介绍

使用较少有害切削液的必要性促使许多研究人员研究了微量润滑(MQL)的使用)。Chalmers（1999）报告说，美国每年使用的金属加工液超过1亿加仑，有120万雇员接触到这些液体，并可能对健康造成危害。美国职业安全和健康管理局(Aronson，1995年)和美国国家职业安全和健康研究所(NIOS H)报告说，金属工作液气溶胶浓度允许接触水平分别为5毫克/m³和0.5毫克/m³（美国卫生和人类服务部，1998年）。然而，随着洪水冷却剂使用常规润滑，美国汽车零部件制造设施的油雾水平估计为20-90毫克/m³(Bennett和Bennett，1985年)。接触这种数量的金属工作液可能会导致不良的健康影响和安全问题，包括毒性、皮炎、呼吸道疾病和癌症。维持洪水冷却剂系统的机械基础设施如此复杂，阻碍了设备的快速重新配置。在传统的洪水冷却剂应用中，产生的切屑是湿的。它们必须在回收前干燥，这会带来额外的成本。另一方面，微量润滑(MQL)产生的基本上是干屑，因此降低了干屑的成本(FilipovicandStephenson，2006)。如果采用微量润滑，切削液的节省和相关成本可能会很大。

微量润滑

MQL，又称“微量润滑”(Ma Clure，Adams，Guggerand Gressel，2007)和“准干式加工”(Klockeand Eisenblatter，1997)，是将金属切削液输送到刀具/工作界面的最新技术。使用这种技术，只要适当地选择和应用一点流体，就能在工具的有效性能方面产生很大的差异。在使用洪水冷却剂的常规操作中，切削液的选择主要是基于其对切削性能的贡献。然而，在MQL中，次要特征是重要的。包括其安全性能，（环境污染和人类接触），生物降解性，氧化性和储存稳定性。

这一点很重要，因为润滑剂必须与环境兼容，并能抵抗低消耗造成的长期使用(Wakabayashi，InasakiandSuda，2006年)。在MQL中，润滑是通过润滑剂获得的，而最小的冷却作用是通过到达工具/工作界面的加压空气来实现的。此外，MQL还会引起热冲击，并有助于在高刀具压力的情况下提高工件表面完整性(Attanasio，Gelfi，GiardiniandRemino，2006年)。

MQL系统的类型

有两种基本类型的MQL交付系统：外部喷雾和通过工具。外部喷雾系统由冷却液罐或储油罐组成，冷却液罐或储油罐与装有一个或多个喷嘴的管子连接。该系统可以在机器附近或机器上组装，并具有独立可调的空气和冷却剂流量，以平衡冷却剂的输送。它便宜，便携，适合几乎所有的加工操作。通过工具MQL系统有两种配置：基于创建气油雾的方法。首先是外部混合或单通道系统。在这里，油和空气在外部混合，并通过主轴和工具管道到切割区。

这种系统的优点是简单和低成本；它们适合通过工具冷却剂能力改造到现有的高压机器。它们易于使用；主轴内没有关键部件。缺点是油雾在前往喷嘴的旅行过程中受到分散和分离。为了尽量减少油滴，使用了一层相对较细的颗粒雾，这往往限制了可提供给切削区的润滑量，从而影响切削过程的性能。第二种配置是内部混合或两个通道系统。最常见的是在两个通道系统中，两个平行管通过主轴将油和空气带到靠近产生雾的刀架的外部混合装置。这种方法需要一个特别设计的主轴。这种系统具有较少的分散和辍学，并且可以提供比外部混合装置更大的液滴尺寸的雾。他们也有较少的滞后时间，当改变工具之间的削减或石油交付率在削减。然而，这些系统更难维护；关键部件位于主轴内(FilipovicandStephenson，2006年)。

