先进制造—微量润滑技术

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1、先进制造徽量満規加工技术在金展切削加工过程中，通常都耍an使用切削液。切削液在切削加工中主耍起冷却、润滑、排層和防锈的作用，有助于提高刀具耐用度，减少工件热变形，保证工件己加工表面质量等。但是切削液的大量使用也造成了很多负而影响，不仅导致生产成本大大增加，还给环境和人体健康带來了巨大的潜在危害。据有关统计数据表明：与切削液有关的费用相当于全部制造费用的7〜17%,而工具费用仅占2〜4%。面对降低生产成本，改善生产条件和实施可持续发展对环境保护的耍求，史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、安全性高、可进行良性循环的“绿色切削”技术是

2、新时期机械制造技术领域的主要发展趋势之一。其中微量润滑（MinimumQuantityLubrication,简称MQL）技术是~种具奋极大发展潜力和广阔应用前景的绿色加工技术。MQL的概念籾优点微量润滑技术亦称为半干式切削或准干式切削，是将压缩气体（空气、氮气、二氧化碳等）与极微量的润滑油混合汽化后，形成微米级的液滴，喷射到加工K进行有效润滑的一种切削加工方法。微景润滑的主要作用是润滑，借此起到减小摩擦、降低切削热和改善切屑的流动。切削液的用量一般仅为0.03〜0.2L/h（传统湿法切削的用量为20〜100L/min），可冇效减小刀具与工件、刀具与切層

3、之间的摩檫，防止粘结，延长刀具奇命，提高加工表面质量。MQL切削技术大大降低了冷却液成本，使切削区域外的刀具、工件和切屑保持干燥，改善了工作环境,避免了处理废液的难题，应用优势明显，适用范围广阔，W内外关•丁，MQL的研究包含了几乎所宥的切削工艺，如钻削、铣削、车削和磨削等。MQL的穷式微量润滑技术主要拈气雾外部润滑和气雾内部冷却W种方式。①气雾外部润滑方式：将切削液送人高压喷射系统并与气体混合雾化，然后通过一个或多尖喷嘴将雾滴尺、r达毫、微米级的气雾喷射到加工刀m•表面，对刀具进行冷却和润滑；②气雾内冷却方式：通过主轴和刀具屮的孔道直接将冷却气雾送至切

4、削区域，进行冷却和润滑。根据加工需要，可将w种润滑方式配合使用，以获得最佳冷却润滑效果。外部润滑系统一般由空气压缩机、汕泵、控制阀、喷嘴及管路附件组成，集成后的系统成本低廉，质量轻，可以方便地安装在机床上。不过，由于喷嘴的方位对润滑效果影响显著，需要确定喷嘴的最佳位置及喷射角度；外部润滑的雾粒很难进入深孔钻削的加工区域，所以对于深孔加工冷却润猾效果不好；外部润滑的雾粒颗粒小，容笏四处飞散，对工作环境会冇一定影响，所以需要冇配套的防护设施。內部润滑系统通过主轴和刀具内部通道供给润滑剂，可以直接到达加工区域，润滑充分，一般效果会好于外部润滑。但内部润滑系统也

5、有缺点：使机床主轴和工具系统的结构变得复杂，甚至会影响整台机床的工作性能：当主轴转速过高时受离心力作用影响，切削液易粘附在主轴和工具的内孔橫,不易达到切削区,目前使用内部MQL技术的机床主轴转速一般不超过20000—30000r/min;加工过程中切W易堵塞喷口，严重影响润滑效果；内部润滑系统需重点考虑雾粒生成裝置，生成雾粒的直径必须足够小，才能避免惯性及重力的影响，使雾粒保持悬浮状态，从而顺利通过内部通道。对于微量切削液的传输雾化，也有2种形式：一种是单通道，这种形式需耍一个单独的雾化装置，然G把雾化好的液滴和压缩空气的混合物，通过一个通道传输到喷嘴；

6、另-•种为双通道，不需要单独的雾化装置，通过两个通道，里面小通道为微量切削液，外部大通道为压缩空气，在靠近喷嘴处（雾化区）或微润滑系统的方案选择利用喷嘴进行雾化，进而喷射到切削区。与双通道系统和比，单通道系统更便于制造，但在输送润滑油雾时，特别是在具冇强烈离心作用下的旋转主轴中时，油雾会被分离，这常导致加工区油雾不均匀，使加工质量变差。MQL对刀具的要求微量润滑的切削过程屮，润滑剂吸收的热量很少，多数热量一部分被切屑带走，一部分被刀再吸收，所以对刀再的性能提出了更高的要求。首先，刀具应冇优异的耐高温性能，凶此需要新型的刀具材料或刀具热防护硬表面涂层。其次

7、，切屑和刀具之问的摩擦系数要小，最好是在刀具硬涂层的顶面有一层润滑膜，以减少刃口产生积屑瘤。第三，由于加工刀其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，并冇利于迅速排屑，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系统设计和应的刀具内部通道，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II,入II处需利于雾粒通过，出U处需做好切屑的防护，否则飞溅的切屑各易破坏润滑剂出口。MQL的切削加Z性能人量研究结果已证实，在对钛合金、淬硬钢、高温合金和不锈钢等材料的切削

8、加工应用屮，与使用干式切削和湿法切削相比，MQL表现出Y良好的切削性能，正确合理