我們一直都通過在散熱器中填充冷卻液而保持轎車?yán)鋮s。在制造業(yè)中也適合實(shí)施同樣的預(yù)處理，其中經(jīng)常采用冷卻液來解決機(jī)床、刀具和工件熱穩(wěn)定性問題，同時(shí)還用它來排屑。但是冷卻液是否對(duì)每個(gè)加工過程都一樣是必須的？

在一個(gè)加工過程的壽命周期操作成本中，冷卻液成本大約占15%。這種成本不斷上升。它包括與采購(gòu)、過濾、分離、處置以及EPA（美國(guó)*）記錄保存等有關(guān)的成本。冷卻液處置的成本已經(jīng)高出其初始成本，并且這種成本還在繼續(xù)上升。對(duì)于冷卻液的使用、處置和勞動(dòng)保護(hù)，人們正在醞釀甚至更加嚴(yán)格的法規(guī)。因此，濕式加工中的冷卻液是一個(gè)嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)問題。一種可選項(xiàng)，即采用“zui少量潤(rùn)滑劑”加工，或稱MQL，正作為一種節(jié)省成本和符合環(huán)保要求的選項(xiàng)而替代某些濕加工過程。

MQL可以大大降低冷卻液成本，同時(shí)保護(hù)工人和環(huán)境。它還可以改善刀具壽命和表面粗糙度 — 盡管刀具壽命通常是應(yīng)用濕加工方式所考慮的原因。MQL可以保證更好的壽命，原因有二:（1）對(duì)于給定操作可以規(guī)定潤(rùn)滑的*濃度，（2）消除切削液中懸浮的硅粒子污染。

MQL加工過程適合鑄鐵，也適合鋁加工。存在的挑戰(zhàn)（所有都在下面介紹）包括精密控制潤(rùn)滑劑混合系統(tǒng)、維持熱穩(wěn)定性、選擇合適的切削刀具和排屑等。

潤(rùn)滑劑的控制

對(duì)所配置的潤(rùn)滑劑量進(jìn)行控制是很重要的，因?yàn)椴煌倪^程需要不同的潤(rùn)滑量。例如，銑削是一種表面操作，它需要zui少量潤(rùn)滑。深孔鉆削是一種需要不同潤(rùn)滑水準(zhǔn)的操作。而對(duì)于攻絲和螺紋切削操作需要第三等級(jí)的潤(rùn)滑，因?yàn)槠浔砻鎵毫Ω摺?

MQL混合系統(tǒng)的目的是提供量的懸浮微粒。也就是說，懸浮微粒的直徑被保持到公差范圍內(nèi)以保持*加濕和潤(rùn)滑屬性。在針對(duì)MQL設(shè)計(jì)的機(jī)床中，潤(rùn)滑性可以用零件程序中改變懸浮微粒的量和持續(xù)時(shí)間的參數(shù)加以控制。早期以這種方式采用油氣混合物的嘗試失敗了，因?yàn)樵诟咚偾闆r下會(huì)出現(xiàn)油氣分離現(xiàn)象。但是，新的系統(tǒng)已經(jīng)被證明在維持潤(rùn)滑性方面如濕加工一樣有效。一個(gè)實(shí)例是Cross Hüller的“Specht Duo”，一種建造用于濕式或MQL操作的兩主軸CNC生產(chǎn)模塊，其中帶有精密分配系統(tǒng)。這種分配系統(tǒng)被集成在電主軸外罩中。

在設(shè)計(jì)采用MQL的機(jī)床中，分配系統(tǒng)集成在主軸中。

由CNC程序來控制提供精密潤(rùn)滑劑量的分配閥。潤(rùn)滑劑與空氣混合以形成所需要的氣/油懸浮粒子混合物。然后，它通過刀具中的導(dǎo)管進(jìn)給到切削刃上。由于懸浮粒子的產(chǎn)生點(diǎn)和切削面之間距離短，因此可以對(duì)特定加工過程和切削刀具實(shí)現(xiàn)和維持*冷卻和潤(rùn)滑條件。當(dāng)主軸從一個(gè)加工孔位置快移到另一個(gè)時(shí)，懸浮粒子關(guān)閉。這就避免了在工件和機(jī)床表面的油積聚現(xiàn)象，減少了操作員清理機(jī)床的必要性。由于用MQL系統(tǒng)產(chǎn)生的切屑基本保持干燥，消除了費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢的冷卻液回收操作。

硅污染

除了控制潤(rùn)滑性外，MQL還通過消除懸浮在冷卻液中的磨蝕性硅粒子而提高了刀具壽命和表面粗糙度。鋁工件包括大約13%的硅，這種硅會(huì)降低刀具壽命和導(dǎo)致表面粗糙度很差。微細(xì)鋁/硅粒子有可能懸浮在濕的加工冷卻液中。盡管過濾系統(tǒng)濾掉了40 mm的粒子，但小于40 mm的粒子會(huì)穿過系統(tǒng)而與冷卻液一起重新循環(huán)。