MQL选择研究

MQL应用于钻、铣、车操作

2007年5月，Tech Solve根据洪水冷却和MQL的比较发表了一篇文章(Ma Clure、Adams、Gugger和Gressel，2007年)。所用润滑剂为实验植物油基溶解油（10%）。洪水和雾条件下的流量分别为1.7gpm和0.0029gpm。进行了钻铣作业实验。钻孔作业采用AISI4340钢(32-34HRC)。速度、进料率和切割深度分别为55SFPM、0.007IPR和0.006英寸。使用的钻头是0.5英寸氧化物涂层HSS，有135个°分裂点。使用洪水冷却剂钻了60个孔，使用MQL钻了61个孔。分析表明，MQL与洪水冷却在刀具寿命（达到寿命结束标准的孔数）上无显着性差异。洪水和MQL冷却的平均推力分别为570磅和447磅。

铣削作业采用AISI4140钢(24-26RC)。速度、进料率和切割深度分别为400S FPM、0.005IPR和0.5英寸。刀具插入件为SM-30级未涂覆碳化物。分析表明，洪水冷却和MQL冷却之间的刀具寿命差异很小。为洪水试验碾磨了66个孔，为MQL试验碾磨了80个孔。观察到的平均合力为洪水46磅，MQL冷却36磅(MaClure，Adams，Gugger和Gressel，2007年)。严等人（2009）研究了MQL的切削性能，并将其与硬质合金刀具在铣削高强度钢中的干湿切削进行了比较。结果表明，与干湿切削相比，MQL降低了刀具磨损和表面粗糙度。类似地，Sharif等人（2009年）评估了植物油作为替代切削润滑剂的性能，当使用TiAlN涂层硬质合金工具端面铣削不锈钢时。结果表明，当刀具寿命和表面粗糙度为响应变量时，使用MQL的植物油优于干切削和洪水冷却。Sanz等人。（2008年）报告了镁和镁基混合零件生态加工的进展情况。Itoigawa、Childs、Nakamura和Belluco（2006年)进行了一项关于数控车床上铝合金间歇转动的研究）。有两个测试条件。第一种切削速度为200m/min，进给率为0.05mm/rev，轴向行程长度为3mm。

第二种条件的切削速度为800m/min，进给率为0.2mm/rev，轴向行程长度为10mm。在这两种情况下，MQL供油率固定在30ml/h，空气流量固定在70l/min。对于带有水滴的MQL，以3000毫升/小时的速度使用自来水。以菜籽油和合成酯类（单羧酸与多元醇）为润滑剂。在相同的条件下，采用乳化液型冷却剂和干法加工进行了切削试验。使用了两种工具：一种为0°耙角的烧结金刚石工具和一种为5°耙角的K10级硬质合金工具。菜籽油的MQL在轻载加工条件下具有较小的润滑效果。用油菜籽在刀具表面开发的边界膜不够强，无法承受低摩擦，避免芯片焊接。结果表明，MQL具有水滴，特别是水滴上的油膜，如果使用合适的润滑剂，如合成酯，则具有良好的润滑性能。当MQL与合成酯，但没有水，它显示出润滑作用。然而，工具损坏明显如晶片焊接(Itoigawa、Childs、Nakamura和Belluco，2006年)

使用涂覆和未涂覆的HSS和钴HSS钻头的MQL性能，在高宽比操作中，由Heinemann、Hinduja、Barrow和Petuelli（2006)进行了测试）。工件材料为AISI1045。工件安装在测量推力和扭矩的两个部件测功机上。测试的麻花钻直径为1.5毫米，包括130°的角度。采用未涂覆的HSS、未涂覆的钴HSS和各种涂层的钴HSS。切削速度为26m/min，进给率为0.26mm/rev。进行了三系列试验。第一系列试验中的MQL供应一旦钻头达到5毫米的深度就停止了。在第二系列试验中，使用了另外两种润滑剂；一种化学成分与第一系列中使用但不含酒精的润滑剂相同，另一种由含水量为40%的无油合成润滑剂组成%。在第三个试验系列中，钻井是在干燥条件下进行的。

在第一系列试验中，观察到MQL供应的中断导致未涂覆的钴HSS钻头的刀具寿命急剧下降98。在TiN-和TiAlN涂层麻花钻的情况下，刀具寿命也下降了，但分别下降了42%和27。第二系列试验是用三种不同类型的MQL进行的，使润滑剂以18毫升/小时的速度连续供应。所有测试都是用未涂覆的HSS钻头进行的。无酒精润滑剂使刀具寿命比酒精混合润滑剂提高23。当使用无油合成润滑剂加上40%的水时，刀具寿命增加了100%。在刀具寿命方面，连续的MQL供应是有益的，而中断MQL供应会导致刀具寿命的大幅下降，特别是在热敏钻的情况下。关于MQL润滑剂的类型，具有高冷却能力的低粘性类型导致刀具寿命显著延长(Heinemann、Hinduja、Barrow和Petuelli，2006年)。

