從90年代中期至今，業(yè)界極為關(guān)注徹底淘汰金屬切削冷卻液的問(wèn)題，或者至少使用最小量潤(rùn)滑（MQL）系統(tǒng)。有幾個(gè)合理的理由來(lái)考慮這一想法。但是，它并不像原先想象的那樣簡(jiǎn)單，有幾個(gè)客戶在重新考慮是否完全轉(zhuǎn)換他們的切削過(guò)程。本文將考慮干切削和最小量潤(rùn)滑切削的可知優(yōu)點(diǎn)和實(shí)際情況。
歐洲的近期實(shí)例
一家德國(guó)汽車(chē)制造商安裝了一條靈活的生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)輪轂，在該生產(chǎn)線上使用機(jī)械手來(lái)裝載和卸載零件，并且采用最小量潤(rùn)滑技術(shù)。據(jù)稱(chēng)從一組輪轂到下一組輪轂的總制造時(shí)間為43秒。通過(guò)使用MQL系統(tǒng)，乳化劑以每小時(shí)80ml的速率被輸送貫穿至整個(gè)軸，而傳統(tǒng)的切削加工每分鐘需要300升乳化劑。機(jī)床經(jīng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和建造來(lái)實(shí)現(xiàn)“懸掛加工”，因此，切屑可以直接落下，而不會(huì)粘在機(jī)床上。
在大眾汽車(chē)公司的扎耳茨吉特工廠，采用干式切入磨削技術(shù)來(lái)制造他們的新型“泵/噴嘴”柴油機(jī)的鍛壓凸輪軸。凸輪軸的材料為16MnCr5，所達(dá)到的公差必須小于5/100mm。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了專(zhuān)門(mén)的刀具來(lái)從事該磨削加工。
請(qǐng)注意這兩個(gè)實(shí)例的相似之處——既不能使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的機(jī)床，也不能使用現(xiàn)有的刀具。為了利用干切削或MQL切削技術(shù)，需要預(yù)先規(guī)劃、設(shè)計(jì)、專(zhuān)門(mén)的制造技術(shù)以及投資，這在一定程度上削弱了干式或MQL切削技術(shù)較傳統(tǒng)加工原理的成本優(yōu)勢(shì)。
采用干式和MQL金屬切削的原因
之所以考慮干式和最小量潤(rùn)滑(MQL)金屬切削，有如下幾條合理的理由：
（1）削液的成本——來(lái)自德國(guó)的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，與切削液有關(guān)的成本相當(dāng)于全部生產(chǎn)成本的7.5%～17%。隨著石油原料成本的增長(zhǎng)，趨勢(shì)是冷卻液的價(jià)格在不久的將來(lái)會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。
（2）環(huán)境成本——處理使用過(guò)的切削液和切屑所花費(fèi)的成本以及相關(guān)的生態(tài)稅都在增加。生產(chǎn)商們不僅關(guān)心對(duì)其工廠的地面、機(jī)床和油霧收集設(shè)備的短期清潔，同時(shí)還關(guān)心對(duì)周?chē)恋氐拈L(zhǎng)期環(huán)境清潔成本以及工人們的健康。由于沒(méi)有冷卻液泵，所以實(shí)現(xiàn)了節(jié)約能源。
（3）刀具使用壽命——與鑄鐵或鑄鋼的磨削相比，干切削使刀具使用壽命增加了20%。某些使用MQL的刀具使用壽命試驗(yàn)表明刀具壽命增長(zhǎng)了逾50%，具體取決于加工過(guò)程、切削速度和進(jìn)給。這是因?yàn)镸QL系統(tǒng)將產(chǎn)生由微小油滴構(gòu)成的油霧，它通過(guò)刀具中心噴射到切削區(qū)域上，使切屑更易清除，并且防止微粒粘在切削刀具上。
（4）較快的加工時(shí)間——通過(guò)采用耐熱刀具材料，例如碳化物，以及較高的主軸轉(zhuǎn)速，干切削比傳統(tǒng)濕切削的速度快50％～100%。
（5）無(wú)冷卻液霧化——使用干切削或MQL切削，用戶可以保持工廠環(huán)境極為潔凈，幾乎沒(méi)有煙霧和氣味。這有利于清潔和工人們的健康。
盡管以上理由看起來(lái)頗有吸引力，但是，在采用大投資成本進(jìn)行變化之前，還必須考慮一些實(shí)際情況。我們來(lái)看看這些實(shí)際情況，同時(shí)考慮最新的冷卻液技術(shù)如何擁有與干式或MQL金屬切削系統(tǒng)一樣的優(yōu)點(diǎn)。
干式和MQL金屬切削系統(tǒng)的實(shí)際情況
采用冷卻液（無(wú)論是純油或油水混合物）的金屬切削實(shí)現(xiàn)了以下功能，包括冷卻機(jī)床，調(diào)整機(jī)床刀具，使刀具和工件之間潤(rùn)滑，沖洗切屑。干加工和MQL系統(tǒng)能否提供相同的功能？我們來(lái)看看實(shí)際的情況吧：
（1）雖然切削液原料成本高并且還在增長(zhǎng)，但是干式和MQL系統(tǒng)需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)床和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以幫助清除切屑，冷卻機(jī)床和主軸。許多機(jī)床生產(chǎn)商猶豫不決，不敢徹底地重新設(shè)計(jì)新機(jī)床和輔助設(shè)備（例如復(fù)雜的MQL系統(tǒng)）。
