摘要
微量润滑(MQL)加工包括在加工过程中应用少量的油基润滑剂，试图取代传统的洪水冷却剂系统。使用大量的切削液会影响环境，增加制造成本，并可能导致地面污染、能源消耗过剩、对湿式切屑处理的需要以及潜在的健康和安全问题。本文对先进的MQL方法进行了简要分类，并介绍了利用MQL加工一种铝青铜时的切割力、切屑形状和分割频率的测量结果。采用水对油系统作为冷却和润滑的介质。
介绍
在机械加工过程中，金属工作流体可能通过改变接触温度、法向应力和剪切应力及其沿界面的分布、刀具磨损的类型和/或机制、机械加工表面完整性和机械加工残余应力等，显著影响这些界面的摩擦学条件。[1,2,5].此外，冷却剂和润滑剂的使用也显著地影响了芯片的形状和频率分割，[1]，[3]。另一方面，根据图1所示的制造统计数据，冷却剂的获取、维护和处理的总成本占总生产成本的8%-20%（约15%），具体取决于工件、生产结构和生产地点[4]。相比之下，工具成本在个位数以内（通常约为4%）。成本，以及健康和环境问题，要求制造企业大幅减少冷却剂的消耗，并在可能的情况下完全消除它。因此，这些趋势往往在经济上和环境加工的最终概念，称为干式加工和微量润滑（MQL）加工或近干式加工。
图1。湿式加工[2]的制造成本分配
有几种主要方法可以减少金属工作液对生态、经济和健康的影响：
2.先进的微量润滑（mql）加工
微量润滑(MQL)加工被开发出来作为洪水和内部高压冷却剂供应的替代品，以减少金属工作液的消耗。这种技术也被称为近干加工(NDM)，为加工区域提供非常少量的润滑剂。在微量润滑（MQL）加工中，冷却介质以空气和气雾剂的形式（通常称为雾）的油的混合物提供。气溶胶是一种气态悬浮液（悬浮）在固体或液体颗粒的空气中。在文献和实践中，没有公认的微量润滑（MQL）加工分类，所以一个实际的工程师或工厂经理很难对微量润滑（MQL）加工的制度和所需的设备做出适当的选择。
微量润滑（MQL）分类的第一级包括将气溶胶供应到加工区的方式：a)微量润滑（MQL）与外部油气供应（润滑剂由放置在机床中的外部喷嘴供应，类似于供应洪水金属工作液的喷嘴），以及b）微量润滑（MQL）与内部（通工具）气溶胶供应（气溶胶通过类似于内部金属工作液供应的高压方法的工具供应）。
微量润滑（MQL）分类的第二级包括气溶胶成分。一般来说，关于这种分类，有两种微量润滑（MQL）。第一种表示气溶胶为空气-润滑剂的混合物。根据微量润滑（MQL）系统的设计、加工操作的性质、工作材料和许多其他因素，选择该混合物中的润滑剂排放在30-600ml/h范围内。第二种文件微量润滑（MQL）系统使用的气溶胶不仅包括油，还包括一些其他变化。例如微量润滑（MQL）系统包含低温压缩空气进行微量冷却润滑加工(MQCL加工)。
油基切削液概念的微量润滑（MQL）如图2所示，显示了水滴上的理想油向热表面移动。当液滴到达工具或热工件表面时，润滑油在水扩散之前在表面扩散。水滴需要完成三个任务：携带润滑剂，由于惯性而将润滑剂有效地扩散到表面，以及由于其高比热和蒸发而冷却表面。为了使这一概念实用，即在水滴上产生油，需要一个专门设计的排放喷嘴。实验研究的结果将在本文的以下部分中介绍，具体与该MQL系统的使用有关。
图2。油基切削液微量润滑（MQL）加工的概念
3.实验工作
本文介绍的实验是在泽尼卡大学机械工程学院金属切割和机床实验室和卡佩塔诺维奇大学金相实验室进行的。机加工试验是在车床上进行的。工件材料是一种铝青铜标签Cu85.5Al10Fe2.5Mn2，硬度为150HB。加工试验通过两种方式进行：不使用金属工作流体，以及使用先进的MQL加工（水滴上的油）。转弯条件为：切割速度v=130mpmin，切割深度d=1.5mm，进料f=0.16mm=。切割工具为无涂层的硬质合金K10，具有标准的切割几何形状。实验设置如图3所示。微量润滑（MQL）加工条件如下：油量500mph，水量500lph，压缩空气压力p=2bar。使用植物(可生物降解）菜籽油。通过使用适当的测量设备（测力机基斯特勒5070），测量切削力，并分析切屑形状、分割频率和显微硬度。
图3。实验装置
4.对结果和结论的分析
实验结果如图4、图5所示。在加工过程中，测量了切割力的Fx、Fy和Fz的零部件（图4.a和图5.a）。采用金相法观察芯片，并测量芯片的维氏显微硬度（图4.b和图5.b）。
图4。切削力测量结果和芯片形状探测（不使用金属加工流体进行加工）
图5。切削力测量结果和芯片形状探测（微量润滑（MQL）加工）
根据研究结果（见图4、图5），可以得出以下结论：
不使用金属加工流体(0.6mm)加工时的芯片平均厚度大于微量润滑（MQL）加工时的平均厚度(0.4mm)。这可以解释为在微量润滑（MQL）加工中芯片和刀具之间的摩擦力降低。
对于微量润滑（MQL）加工，减少16%的切割力实际上意味着更少的功耗，这在节能（可持续性）方面是非常重要的。
在不使用金属加工流体的加工中，芯片的段是随机发生的，不依赖于加工参数，而微量润滑（MQL）加工中芯片的段是均匀的，几何参数相同，段之间有清晰的剪切线。
切屑的频率分割几乎相同：在不使用金属加工流体的加工中为333Hz，在微量润滑（MQL）加工中为300Hz。
在微量润滑（MQL）加工过程中发生的应变硬化程度较小(比较：HV=285和HV=235)。
由此可见，微量润滑（MQL）加工获得较小的切削力、较少的应变硬化和切屑形成工艺是有利的。