MQL润滑油特性

润滑油在MQL中的浓度在0.2到500毫升/小时之间变化，并且不会通过冷却剂输送系统重新循环。由于MQL要求非常好的润滑性能，所以使用植物油或合成复活节油代替矿物油。气压约为5巴(FilipovicandStephenson，2006)。MQL是消耗润滑，即所应用的润滑大部分在应用时被蒸发。这种蒸发，配合压缩空气流，冷却工件。剩余的热量通过工具和切屑消散(www.schunk-usa.com，“月主题”，2007年)。在理想调整的MQL系统中，切屑、工件和刀具几乎保持干燥。Wakabayashi，Inasakiand Suda（2006）介绍了合成多元醇酯，并将其描述为MQL流体。这些代表了一种潜在的替代蔬菜基MQL油，特别是在其最佳的二次性能特性方面。所有植物油均表现出较高的生物降解性。然而，合成酯类根据其酸和醇的组合分子结构提供了广泛的生物降解性。这一特性，结合其合适的粘度，促使Wakabayashi等人，确定这些润滑剂，以供进一步检查。

比较了多元醇酯与植物油的物理性能和生物降解性。对聚乙二醇酯油的粘度、总酸数、倾点和生物降解性分别为19.1mm2/s、0.02mgKOH/g、45˚C和100。植物油的这些特性分别为35.6mm2/s、0.04mgKOH/g、20˚C和98。比较了多元醇酯油和植物油的分子量。油膜分子量增加10%以上%。植物油分子量增加65%。相反，多元醇酯的分子量没有显著变化。大多数植物油由许多酯类化合物组成，主要来源于甘油和脂肪酸的组合。

植物油通常在室温下是液体，因为它们是不饱和键。不幸的是，不饱和键在化学上是不稳定的，可能导致植物油的分子量增加。使用GPC分析对这种行为进行了详细的调查。结果表明，植物油中的一些分子已转变为分子量较高的化合物。紫外光谱分析结果表明，不饱和双键的变化具有选择性。这一结果支持了植物油分子不饱和键结构是其易被氧化聚合降解的主要原因的假设。本研究中选择的作为生物可降解润滑剂的多元醇酯是由特定的多元醇而不是甘油合成的。它们的分子可以大大提高氧化稳定性；它们不含不饱和键。无论如何，它们在室温下是液态的。与植物油相比，从保持清洁工作环境的角度来看，所研究的合成多元醇酯是MQL加工的最佳润滑剂。

研究的另一个次要特征涉及多元醇酯和植物油的长期储存潜力。润滑油容器常存放在室外，容器内的温度可升高至70˚C。由于MQL系统消耗的润滑剂很少，所以在这种条件下，润滑剂必须保持稳定。为了模拟这种储存情况，在70˚C下进行了4周的氧化试验。测定粘度和总酸数(TAN)的变化。多元醇酯油和植物油在贮存稳定性试验后粘度变化分别为0.01%和1.5%，总酸数(TAN)变化分别为0.01%和0.18。多元醇酯的粘度和TAN值基本保持不变，而植物油的粘度和TAN值则显著提高。这些结果证实了合成酯分子结构对氧化降解的稳定性，从而促进了它们在储存中的稳定性(Wakabayashi，InasakiandSuda，2006年)。

总结和结论

正在进行的研究结果表明：

与洪水冷却相比，MQL并未产生更多的雾。 机床本身雾收集或过滤设备足以管理由此产生的细雾。 微量润滑机械加工对操作人员和环境都是安全的，特别是如果使用专用的微量润滑剂。

另一方面，MQL中的润滑和冷却过程尚未得到很好的理解。同样，雾颗粒的产生过程及其物理特性还有待确定，其与整个加工过程和加工条件的关系还有待研究。