微量潤滑的優(yōu)勢及深孔鉆耐用度分析

楊延冬

（北京培峰技術有限責任公司，北京 100098）

0 引言

在高速切削已經(jīng)成為提高加工效率的主要方法的今天，航空、汽車零部件、模具等領域的切削加工已廣泛采用高速切削以提高加工效率。由于機床開始使用高速電主軸，機床轉速在10 000～60 000 r/min切削加工時會使切削刀具產(chǎn)生高壓氣幕及離心力，在這種情況下使用傳統(tǒng)的切削液大流量澆注的潤滑冷卻方法就無法達到滿意的效果。采用一種既能有效潤滑又能良好冷卻的方法是關鍵，如：干式切削、液氮冷卻、微量潤滑、低溫冷風等。

MQL（Minimum Quantity Lubrication，微量潤滑）是壓縮空氣將極微量的潤滑油霧化形成微米級油滴噴射到切削區(qū)域的潤滑方法。能夠減小切削刀具與切屑及工件之間的摩擦，抑制切削熱，防止積削瘤產(chǎn)生及延長切削刀具的使用壽命，提高加工表面質量，這樣的潤滑方式適用于鉆、銑、車、鋸等多種加工過程。圖1為內(nèi)冷微量潤滑原理圖.

MQL技術具有干式切削和濕式切削共同的優(yōu)點。MQL能將潤油的用量降至極微量的程度，節(jié)省潤滑油的投入成本，所使用的自然降解的潤滑油不會對環(huán)境和操作人員造成傷害。與干式切削對比大大改善了潤滑和冷卻的效果，大幅降低了切削刀具的磨損，延長了工具的使用壽命。圖2為工作狀態(tài)下的油霧輸出。

圖1 內(nèi)冷微量潤滑原理

圖2 工作狀態(tài)下的油霧輸出

MQL有外噴型和內(nèi)冷型，外噴型無需對機床進行改進就直接使用，潤滑油和壓縮空氣由潤滑裝置輸送至噴嘴混合再噴射至切削區(qū)域。優(yōu)點是產(chǎn)品簡單經(jīng)濟，投入成本較低，操作環(huán)境清潔，排放極低（圖3顯示微量潤滑條件下的排放情況）。潤滑效果理想，尤其對車削、銑削、鉆孔加工的改進設備合適。缺點是當工件尺寸結構變化較大時，噴嘴的位置需要調整。內(nèi)冷型潤滑是在機床內(nèi)部輸送微量潤滑油霧，經(jīng)過切削刀具內(nèi)部通道直達切削區(qū)域參與潤滑冷卻。優(yōu)點是油霧顆粒小，油量消耗更低，因為通過內(nèi)冷通道輸送，能更高效的將潤滑油霧輸送至切削點。

圖3 微量潤滑條件下的排放情況

2 微量潤滑案例

圖4為內(nèi)冷微量潤滑設備。深孔加工是應用內(nèi)冷微量潤滑的典型加工案例，由于深孔加工的特點，采用干式切削在實際生產(chǎn)中一般很難實現(xiàn)。因為深孔鉆削與普通的車削、銑削加工有所不同，它是在封閉環(huán)境下進行的，單位時間產(chǎn)生的切削熱量相對較大，排屑通道長，切屑和切削熱排出困難。因此，分析深孔加工中影響鉆頭耐用度的因素是深孔微量潤滑能否良好應用的關鍵。

（1）工件材料的性能。準干式鉆孔對工件材料的差異性變化較為敏感。如鑄件毛坯，在鉆頭遇到孔洞、夾雜和硬度變化時，會產(chǎn)生額外的應力和變形。因此，確保供應商提供的鑄件質量和鋁合金內(nèi)部的一致，是優(yōu)化鉆頭高效加工的基礎。材料性能不一樣會影響切削刀具的耐用度。

圖4 內(nèi)冷微量潤滑設備

（2）鉆頭的制造誤差。正確的鉆尖形狀和切削刀具材料的最佳物理性能對鉆頭的切削性能有很大影響。

（3）鉆頭橫刃良好修磨及增加后刀面油霧槽能顯著提高生產(chǎn)率，使用效果最佳。

（4）鉆頭尾端面與鉆夾套的密封與配合，防止出現(xiàn)階梯臺階，將微米級的油霧形成積油，導致油霧無法到達鉆頭切削刃口處。

（5）鉆尖的偏移。鉆頭裝夾后的跳動度或主軸的跳動，導致鉆尖微量的偏移。在加工前如果偏移量足夠大則會造成孔位偏移。降低了鉆頭的使用壽命。為避免孔位偏移，通常是用導向孔和測量保證鉆頭跳動，鉆頭的使用壽命會增加。

（6）壓縮空氣的影響。鉆孔時油霧壓力的提升對鉆尖獲得良好的潤滑有正面效果。

（7）切削刀具涂層。準干式加工時采用有涂層的鉆頭是獲得高生產(chǎn)率最有效的手段。相比之下，無涂層鉆頭壽命較短。較好的涂層是物理涂層，類金剛石涂層只用于鉆尖、切削刀具前面，而不是整體涂層。采用局部PVD（Physical Vapor Deposition，物理氣相沉積）金剛石涂層的鉆頭性能優(yōu)異，在鑄件及鋁合金材料時，鉆頭的損壞多數(shù)是由于非正常磨損加劇導致。

3 結束語

要充分發(fā)揮MQL的優(yōu)勢，降低運營成本，改善環(huán)境和獲得良好的切削加工性能的有效統(tǒng)一，就需要對切削加工的工藝、切削刀具及涂層、工件材料及MQL系統(tǒng)參數(shù)要點（油霧生成效果、噴嘴設置位置及距離、潤滑油特性、壓力空氣壓力及質量）這些都是影響MQL在切削加工中發(fā)揮效果的因素，因此要引起重視，才能將MQL技術更好的應用于切削加工領域。