微量潤滑的優(yōu)勢(shì)及深孔鉆耐用度分析

楊延冬

（北京培峰技術(shù)有限責(zé)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(lǐng)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(jī)床開始使用高速電主軸，機(jī)床轉(zhuǎn)速在10 000～60 000 r/min切削加工時(shí)會(huì)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(dá)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(guān)鍵，如：干式切削、液氮冷卻、微量潤滑、低溫冷風(fēng)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(jí)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(zhǎng)切削刀具的使用壽命，提高加工表面質(zhì)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(shù)具有干式切削和濕式切削共同的優(yōu)點(diǎn)。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(huì)對(duì)環(huán)境和操作人員造成傷害。與干式切削對(duì)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(zhǎng)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(duì)機(jī)床進(jìn)行改進(jìn)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(diǎn)是產(chǎn)品簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，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(duì)車削、銑削、鉆孔加工的改進(jìn)設(shè)備合適。缺點(diǎn)是當(dāng)工件尺寸結(jié)構(gòu)變化較大時(shí)，噴嘴的位置需要調(diào)整。內(nèi)冷型潤滑是在機(jī)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(dá)切削區(qū)域參與潤滑冷卻。優(yōu)點(diǎn)是油霧顆粒小，油量消耗更低，因?yàn)橥ㄟ^內(nèi)冷通道輸送，能更高效的將潤滑油霧輸送至切削點(diǎn)。

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(shè)備。深孔加工是應(yīng)用內(nèi)冷微量潤滑的典型加工案例，由于深孔加工的特點(diǎn)，采用干式切削在實(shí)際生產(chǎn)中一般很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樯羁足@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(jìn)行的，單位時(shí)間產(chǎn)生的切削熱量相對(duì)較大，排屑通道長(zhǎng)，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(yīng)用的關(guān)鍵。

（1）工件材料的性能。準(zhǔn)干式鉆孔對(duì)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(shí)，會(huì)產(chǎn)生額外的應(yīng)力和變形。因此，確保供應(yīng)商提供的鑄件質(zhì)量和鋁合金內(nèi)部的一致，是優(yōu)化鉆頭高效加工的基礎(chǔ)。材料性能不一樣會(huì)影響切削刀具的耐用度。

圖4 內(nèi)冷微量潤滑設(shè)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(duì)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(tái)階，將微米級(jí)的油霧形成積油，導(dǎo)致油霧無法到達(dá)鉆頭切削刃口處。

（5）鉆尖的偏移。鉆頭裝夾后的跳動(dòng)度或主軸的跳動(dòng)，導(dǎo)致鉆尖微量的偏移。在加工前如果偏移量足夠大則會(huì)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(dǎo)向孔和測(cè)量保證鉆頭跳動(dòng)，鉆頭的使用壽命會(huì)增加。

（6）壓縮空氣的影響。鉆孔時(shí)油霧壓力的提升對(duì)鉆尖獲得良好的潤滑有正面效果。

（7）切削刀具涂層。準(zhǔn)干式加工時(shí)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(shí)，鉆頭的損壞多數(shù)是由于非正常磨損加劇導(dǎo)致。

3 結(jié)束語

要充分發(fā)揮MQL的優(yōu)勢(shì)，降低運(yùn)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(duì)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(diǎn)（油霧生成效果、噴嘴設(shè)置位置及距離、潤滑油特性、壓力空氣壓力及質(zhì)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(shù)更好的應(yīng)用于切削加工領(lǐng)域。