做座MQL与低温冷风结合的绿色切削技术

MQL与低温冷风结合的绿色切削技术

摘 要：随着环境保护意识的提高，从降低加工成本和提高加工精度的需求出发，M i n i mal Quant i t y Lubr i c at i o n(MQL)与低温冷却等绿色加工方由于技术研发需要投入大量的资金法正被逐渐地研究与采用。通过与普通冷却液浇注加工方法比较实验，MQL与低温冷风结合的切削加工方法表现出其在刀具寿命、工件表面质量等方面比后者具有更优的物理与加工特性。

当前，大多数金属切削加工仍是以使用切削液的湿式加工方式来进行。切削液具有冷却、润滑、排屑、清洗、防锈等功能，并对延长刀具使用寿命、保证加工表嘶质量起着重要作用。但是，在切削过程中使用切削液，一方面造成了资源和能源的巨大浪费(据美国企业的统计，在集中冷却加工系统中，冷却液占总成本的14～16%，刀具成本只占2～4％)另一方面，切削液会对环境产生较严重的污染，甚至会危害工人健康。这显然与社会对绿色环保的要求是不相符合的。改变的略一是开发绿色的切削液替代传统的油基切削液，如用植物油代替矿物油，或者研究开发新型无毒添加剂，该方法增加了较多的成本，影响推广：是采用干切削的技术，该方法是颠覆式的，对刀具、机床以及工艺都提出了新的技术要求，目前的应用范围比较有限。在介于干切削与湿切削之间，研究准干切削技术，减少切削液的使用，同时对机床、刀具等工艺系聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称统提出较低的要求，具有更加现实的意义和推广价值。运用MQL低温冷风结合的方法，是准(亚干T切削技术之一，该方法使用的切削液的量为最少(minimum quantity lubrication，或MQL)，主要是达到润滑效果，以冷风冷却为基础。下面主要对该技术的运用和通过实验，研究该方法的加工效果。

1、 MQL与低温冷风切削技术

(1)MQL切削是在切削中用压缩空气加微量润滑剂代替切削油剂。MQL技术是将压缩气体与极微量润滑液混合汽化后，喷射到加工区，对刀

具和工件之问的加工部位进行有效的润滑。在德国，由于人们对它是否同时具有冷却功能还存在意见上的分歧， 而分别称之为微量润滑和微量润滑冷却。

MQL法所使用的润滑液用量非常少，一般为0.03～0.2L／h，而一台典型的加工中心在进行湿切削时，切削液用量高达20～100L／min。而且MQL技术只要使用得当，加工后的刀具、工件和切屑都是T燥的，避免了后期的处理，清洁和-T净的切屑经过压缩还可以回收使用，完全不污染环境，故又称之为准干式切削。

(2)MQL方法能够提供和冷却液浇注切削相当甚至更好的润滑性能，但其冷却效果却不尽人意。高速切削难加工材料时产生的大量热量不能及时散去，使得切削温度迅速升高，导致润滑剂润滑性能剧烈下降，加工性能变差。因此，MQL技术结合冷却性能强的低温风冷的研究对于难加工材料的高速加工具有重大的意义。低温冷风切削是在MQL切削法的基础上降低压缩空气的温度进行切削。低温冷风切削加工是在切削时使用一10℃～一100℃的低温冷风和非常微量的植物油代替冷却润滑剂实施切削的方法。研究表明：在金属切削过程中，如果只给加工点提供非常微量、润滑效果良好且未被氧化的植物油，加工点会因高温而丧失润滑性，使刀具很快磨损。如果加工时提供低温冷风，加工点的高温化就可得到缓解，达到延缓刀具磨损的目的。如果在给加工点提供低温冷风的同时，再加上润滑效果良好且未被氧化的微量植物油，不仅加工点的高温化可得到缓解，而且刀具的润滑性也可得到保证。

1996年，日本横川技术研究所、工学院大学的横川和彦教授、横川宗彦副教授等人对低温冷风切削加工技术的研究获得成功。试验证明，采用低温冷风切削时，车刀的寿命可以延长两倍以上。

2、 MQL与低温冷风结合的切削实验

某工厂汽轮机叶片型俩铣削加工，原来都在普通铣床上进行，采用的高速钢立铣刀、球头铣刀在油冷状态下，切削速度仅为30～40m／min，切削效率很低。后进行技术改造后，加工设备几乎都更换成数控铣床，为此，绝大部分刀具也选用可高速切削的便质合金可转位铣刀，由于高速切削时切削温度快速提升，这就给原来采用的油冷浇注带来了大量的烟雾，这些呛人的烟雾，不但影响了视线、加工环境，也使操作工人无法进行正常切削加工。如将切削速度减小，则将使切削效率降低，实现不了通过机床、刀具的改进，实现高效切削的初衷。为此，工厂在每台机床旁配置了抽烟机，但在高速切削情况下，油烟仍无法很快消除。在铣削加工时，为保证刀具能止常进行高速切削，试验应用了MQL和低温冷风结合切削技术。

试验结果是：在高速切削条件下(切削速度在180r／min)，使用大量冷却液铣削不锈钢叶片一次换刀对各行各业无疑是很大的1击，可加工5一8件，而MQL与低温冷风铣削时，可加工8～10件，刀具使用寿命明显延长)。

试验还证明，刀具的使用寿命随冷风压力、流量增大而延长。在车、铣过程中，考虑到切削点的温度降低，因此，可以适当增大了切削用量；由于刀具使用寿命延长，节省了调整工位所需的辅助时间，加工效率有显著的提高。对精加工高温合金材料的工件表面粗糙度进行了实测，可稳定地达到Ra2.05～2.59μm，对加工后的不锈钢叶片进行了磁粉探伤验测，未发现有裂纹等异常现象。由于以气代油，无呛人的烟雾，环境清洁，对身体无害，有利操作，还提高了效率，操作工人非常欢迎。