高速切削是高性能加工的一種主要工藝技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、模具、 汽車等行業(yè)。由于機床主軸高速回轉(zhuǎn)(8000～60000r/min)會在刀具周圍產(chǎn)生離心高速、高壓氣流，依靠常規(guī)加大切削液流量、降低切削溫升的辦法 已不能達到理想的效果。采用有效的冷卻潤滑條件，可以有效降低切削溫度，改善切削摩擦狀態(tài)，抑制刀具磨損，成為進一步提高加工效率的主要技術(shù)途徑。與此同 時，在金屬切削加工領(lǐng)域涌現(xiàn)出了多種用于替代傳統(tǒng)濕式冷卻潤滑加工方法的環(huán)境友好的新型綠色切削加工技術(shù)，如干式、液氮冷卻、噴霧冷卻、風(fēng)冷和微量潤滑切 削等。

　　微量潤滑切削

　　微量潤滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)切削是指將壓縮氣體(空氣、氮氣、二氧化碳等)與極微量的潤滑油混合汽化后，形成微米級的液滴，噴射到加工區(qū)進行有效潤 滑的一種切削加工方法。切削液的用量一般僅為0.03～0.2L/h(傳統(tǒng)濕法切削的用量為20～100L/min)，可有效減小刀具與工件、刀具與切屑 之間的摩擦，防止粘結(jié)，延長刀具壽命，提高加工表面質(zhì)量。MQL的應(yīng)用優(yōu)勢明顯，適用范圍廣闊，國內(nèi)外關(guān)于MQL的研究包含了幾乎所有的切削工藝，如鉆 削、銑削、車削和磨削等。

　　MQL技術(shù)融合了干式切削與傳統(tǒng)濕式切削兩者的優(yōu)點：一方面，MQL將切削液的用量降低到極微量的程度，不僅顯著降低切削液的使用成本，而且通 過使用自然降解性高的合成酯類作為潤滑劑，最大限度地降低了切削液對環(huán)境和人體的危害；另一方面，與干式切削相比，MQL由于引入了冷卻潤滑介質(zhì)，使得切 削過程的冷卻潤滑條件大大改善，刀具、工件和切屑之間的磨損顯著減小，有助于降低切削力、切削溫度和刀具的磨損。這種切削技術(shù)也稱為半干式切削，在二十一 世紀以綠色環(huán)保為主題的影響下有著很大前景。

　　MQL油霧系統(tǒng)

　　MQL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由油霧供給系統(tǒng)、噴嘴和潤滑油三部分構(gòu)成。

　　MQL的供液系統(tǒng)

　　MQL供液系統(tǒng)主要有2種形式：一種是外置式供液系統(tǒng)；一種是內(nèi)置式。內(nèi)置式供液系統(tǒng)集成在機床內(nèi)部，潤滑油和壓縮空氣的混合物通過機床主軸內(nèi) 孔和刀具內(nèi)置的輸送管道導(dǎo)入加工區(qū)，冷卻潤滑油霧供給更加容易。但該方式對主軸結(jié)構(gòu)提出了新的要求，常常限制了主軸的最高轉(zhuǎn)數(shù)。外置式供液系統(tǒng)是單獨設(shè) 計，油霧供給的結(jié)構(gòu)簡單，幾乎不需要改造機床。潤滑油和壓縮空氣在機床外部通過混合裝置混合后可由多個噴嘴引出，作用于加工區(qū)的刀具和工件。但是當(dāng)加工的 工件直徑變化較大或換刀時，原來噴嘴的位置必須經(jīng)過手動或通過其他的輔助定位系統(tǒng)的校正，來實現(xiàn)噴嘴軸向、徑向和角度的正確定位。外部式油霧供給中，對特 定的加工方法(如鉆削)還存在工藝上的困難。采用目前技術(shù)，潤滑油霧在加工區(qū)最多只能實現(xiàn)長徑比約2～3的潤滑。深孔構(gòu)件的銑削也存在相似的問題。

　　對于微量切削液的傳輸霧化，也有2種形式：一種是單通道，這種形式需要一個單獨的霧化裝置，然后把霧化好的液滴和壓縮空氣的混合物，通過一個通 道傳輸?shù)絿娮?；另一種為雙通道，不需要單獨的霧化裝置，通過兩個通道，里面小通道為微量切削液，外部大通道為壓縮空氣，在靠近噴嘴處(霧化區(qū))或利用噴嘴 進行霧化，進而噴射到切削區(qū)。與雙通道系統(tǒng)相比，單通道系統(tǒng)更便于制造，但在輸送潤滑油霧時，特別是在具有強烈離心作用下的旋轉(zhuǎn)主軸中時，油霧會被分散， 這常導(dǎo)致加工區(qū)油霧不均勻，使加工質(zhì)量變差。

