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难切削材料最绿色的加工技术(一)

切削加工中大量使用切削液引发了环境污染和危害工人健康等问题,而干式切削技术又存在诸多局限性,因此对环境污染小、对人体无害的低温微量润滑技术的研究成为机械加工领域研究的热点之一。低温微量润滑切削技术是低温冷风切削技术(Cooling AirCA)与微量润滑切削技术(Minimal/Minimum Quantity LubricationMQL) 的集成,它既融合了低温冷风切削技术与微量润滑切削技术的优势,同时又弥补了2种切削技术单独应用时的缺陷,在难加工材料的切削加工上体现出了显著的优越性。

1.微量润滑切削技术

该项技术是将压缩空气与极少量的润滑剂混合汽化后,形成毫、微米级汽雾喷向切削区,对刀具与工件和刀具与切屑的接触界面进行润滑。在减少摩擦和粘结的同时也冷却了切削区并有利于排屑,从而显著地改善了切削加工条件。微量润滑技术的优势比较明显:润滑剂以高速雾粒供给,改善了润滑剂的渗透性,提高了冷却润滑效果;MQL 所使用的润滑剂用量一般为每小时几十毫升,而浇注切削液形式的使用量为每分钟几十升;MQL技术使用的润滑剂量很少,且具有绿色环保特性,既提高了工效,又不会对环境造成污染;切削区域外的刀具、工件和切屑清洁干燥,切屑经过压缩就可以回收使用,不会增加清洗成本;MQL可以根据工况规定润滑的最佳浓度,消除了切削液中悬浮粒子污染,改善了工人的工作环境;MQL系统简单、占地小,易于安装在各种类型的机床上。

2.低温冷风切削技术

该项技术是将-100~-10℃的冷风经喷嘴送至切削区,可使切削区的温度大大降低,同时引发被加工材料的低温脆性,使切削过程变得较为容易进行,并相应改善刀具磨损状况的切削方法。低温冷风切削与传统切削相比,能够提高加工效率,改善工件表面质量,而且对环境几乎无污染。

以上2 种绿色加工技术虽然优点突出,但单独使用时也存在诸多局限性。由于单纯依靠润滑油的润滑作用,没有相应的制冷设施,微量润滑切削技术存在以下缺点:冷却性能不足,对于难加工材料切削区温度高的问题难以解决;润滑剂在高温作用下存在润滑油膜破裂、润滑失效等问题。高速切削或材料难加工时,切削区温度迅速升高,润滑剂的润滑性能下降,导致加工性能恶化。而使用低温冷风切削时,刀具与工件材料的润滑性又较差。如果将低温介质与润滑剂有效结合,充分利用冷却介质降低切削区的温度,利用润滑剂的润滑特性,减小摩擦,则可实现比大量浇注切削液更佳的冷却润滑效果。这种低温微量润滑切削技术不仅避免了对环境产生污染,而且能保持甚至提高加工质量。