MQL与低温冷风结合的绿色切削技术 陈养元 （集美大学，福建 厦门 361021） 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 ， Minimal Quantity Lubrication(MQL)与低温冷却等绿色加工方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。 关键词： MQL 低温冷风 绿色加工 中图分类号： TG501.5 文献标识码： A 文章编号： 1672-4801（2009）02-058-002 引言 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、保证加工表面质量起着重要作用。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。改变的策 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；二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。 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。 （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-10℃～ -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 基金项目： 本项目获福建省教育厅科研基金资助（jb08180） 2014年各行业工程师考试备考资料及真题集锦安全工程师 电气工程师 物业管理师 注册资产评估师 注册化工工程师 机械设计制造 《机电技术》 2009 年第 2 期 59 长两倍以上。采用不同切削方法时的切削寿命 对比见图 1。 图 1 干式车削、油剂车削、MQL 车削与 低温冷风车削时的刀具切削寿命对比 2 MQL 与低温冷风结合的切削实验 某工厂汽轮机叶片型面铣削加工， 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 削的硬质合金可转位铣刀， 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， 为保证刀具能正常进行高速切削，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， 可加工 5～8 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 （见表 1） 。 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 Ra2.05～2.5µm ， 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。 3 结论 MQL与低温冷风技术结合的切削方式，以低 温气体射流为动力，集中对切削区域进行高效的 润滑和最大的冷却，加快了切削热在工件、切屑 和刀具上的传导，达到降低切削温度和提高刀具 的耐用度，从而保护和延长刀具的切削性能，增 强了工件的加工质量的稳定性。运用气体作为冷 却基，气体比液体更容易进入和渗透到切削区 域，冷却效果好，同时空气介质无需成本，也无 排放与后处理的费用，经济效益好。与传统的机 械加工相比，只需增加建造一个有效的低温气体 冷却与输送系统。该方法具有推广与运用的现实 意义，是实现绿色加工与清洁化生产的有效途 径。 参考文献： [1] Bernhard Kuttkat..干式加工可降低费用[J].MM现代制造,2002(7). [2] De Ch iffre L. Funct ion of cutting fluids in maching[J]. L ubrication En ineering ,1988,44(6):514～519. [3] 张震.低温冷风切削技术浅谈[J].工具技术,2002,36卷(6):14～15. [4] 贾晓鸣,王宝中.绿色切削加工技术分析[J].润滑与密封,2002,(6):8～10. [5] 张自卫.切削液的使用现状及相关问题[J].磨床与磨削,1984,(2):29～30. 作者简介：