　　MQL的潤滑油

　　為了盡量減小對環(huán)境和人體的影響，MQL中使用的潤滑油，不能再采用那些含有大量有毒添加劑成分的傳統(tǒng)切削液，作為MQL切削加工用切削液，其 綠色潤滑劑的基礎(chǔ)油有合成酯、植物性切削油、聚α-烯烴(PAO)和聚乙二醇等。而常采用生物降解性高的合成酯和油脂。雖然植物油也具有很好的生物降解 性，但其在高的切削溫度下，在工件、刀具和上有樹脂化的趨勢，切削性能也不理想，因此基本不使用。

　　此外，潤滑油霧中油滴顆粒的大小和聚集度對加工區(qū)刀具和工件接觸表面的潤滑效果有影響。油滴大小的影響因素一般包括壓縮空氣的壓力、潤滑油用量 和噴嘴距離。在同等氣壓下，隨著潤滑油用量和噴嘴距離的增加，油滴變大，速度減小。在潤滑油用量相等時，隨著氣壓的增大，液滴變小，速度增大。因此，顆粒 較大的油滴速度低，在傳輸中由于自身重力更容易發(fā)生偏離，導(dǎo)致加工區(qū)不能充分供油，影響潤滑效果。

　　通常油滴的粒徑一般控制在2μm以下。油滴顆粒的聚集度主要依賴于潤滑油的用量和性質(zhì)、壓縮空氣的用量、以及噴嘴的結(jié)構(gòu)。

　　MQL的影響因素

　　為了充分發(fā)揮MQL的應(yīng)用優(yōu)勢，尋求經(jīng)濟、生態(tài)和加工性能三方面的應(yīng)用最佳平衡點，必須全面研究影響MQL應(yīng)用性能的各種因素。MQL切削加工 工藝系統(tǒng)受到大量影響因素的交互作用，工藝模型異常復(fù)雜。不同工藝、不同刀具、不同工件材料和不同MQL工藝系統(tǒng)設(shè)置(包括油霧供給和混合方式、油霧供給 方向、噴嘴距離、潤滑油性質(zhì)、潤滑油用量、壓縮空氣壓力等)所表現(xiàn)出的切削加工性能有非常明顯的差異。

　　由此可見，MQL工藝系統(tǒng)對切削加工性能的影響最大，其次是加工條件，如工件材料、刀具系統(tǒng)以及切削參數(shù)等。

　　MQL的切削加工性能

　　大量研究結(jié)果已證實，在對鈦合金、淬硬鋼、高溫合金和不銹鋼等材料的切削加工應(yīng)用中，與使用干式切削和濕法切削相比，MQL表現(xiàn)出了良好的切削性能，正確合理的使用MQL能有效提高刀具耐用度，改善工件已加工表面質(zhì)量。

　　由于常規(guī)的MQL技術(shù)在高速切削難加工材料時，切削區(qū)溫度過高會使刀具表面的潤滑膜失去潤滑效果，采用有效的降溫手段可進一步提高MQL的效 果。如果能大幅降低現(xiàn)有壓縮空氣的溫度，則一方面可以提高切削區(qū)換熱的強度，改善換熱效果；另一方面，換熱效果的提高又可以使?jié)櫥旱卧诘毒弑砻嫘纬傻臐? 滑膜進一步保持潤滑能力，從而提高刀具的耐用度。如果將MQL與氮氣結(jié)合使用，MQL能表現(xiàn)更好的切削性能，這主要是由于氮氣的隔氧作用。

　　高速干切削加工從根本上解決了切削液帶來的弊端,不僅有利于工人的健康和環(huán)境的保護,而且可以降低加工成本,無疑是一種很有發(fā)展前途的綠色加工 工藝。但應(yīng)用領(lǐng)域受到一定的限制。微量潤滑技術(shù)是一種有效的綠色制造技術(shù)，在潤滑、除屑等方面具有突出優(yōu)勢，低溫MQL技術(shù)作為一種方便應(yīng)用機械加工現(xiàn)場 的新型冷卻潤滑技術(shù)，在鈦合金、高溫合金以及高硬度材等難加工材料的高速加工中具有優(yōu)異的性能，可以在目前工藝裝備的基礎(chǔ)上進一步提高難加工材料的加工率 和加工質(zhì)量