理解MQL

我们都习惯于在散热器里注入冷却剂以使汽车保持凉爽。同样的预处理也应用于制造业，冷却剂通常用于处理机床、刀具和工件的热稳定性，也用于去除切屑。但是，冷却剂对于每一个机械加工过程是否也像对于汽车一样重要呢?

冷却剂的成本大约是机械加工过程生命周期运行成本的15%。这一成本还在继续上升。它包括与EPA的采购、过滤、分离、处理和记录保存相关的成本。冷却剂的处理成本已经高于冷却剂的初始成本，而且还在上升。在冷却剂的使用、处置和工人保护方面，正在考虑更严格的规定。由于所有这些，冷却剂在湿加工操作是一个关键的经济问题。另一种选择是使用“最低数量润滑剂”(MQL)加工，作为一种节省成本和环境友好的选择，取代了一些湿法加工工艺，正在获得认可。

MQL允许大幅削减冷却剂成本，同时保护工人和环境。它还提高了刀具寿命和表面光洁度，尽管刀具寿命往往是湿法加工应用的原因。MQL能够提供更好的使用寿命有两个原因:(1)在给定的操作中可以指定最佳的润滑浓度;(2)消除了切削液中悬浮的硅颗粒污染。

MQL加工工艺可适用于铸铁和铝。挑战包括精确控制润滑油混合系统，保持热稳定性，选择合适的切削工具和去除碎屑。

控制的润滑剂

控制润滑剂的用量是很重要的，因为不同的工艺需要不同的润滑量。例如，铣削是一种表面操作，它需要最少的润滑量。深孔钻井是一种不同的作业，需要不同程度的润滑。然而，由于表面压力高，攻丝和螺纹切割操作需要第三级润滑。

MQL混合系统的目标是提供精确数量的气溶胶。也就是说，气溶胶颗粒的直径保持在一个精确的公差，以保持最佳的润湿和润滑性能。在为MQL设计的机器中，润滑可以使用部件程序中的一个参数来控制，该参数可以改变气溶胶的数量和持续时间。由于油和空气的分离是在高速下进行的，所以早期尝试以这种方式应用油和空气的混合物失败了。然而，新系统已被证明在保持润滑方面与湿法作业一样有效。一个例子是Cross Hüller的“Specht Duo”，这是一款两主轴数控生产模块，可用于湿式或MQL作业，具有精确的定量系统。加药系统集成到电主轴外壳中。

数控程序控制加药阀，提供精确的润滑剂数量。润滑剂与空气混合，形成所需的空气/油气溶胶混合物。然后通过工具中的管道将其送入切削刃。由于气溶胶产生点与切削表面之间的距离很短，可以实现并保持给定加工过程和刀具的最佳冷却和润滑条件。当主轴从一个加工孔的位置移动到另一个加工孔时，气溶胶被关闭。这消除了工件和机器表面的油渍，最大限度地减少了操作员干预清洗机器的需要。由于采用MQL系统生产的芯片基本上保持干燥状态，因此无需费时和昂贵的冷却剂回收操作。

硅污染

除了能够控制润滑性，MQL还通过消除悬浮在冷却剂中的研磨性硅颗粒来提高工具寿命和表面光洁度。铝工件含有大约13%的硅，这降低了工具寿命，导致表面光洁度差。细铝/硅颗粒可以悬浮在湿加工冷却液中。虽然过滤系统会清除40微米的颗粒，但小于40微米的颗粒会通过系统，与冷却剂一起循环使用。

热稳定性与微量ql

当采用MQL时，保持热稳定性和零件公差的策略包括最小化引入的热量和补偿热增长。

改变加工操作的顺序可以将引入的热量的影响降到最低。在湿加工操作中，零件通常先粗加工，然后精加工。凹穴和腔体的粗加工以及螺纹和攻丝操作都是在加工初期完成的，然后再进行精加工。但在MQL加工中，粗加工降低到对零件损坏至关重要的程度。这零件在加热前已经过精加工。通常，轴承孔和销钉孔与紧的位置公差将完成相对较早的过程。然后进行其他不受热侵影响的作业，如钻孔和攻丝，在此完井后进行。

一个相关的MQL策略是隔离传入部件，直到它们的温度稳定。一个加工过程涉及铝轮关节提供了一个例子。在这个过程中，零件直接从邻近的铸造厂接收。温度探头测量输入部件的温度。如果温度过高，部件将被隔离在一个队列中，直到它们冷却到可以进行加工为止。一旦关节达到所需的温度，它们就被装载到机床上使用机器人进行切割操作。

如果库存太小，无法隔离部件，另一种选择是为特定部件开发专有的温度补偿算法。由于复杂部件在受热时可能不会均匀膨胀，因此需要一种局部特定算法。在一个例子中，气缸盖被人为加热以确定它将如何膨胀。从这个实验中开发了一个查找表，并包含在零件程序中。利用探头测得的温度，对特征加工位置进行自动补偿。

切割工具

对阀座和导轨进行铣削、钻孔、攻丝、精凸轮镗孔和精加工的MQL工序都需要在刀具中安装润滑管道。该管道允许由零件程序指定的气溶胶润滑剂剂量到达工具的切割边缘。

当气溶胶被泵入工具的管道时，通道直径的任何突然变化，或任何盲点，都将抑制自由流动的能力。气溶胶会重新归类为一个更大的油滴，并且气溶胶的润滑性将会丧失。

因此，在MQL加工中使用的刀具必须包括一个过渡，以支持MQL从主轴到刀具的流动。管道的路线(它的分支和它的方向变化)需要促进流动条件，而管道出口的位置确保润滑剂到达工具的切割边缘。

芯片处理

有多种技术可以在不使用冷却剂的情况下有效地去除芯片。例如，不锈钢切屑棚具有陡峭的角度，消除了切屑巢;真空系统可回收细雾和粉尘;芯片输送机可以将芯片从机器中撤离。机器的污染是通过使用响应式混合系统来控制的。这样可以避免需要人工干预来清理粘附在机器壁上的碎屑。

实现MQL

从加工中去除冷却剂存在与热、刀具寿命和切屑去除相关的挑战，但某些系统和策略可以解决这些挑战。没有冷却剂的散热需要不同的方法来处理零件。还需要使用润滑管道(以及高性能涂层和耐热材料)的特殊工具。芯片疏散系统也必须使用。

此外，MQL的优化实现需要合适的机床设计。这样的机器可以允许相同的进给速度和速度使用在湿加工过程。工具寿命与湿法加工相同。只要精确控制油的混合和分散，零件的质量就和湿法加工一样好，甚至更好。最后，微量切削为传统的湿法加工提供了一种经济、生态的合理选择。

关于作者:罗恩·奎尔是Cross Hüller North America (Sterling Heights, Michigan)的副总裁。