绿色切削中的MQL技术（上）

HEATS

　　在机械制造领域，切(磨)削加工中使用的切削液对提高加工效率与加工质量具有重要作用，但切削液在制造、使用、处理和排放的各个时期均会对环境造成严重污染，而在加工过程完成以后，清除零件表面切削液附着物时还会产生所谓的“二次效应”污染。

　　据统计，切削液的使用成本相当昂贵，把切削液和有关设备的费用、能耗费、处理费、人工费、维修费及材料费加在一起达到了全部制造费用的7%～17%，而全部刀具费用仅为总制造费用的2%～4%。

2 z9 H j5 y# i# R9 a2 a0 D5 Y

　　1996年，国际标准化协会颁布了关于环境管理的ISO14000系列标准，德国、美国、加拿大和日本等国家也相继制定出更加严格的工业排放标准，进一步限制了切削液的使用。

) q) O! n" i5 o: |. _& H( [4 _

　　面对降低生产成本，改善生产条件和可持续发展对环境保护的要求，更迫于有关法律的压力，合理利用制造资源、废弃物少、环境污染小、可进行良性循环的“绿色制造”技术必将会成为21世纪制造领域的主要发展趋势。

# e. L4 _: g* D4 o% z/ d3 { ! l. T( r0 v0 _% d5 I; @4 ?

　　1绿色加工技术的原理与特点

+ t3 A3 M4 B4 x# H" | f, x; E' F0 }) `6 d' w

　　人们在寻找替代原有切削液浇注方法的绿色加工技术过程中，进行了多方面有益的尝试，创造出多种具有代表性的切削润滑冷却技术)生物稳定型切削液、喷雾冷却、液氮冷却、低温风冷切削、MQL及干切削等。从优质、高效、经济以及环保的角度出发，上述各种技术各有其自身的特点和优越性。

　　生物稳定型切削液

2 e; Q& h6 j; F" z

　　生物稳定型切削液依靠其配方中所含的特定成分来延长使用寿命，当该特定成分的含量降低后(如排放后)就不具有这种抗菌的功能，很容易被生物所分解，对人体和环境基本无害。生物稳定型切削液在国外已形成系列产品，并已推向中国市场，如Mobilcut系列水溶性切削液、德国ARAL系列切削液、英国嘉士多公司的水溶性切削液。

; V- H8 X c) T# c; z2 ]) [1 I

　　喷雾冷却

# n8 T& n( j" F; o

　　喷雾冷却是利用气液两相流体的混合体以高压(3～6个大气压)雾化的方式喷射到加工区，雾化的质点颗粒在切削区的高温作用下发生相变(汽化)，吸收大量的切削热。高速气流中所携带的细小的雾滴容易渗透到切削接触区，改善了切削液的渗透性，降低了摩擦和摩擦热，润滑作用得以充分发挥。与切屑有关的排屑问题也在不同程度上得以消除。另外还省去了切削液的处理费用，减少了环境污染。喷雾冷却常采用的介质有水、乳化液、植物油及动物油等，其中以乳化液应用最广。

& ]* z9 {. A2 I/ t( ?( u

　　低温风冷切削

/ u* A# H8 r7 r; ^8 n x- R' J 1 Y0 B% [! s4 y

　　低温风冷切削是采用-10～-100℃的冷风强烈冲刷加工区的一种方法。它可以显著均匀地降低加工区、刀具及工件的温度，有效地抑制刀具磨损，提高刀具耐用度，改善已加工表面的加工质量。如果在冷风中供给微量润滑油，则改善效果更加明显。目前常用的介质有空气、氮气(有液氮蒸发后加热到所需温度和常温氮气冷却到所需温度两种方式)和二氧化碳(干冰蒸发)等。

" C* p0 y% ]) q- d1 _ h* F , Y8 l; {" @. |" h* l: } y

　　液氮冷却

　　液氮冷却加工方法采用液氮使工件、刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工，利用材料的低温脆性，使其在韧性降低、塑性减小的情况下完成切屑和工件的分离。

5 v9 c( ^) b6 X i+ K# i) @$ Z3 h * F/ X! P2 y |! q! f1 \, F

　　干切削

0 ?" n p9 V) k; x/ |8 [ 1 s! i# c. W1 x

　　干切削是指在切削加工中不使用切削液的工艺方法，它从源头上消除了切削液带来的一系列环境负面效应。

% p# e; X4 M* W " Z5 c+ H( ^# F( A

　　干切削技术起源于欧洲，目前在西欧各国也最盛行。美国LeBlond Makino公司也已经开发出用陶瓷刀具和CBN刀具对铸铁进行高速干切削的　　　　“红月牙”工艺并投入实际生产，取得了良好的经济效益。

　　实施干切削，并不是简单地停止切削液的使用，必须要对包括机床、工件特别是刀具在内的整个工艺系统进行全面的考虑。目前出现的各种新型刀具(包括采用先进材料的刀具、进行涂层处理的刀具和优化几何参数与结构的刀具)为干切削的实施提供了有力的保证。刀具材料性质的研究也很有必要，实际上，对于陶瓷刀具来讲，由于干切削降低了热冲击和热疲劳的可能，其加工效果往往优于普通湿切削。

2 k4 j; d. j' k2 o

　　干切削的应用在铸铁材料上比较成功，但其范围还不是很广泛，对钢和难加工材料的干切削也正在研究之中。

/ e" W& |8 e- P0 G: ?

　　MQL

# k+ Y( Q$ F) g1 D/ K# ?

　　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，对刀具和工件之间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。

: p+ ^ v4 b' I5 G

　　MQL可以大大减少“刀具-工件”和“刀具-切屑”之间的摩擦，起到抑制温升、降低刀具磨损、防止粘连和提高工件加工质量的作用，使用的润滑液很少，而效果却十分显著，既提高了工效，又不会对环境造成污染。

4 H- N7 {8 p' `, g# U! T

　　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、工件和切屑都是干燥的，避免了后期的处理，清洁和干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。

! G l8 Y9 d( m2 b 1 {6 T& Q6 J# q7 V+ v# K

　　2 MQL的研究现状

　　实验证明MQL技术在切削液不同种类和用量、不同加工材料、不同刀具、不同加工方法以及不同加工参数下所表现出来的加工性能是有差别的。

5 V/ p4 z, C( k) Y% e& @

　　铝合金的MQL切削

o% S, r: x6 y: m( Z. Q2 r; C * b8 w. K' ~% F1 ]) E3 w

　　采用MQL技术高速铣削铝合金时，其刀具寿命可与浇注切削相当。而且在油雾润滑状态下，刀具上的材料粘附很少。

　　以20ml/h的植物油用量钻削铝合金的实验结果表明，在低速、低进给情况下，MQL相比浇注切削效果要差一点；在较高切速、较高进给下，MQL的效果要比浇注切削要好。

, z+ p$ e" }8 y U1 _9 F7 @5 j