摘要
微量潤滑(MQL)加工包括在加工過程中應(yīng)用少量的油基潤滑劑，試圖取代傳統(tǒng)的洪水冷卻劑系統(tǒng)。使用大量的切削液會影響環(huán)境，增加制造成本，并可能導(dǎo)致地面污染、能源消耗過剩、對濕式切屑處理的需要以及潛在的健康和安全問題。本文對先進的MQL方法進行了簡要分類，并介紹了利用MQL加工一種鋁青銅時的切割力、切屑形狀和分割頻率的測量結(jié)果。采用水對油系統(tǒng)作為冷卻和潤滑的介質(zhì)。
介紹
在機械加工過程中，金屬工作流體可能通過改變接觸溫度、法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力及其沿界面的分布、刀具磨損的類型和/或機制、機械加工表面完整性和機械加工殘余應(yīng)力等，顯著影響這些界面的摩擦學(xué)條件。[1,2,5].此外，冷卻劑和潤滑劑的使用也顯著地影響了芯片的形狀和頻率分割，[1]，[3]。另一方面，根據(jù)圖1所示的制造統(tǒng)計數(shù)據(jù)，冷卻劑的獲取、維護和處理的總成本占總生產(chǎn)成本的8%-20%（約15%），具體取決于工件、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)地點[4]。相比之下，工具成本在個位數(shù)以內(nèi)（通常約為4%）。成本，以及健康和環(huán)境問題，要求制造企業(yè)大幅減少冷卻劑的消耗，并在可能的情況下完全消除它。因此，這些趨勢往往在經(jīng)濟上和環(huán)境加工的最終概念，稱為干式加工和微量潤滑（MQL）加工或近干式加工。
圖1。濕式加工[2]的制造成本分配
有幾種主要方法可以減少金屬工作液對生態(tài)、經(jīng)濟和健康的影響：
2.先進的微量潤滑（mql）加工
微量潤滑(MQL)加工被開發(fā)出來作為洪水和內(nèi)部高壓冷卻劑供應(yīng)的替代品，以減少金屬工作液的消耗。這種技術(shù)也被稱為近干加工(NDM)，為加工區(qū)域提供非常少量的潤滑劑。在微量潤滑（MQL）加工中，冷卻介質(zhì)以空氣和氣霧劑的形式（通常稱為霧）的油的混合物提供。氣溶膠是一種氣態(tài)懸浮液（懸?。┰诠腆w或液體顆粒的空氣中。在文獻和實踐中，沒有公認(rèn)的微量潤滑（MQL）加工分類，所以一個實際的工程師或工廠經(jīng)理很難對微量潤滑（MQL）加工的制度和所需的設(shè)備做出適當(dāng)?shù)倪x擇。
微量潤滑（MQL）分類的第一級包括將氣溶膠供應(yīng)到加工區(qū)的方式：a)微量潤滑（MQL）與外部油氣供應(yīng)（潤滑劑由放置在機床中的外部噴嘴供應(yīng)，類似于供應(yīng)洪水金屬工作液的噴嘴），以及b）微量潤滑（MQL）與內(nèi)部（通工具）氣溶膠供應(yīng)（氣溶膠通過類似于內(nèi)部金屬工作液供應(yīng)的高壓方法的工具供應(yīng)）。
微量潤滑（MQL）分類的第二級包括氣溶膠成分。一般來說，關(guān)于這種分類，有兩種微量潤滑（MQL）。第一種表示氣溶膠為空氣-潤滑劑的混合物。根據(jù)微量潤滑（MQL）系統(tǒng)的設(shè)計、加工操作的性質(zhì)、工作材料和許多其他因素，選擇該混合物中的潤滑劑排放在30-600ml/h范圍內(nèi)。第二種文件微量潤滑（MQL）系統(tǒng)使用的氣溶膠不僅包括油，還包括一些其他變化。例如微量潤滑（MQL）系統(tǒng)包含低溫壓縮空氣進行微量冷卻潤滑加工(MQCL加工)。
油基切削液概念的微量潤滑（MQL）如圖2所示，顯示了水滴上的理想油向熱表面移動。當(dāng)液滴到達工具或熱工件表面時，潤滑油在水?dāng)U散之前在表面擴散。水滴需要完成三個任務(wù)：攜帶潤滑劑，由于慣性而將潤滑劑有效地擴散到表面，以及由于其高比熱和蒸發(fā)而冷卻表面。為了使這一概念實用，即在水滴上產(chǎn)生油，需要一個專門設(shè)計的排放噴嘴。實驗研究的結(jié)果將在本文的以下部分中介紹，具體與該MQL系統(tǒng)的使用有關(guān)。
圖2。油基切削液微量潤滑（MQL）加工的概念
3.實驗工作
本文介紹的實驗是在澤尼卡大學(xué)機械工程學(xué)院金屬切割和機床實驗室和卡佩塔諾維奇大學(xué)金相實驗室進行的。機加工試驗是在車床上進行的。工件材料是一種鋁青銅標(biāo)簽Cu85.5Al10Fe2.5Mn2，硬度為150HB。加工試驗通過兩種方式進行：不使用金屬工作流體，以及使用先進的MQL加工（水滴上的油）。轉(zhuǎn)彎條件為：切割速度v=130mpmin，切割深度d=1.5mm，進料f=0.16mm=。切割工具為無涂層的硬質(zhì)合金K10，具有標(biāo)準(zhǔn)的切割幾何形狀。實驗設(shè)置如圖3所示。微量潤滑（MQL）加工條件如下：油量500mph，水量500lph，壓縮空氣壓力p=2bar。使用植物(可生物降解）菜籽油。通過使用適當(dāng)?shù)臏y量設(shè)備（測力機基斯特勒5070），測量切削力，并分析切屑形狀、分割頻率和顯微硬度。
圖3。實驗裝置
4.對結(jié)果和結(jié)論的分析
實驗結(jié)果如圖4、圖5所示。在加工過程中，測量了切割力的Fx、Fy和Fz的零部件（圖4.a和圖5.a）。采用金相法觀察芯片，并測量芯片的維氏顯微硬度（圖4.b和圖5.b）。
圖4。切削力測量結(jié)果和芯片形狀探測（不使用金屬加工流體進行加工）
圖5。切削力測量結(jié)果和芯片形狀探測（微量潤滑（MQL）加工）
根據(jù)研究結(jié)果（見圖4、圖5），可以得出以下結(jié)論：
不使用金屬加工流體(0.6mm)加工時的芯片平均厚度大于微量潤滑（MQL）加工時的平均厚度(0.4mm)。這可以解釋為在微量潤滑（MQL）加工中芯片和刀具之間的摩擦力降低。
對于微量潤滑（MQL）加工，減少16%的切割力實際上意味著更少的功耗，這在節(jié)能（可持續(xù)性）方面是非常重要的。
在不使用金屬加工流體的加工中，芯片的段是隨機發(fā)生的，不依賴于加工參數(shù)，而微量潤滑（MQL）加工中芯片的段是均勻的，幾何參數(shù)相同，段之間有清晰的剪切線。
切屑的頻率分割幾乎相同：在不使用金屬加工流體的加工中為333Hz，在微量潤滑（MQL）加工中為300Hz。
在微量潤滑（MQL）加工過程中發(fā)生的應(yīng)變硬化程度較小(比較：HV=285和HV=235)。
由此可見，微量潤滑（MQL）加工獲得較小的切削力、較少的應(yīng)變硬化和切屑形成工藝是有利的。