MQL的熱穩(wěn)定性

在應(yīng)用MQL時(shí)，維護(hù)熱穩(wěn)定性和零件公差的策略包括減少引發(fā)的熱量以及對(duì)熱增長(zhǎng)的補(bǔ)償?shù)取?/p>

熱的控制是MQL中需要考慮的一個(gè)重要方面，該過程可能需要重新設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。當(dāng)用MQL方式加工圖示轉(zhuǎn)向節(jié)時(shí)，在加工前先對(duì)零件進(jìn)行隔離直到它充分冷卻為止。

通過改變加工工序的順序可以減少熱效應(yīng)。在濕加工操作中，零件通常是先粗加工然后精加工。槽和腔體的粗加工，連同螺紋和攻絲工序都是在過程的早期進(jìn)行的，然后進(jìn)行精加工。但是在MQL加工中，粗加工被減少到使零件疲勞的程度。在零件熱處理前進(jìn)行精加工。一般地，具有緊密定位公差的軸承孔和榫釘孔將在過程的較早階段進(jìn)行精加工。然后，其他在完成精加工后進(jìn)行的工序不受熱侵蝕的影響，諸如鉆削和攻絲等。

有一種相關(guān)的MQL策略是隔離來料直至其溫度穩(wěn)定為止。鋁輪轉(zhuǎn)向節(jié)的加工過程提供了這方面一個(gè)實(shí)例。對(duì)于該過程，零件直接來自一個(gè)鄰近的鑄造廠。用一個(gè)溫度測(cè)頭測(cè)量來件的溫度。如果溫度太高，則零件排隊(duì)隔離，直至它們足夠冷卻適合加工為止。一旦轉(zhuǎn)向節(jié)達(dá)到了所需要的溫度，就用機(jī)器人將它們裝到機(jī)床中進(jìn)行切削操作。

如果庫(kù)存量太小，不好隔離零件，則可選方式是對(duì)某特定零件開發(fā)一個(gè)專有溫度補(bǔ)償算法。之所以需要零件特定算法是因?yàn)閺?fù)雜的零件在加熱后可能不會(huì)均勻膨脹。在一個(gè)實(shí)例中，對(duì)一個(gè)汽缸頭進(jìn)行了人工加熱以確定它的膨脹情況。從該試驗(yàn)開發(fā)了一個(gè)檢查表，并將它包含在零件程序中。基于由測(cè)頭測(cè)定的溫度，在所加工的特征所處的位置上進(jìn)行了自動(dòng)補(bǔ)償。

切削刀具

用于銑削、鉆削、攻絲、精加工凸輪孔和精加工閥座及導(dǎo)桿的MQL過程都需要在切削刀具中帶有潤(rùn)滑導(dǎo)管。借助該導(dǎo)管，零件程序所規(guī)定的懸浮粒子潤(rùn)滑劑可以達(dá)到刀具的切削刃上。

隨著懸浮粒子被泵入刀具的導(dǎo)管中，任何通道直徑的突然變化或者盲端都將阻止懸浮粒子的自由流動(dòng)。懸浮粒子將對(duì)自己重新分級(jí)為較大的油珠，從而失去懸浮粒子的潤(rùn)滑性。

因此，MQL加工中使用的切削刀具必須包括一個(gè)過渡段來支持MQL從主軸往刀具的流動(dòng)。導(dǎo)管的路徑（其分支以及方向的變化）必須有利于潤(rùn)滑劑流動(dòng)，而導(dǎo)管出口的位置要確保潤(rùn)滑劑到達(dá)了刀具的切削刃上。

排屑

存在大量不用冷卻液而排屑的技術(shù)。例如，帶陡角的不銹鋼切屑排出裝置可以消除切屑巢現(xiàn)象；真空系統(tǒng)可以回收細(xì)霧和灰塵；切屑傳送器可以將切屑從機(jī)床上排出。機(jī)床的污染采用一個(gè)響應(yīng)性的混合系統(tǒng)加以控制。這樣就可以免掉人工清理粘在機(jī)床壁上切屑的必要。

MQL的實(shí)施

免掉加工中冷卻液產(chǎn)生了與熱、刀具壽命以及排屑等相關(guān)的挑戰(zhàn)，但是某些系統(tǒng)和策略卻可以滿足這些挑戰(zhàn)的需要。不用冷卻液的散熱需要采用不同的方式來處理零件。還需要采用潤(rùn)滑劑導(dǎo)管的非標(biāo)刀具（以及高性能涂層和耐熱材料）。同時(shí)還必須采用排屑系統(tǒng)。

此外，MQL的*實(shí)施需要利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的機(jī)床。這樣的一臺(tái)機(jī)床可以允許使用如在濕式加工過程中相同的進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速。刀具壽命與濕式加工的一樣。只要油的混合和分配得到了控制，零件質(zhì)量就如濕式加工過程中的一樣好甚至要更好。在zui后的分析中，MQL加工提供了一種經(jīng)濟(jì)上和生態(tài)上合理的、替代傳統(tǒng)濕式加工過程的方式