧而涂布到刀刃上。此裝置分油杯型油霧給油和外部供油裝置給油兩種，如圖9所示。

為達最佳效果，要把切削油供給到刀刃處，內(nèi)部給油是最好的方法。對于外部給油裝置。有的切削油

圖9

還專門開發(fā)了油霧增壓器?？赏ㄟ^利用油霧增壓器來供應(yīng)微量切削油。此油霧增壓器產(chǎn)生出微粒子的油霧，幾乎不會粘附到配管內(nèi)，而且可以對高速主軸（轉(zhuǎn)速可達20000r/min甚至更高）進行油霧給油，回應(yīng)時間完全與空氣的到達相同，對于大部份的配管，油霧在1s以內(nèi)就能到達刀刃處。油霧是由泵產(chǎn)生，所以油霧濃度和油霧量都可以控制。另外，在深孔加工方面，為了排出切屑而需要高氣壓空氣時，使用增壓器增壓空氣可加工比以前更深的孔。

五、結(jié)語

目前我國正在加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，致力于重點發(fā)展高端裝備以及成套裝備中的關(guān)鍵設(shè)備，加快提高技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，以解決長期以來制約我國裝備制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵部件依靠進口的問題。MQL切削加工作為綠色切削的一種，經(jīng)過快速發(fā)展，技術(shù)越來越成熟，可以預(yù)見，微量潤滑切削系統(tǒng)在機械制造特別是我國高端裝備制造業(yè)的前景會越來越廣闊。

［1］江蘇大學(xué).現(xiàn)代化切削技術(shù)之一——MQL技術(shù)［M］.

［2］HORKOSCORP.ADVANCEDNEARDRYMACHINING SYSTEM［M］.［3］江蘇大學(xué).MQL切削液的選擇［M］.

TG502.38

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1671-0711（2015）11-0075-04