摘要
微量潤滑(MQL)加工包括在加工過程中應用少量的油基潤滑劑，試圖取代傳統的洪水冷卻劑系統。使用大量的切削液會影響環境，增加制造成本，并可能導致地面污染、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果。采用水對油系統作為冷卻和潤滑的介質。
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、法向應力和剪切應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力等，顯著影響這些界面的摩擦學條件。[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，根據圖1所示的制造統計數據，冷卻劑的獲取、維護和處理的總成本占總生產成本的8%-20%（約15%），具體取決于工件、生產結構和生產地點[4]。相比之下，工具成本在個位數以內（通常約為4%）。成本，以及健康和環境問題，要求制造企業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，這些趨勢往往在經濟上和環境加工的最終概念，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、經濟和健康的影響：
2.先進的微量潤滑（mql）加工
微量潤滑(MQL)加工被開發出來作為洪水和內部高壓冷卻劑供應的替代品，以減少金屬工作液的消耗。這種技術也被稱為近干加工(NDM)，為加工區域提供非常少量的潤滑劑。在微量潤滑（MQL）加工中，冷卻介質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，沒有公認的微量潤滑（MQL）加工分類，所以一個實際的工程師或工廠經理很難對微量潤滑（MQL）加工的制度和所需的設備做出適當的選擇。
微量潤滑（MQL）分類的第一級包括將氣溶膠供應到加工區的方式：a)微量潤滑（MQL）與外部油氣供應（潤滑劑由放置在機床中的外部噴嘴供應，類似于供應洪水金屬工作液的噴嘴），以及b）微量潤滑（MQL）與內部（通工具）氣溶膠供應（氣溶膠通過類似于內部金屬工作液供應的高壓方法的工具供應）。
微量潤滑（MQL）分類的第二級包括氣溶膠成分。一般來說，關于這種分類，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。根據微量潤滑（MQL）系統的設計、加工操作的性質、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。第二種文件微量潤滑（MQL）系統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。當液滴到達工具或熱工件表面時，潤滑油在水擴散之前在表面擴散。水滴需要完成三個任務：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而冷卻表面。為了使這一概念實用，即在水滴上產生油，需要一個專門設計的排放噴嘴。實驗研究的結果將在本文的以下部分中介紹，具體與該MQL系統的使用有關。
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機械工程學院金屬切割和機床實驗室和卡佩塔諾維奇大學金相實驗室進行的。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合金K10，具有標準的切割幾何形狀。實驗設置如圖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。通過使用適當的測量設備（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.對結果和結論的分析
實驗結果如圖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。切削力測量結果和芯片形狀探測（微量潤滑（MQL）加工）
根據研究結果（見圖4、圖5），可以得出以下結論：
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，這在節能（可持續性）方面是非常重要的。
在不使用金屬加工流體的加工中，芯片的段是隨機發生的，不依賴于加工參數，而微量潤滑（MQL）加工中芯片的段是均勻的，幾何參數相同，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）加工過程中發生的應變硬化程度較小(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、較少的應變硬化和切屑形成工藝是有利的。