微量润滑切削加工的关键问题及优化方案

由于单纯依靠润滑油的润滑作用，没有相应的制冷设施，微量润滑切削加工技术也存在以下缺点：冷却性能不足，对于难加工材料切削区温度高的问题难以解决；润滑剂使用量低，同时最佳油剂使用量难以确定，润滑可能不充分；润滑剂在高温作用下存在润滑油膜破裂、润滑失效等问题。

1.润滑方式的选择 微量润滑技术主要包括气雾外部润滑（外喷法）和气雾内部润滑（内喷法）两种方式，而且这两种方式各存在优缺点，因此润滑方案选择是微量润滑技术研究的前提。对于润滑剂易于到达切削区域的加工方式，如较小切削深度的面铣削、车削等，应采取外喷法。外喷法的关键问题是如何保证润滑剂进入加工区域。对于加工深孔、槽、腔等结构时，外部润滑方法产生的润滑剂不易到达切削区域，则采取内部微量润滑。内部微量润滑的关键问题在于如何保证润滑剂顺利抵达工作区域。

2.对机床结构的要求 微量润滑的冷却效果一般不理想，加工区域产生的高温容易带来各种负面影响。例如：高温的切屑对操作工人造成危险；工件受温度影响会产生预硬化或变形；机床、刀具和夹具的受热膨胀会导致结构尺寸发生变化，影响加工质量。鉴于此，合理设计机床结构成为微量润滑技术研究的重点之一。机床整体建议设计成带有温度补偿功能的结构形式，也可采用辅助的冷却设备和装置降低切削区的温度。微量润滑切削加工产生的切屑带有大量热，机床应从结构设计上保证切屑的顺利传出。

使用外部微量润滑系统的机床，结构易于布置，安装时应考虑不能妨碍其他部件的工作。对于内部微量润滑系统来说，润滑剂是以悬浮粒子的形式喷射至加工区域，而悬浮粒子的自由流动情况是传输性能的关键，在机床结构设计时，应包含主轴至刀具的过渡段。过渡段路径必须有利于润滑剂流动，润滑剂雾粒入口处需满足密封效果，且不能影响主轴旋转的精度；润滑剂出口位置需确保油剂到达切削区。

3.刀具的要求 微量润滑的切削过程中，润滑剂吸收的热量很少，多数热量中一部分被切屑带走，一部分被刀具吸收，所以对刀具的性能提出了较高的要求。刀具应有优异的耐高温性能；切屑和刀具之间的摩擦系数要小，以减少刃口产生积屑瘤；由于加工刀具切削刃承受极大的机械应力和热应力，因此对刃口硬度、抗冲击韧性要求更高；刀具几何参数及切削用量的选取要合理，并有利于迅速排屑，减少热量堆积。对于内喷法MQL系统中的刀具来说，首先应根据MQL系统设计相应的刀具内部通道，并重新设计刀具结构参数。其次，刀具应设计相应的油雾入口及出口，入口处需利于雾粒通过，出口处需做好切屑的防护，否则飞溅的切屑容易破坏润滑剂出口。(www.xing528.com)

4.加工工艺规划的要求 工艺规划是制造中的重要一环，是一种充分考虑制造加工过程中的资源消耗和环境影响问题的现代工艺规划方法，它通过对制造工艺方法和过程的优化选择和规划设计，提高原材料和能源的利用率，减少废弃物的产生，降低环境污染。MQL技术虽然已展开研究，但深度还不够，尤其是只在较窄的应用范围内（一定加工材料及方法）应用，在连续生产线中的应用几乎没有。MQL技术的进一步推广将引起整个工艺规划过程的变化，并对加工过程中工艺参数（如切削速度、进给速度、切削深度、刀具的偏转角度、切削方式以及其他可控参数）的优化、工艺路线优化、机床动态优化调度、工艺过程目标树分析、原材料的优化利用决策等提出新的要求。

5.润滑剂的要求 由于微量润滑使用的润滑剂用量极少，又要满足润滑冷却效果，所以要求润滑剂有优异的性能。首先，润滑剂应保证环保性、安全性和可再生性（植物性）。其次，要求润滑剂具有较低的粘度，易于形成雾粒，加工后不易粘附在工件上，从而省去与清洗相关的费用。第三，润滑剂要有很好的渗透性和表面附着系数，在切屑和刀具之间形成的润滑膜有较高的韧性，不易破碎，可充分发挥润滑作用。第四，润滑剂需要有优良的极压和防锈性能。第五，由于切削区域温度较高，要求润滑剂具有较高的热稳定性。此外，润滑剂在仓储过程中需要保持稳定的化学性能。F.Klocke等人制作了合成脂作为绿色切削液，经切削试验表明，该种润滑剂能够在切削区形成稳固的润滑膜，并有效降低刀具磨损。此外，也有相关研究使用固体颗粒（石墨、二硫化钼）作为绿色润滑剂，并应用于加工过程中。

6.粉尘处理系统 采用传统切削液浇注过程中，由于受热及刀具的高速旋转，切削液在车间内形成液雾。微量润滑加工状态下，润滑油被雾化为微米级的油粒，虽然不会有大量切削液产生的冷却液雾，但由于加工中也有部分油雾飞散，而且MQL切削加工产生大量切削热，废屑干燥，容易形成少量润滑剂雾粒及细微切屑的混合物粉尘。细小的切屑微粒变热，容易粘在切削刀具上，会显著缩短刀具的使用寿命，而且工人吸入后会严重影响身体健康。因此，粉尘处理系统的设计成为机床系统设计的重点，也是影响MQL系统能否推广的重要因素之一。

7.MQL相关工作机理的研究 微量润滑技术的实际推广应用需要以机理研究、理论分析为基础，微量润滑技术需要深入研究的相关机理有以下几个方面：不同类型润滑剂对刀具磨损的抑制机理；微量润滑对切削力、切削热的作用机理；微量润滑对刀具/切屑接触长度的影响机理；微量润滑对工件表面质量的影响机理；微量润滑对不同刀具涂层的适用机理；微量润滑对不同切削参数的可选择性；最佳润滑剂使用量的选择问题等。