（2）由于引進(jìn)了新的低霧化、長(zhǎng)壽命的純油冷卻系統(tǒng)，在初次購(gòu)買(mǎi)冷卻液的花費(fèi)之后，額外的潤(rùn)滑油購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用降到最低。一個(gè)被多次記述的例子就是在戴勒姆－克萊斯勒汽車(chē)公司的數(shù)個(gè)德國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)工廠內(nèi)使用Fuchs公司的Ecocut HFN-LE系列潤(rùn)滑油產(chǎn)品。
（3）通過(guò)使用非傳統(tǒng)的切削液——包括酯類(lèi)，環(huán)境成本顯著減少。這些產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括具有清潔劑、分散劑的性能，低發(fā)泡，快速放氣，著火點(diǎn)相對(duì)較高以及表層兼容?；谥参锏臐?rùn)滑油可迅速被生物降解，大多數(shù)情況下，潤(rùn)滑油在21天內(nèi)即被分解，這樣就無(wú)長(zhǎng)期清潔的后顧之憂。這些潤(rùn)滑油也已經(jīng)得到改進(jìn)，具有低霧化的特點(diǎn)，有助于短期清潔。Fuchs石油公司已開(kāi)發(fā)出Planto系列冷卻液，它們是基于植物的冷卻潤(rùn)滑油，在全球取得了巨大的成功。使用新型節(jié)能泵以大大減少機(jī)床的年耗電量。
（4）只有某些刀具，主要是銑刀和嵌入刀片，可以利用干切削和MQL切削。鉆深孔還存在著相當(dāng)大的問(wèn)題，因?yàn)殡y以清除切屑。鋁合金難以進(jìn)行干銑，因?yàn)榧?xì)小的切屑微粒變熱，容易粘在切削刀具上，這樣會(huì)顯著縮短刀具的使用壽命。
（5）利用干式和MQL系統(tǒng)可以縮短加工時(shí)間，但是有一些限制條件，例如不可能執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)切削。記住冷卻液的功能之一是冷卻工件、刀具、切屑和機(jī)床。在快速加工時(shí)，這些區(qū)域的高溫對(duì)操作者很危險(xiǎn)（切屑的表面溫度高達(dá)800攝氏度），并且會(huì)使工件預(yù)硬化或變形，由于機(jī)床、支柱和刀具的膨脹導(dǎo)致工件尺寸發(fā)生變化。MQL不能降低切削溫度。干式切削在工廠環(huán)境中引起噪聲污染。使用冷卻液沖洗工件和切削區(qū)域能消除許多這類(lèi)問(wèn)題。
（6）雖然干式和MQL切削系統(tǒng)消除了冷卻液霧，但是生產(chǎn)商和操作者們關(guān)心的一個(gè)主要問(wèn)題是金屬粉塵。IPT在德國(guó)亞琛對(duì)銑削傳統(tǒng)鑄造材料時(shí)所產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明每加工一千克材料將產(chǎn)生4.5克及其細(xì)小的粉塵。最大允許值是MAK閾值6mg/m3。雖然可以把機(jī)床設(shè)計(jì)成大部分采用垂直表面，并用刷子清潔水平表面，但是加工粉塵會(huì)堆積在導(dǎo)軌面上，進(jìn)入縫隙中，附著在傳感器和窗戶上，使得機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)變得很困難。用壓縮空氣或干冰鼓風(fēng)這種做法不切實(shí)際，成本高昂，而且會(huì)加劇金屬粉塵的問(wèn)題。金屬粉塵的附著也是導(dǎo)致切削刀具使用壽命縮短的一個(gè)重要原因。
最后，MQL系統(tǒng)只適用于較窄的應(yīng)用范圍，不適合于連續(xù)生產(chǎn)線應(yīng)用場(chǎng)合。
結(jié)論
許多機(jī)床操作者們繼續(xù)將干式切削和MQL系統(tǒng)看作是一種節(jié)約冷卻液、環(huán)境清潔、健康和生產(chǎn)成本的途徑。如果原來(lái)的傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的確被取代了，那么可以節(jié)約。但是，采用干式或MQL系統(tǒng)，顯然會(huì)出現(xiàn)一系列不易克服的新問(wèn)題。新冷卻液技術(shù)，如LE（低污染）冷卻液、基于植物的潤(rùn)滑油、刃口添加劑、循環(huán)等能夠使操作者們?cè)谑褂脗鹘y(tǒng)機(jī)床和冷卻液系統(tǒng)的情況下，獲得與干式或MQL系統(tǒng)相同的許多環(huán)境、健康和產(chǎn)品成本優(yōu)點(diǎn)。在轉(zhuǎn)換到一個(gè)干式或MQL系統(tǒng)時(shí)，不能“像原來(lái)那樣”使用傳統(tǒng)機(jī)床和刀具，需要考慮特殊的事項(xiàng)以及投資。在有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)切削的場(chǎng)合下，以及在拋光、鉸孔和珩磨應(yīng)用中，不使用MQL系統(tǒng)。
Fuchs Petrolub公司及Fuchs集團(tuán)公司已經(jīng)做了大量的研究，并且和他們的切削客戶、供應(yīng)商以及一些大學(xué)針對(duì)MQL系統(tǒng)和適用于MQL系統(tǒng)的冷卻劑進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。MQL系統(tǒng)使用特殊的基油（基于植物的人造酯）和刃口添加劑，它們已被用于某些特定應(yīng)用場(chǎng)合，取得了一定的成功，并且將會(huì)繼續(xù)被Fuchs公司及其客戶們考慮采用。但是，在切削用戶致力于建立一個(gè)完全的干式或MQL系統(tǒng)車(chē)間之前，他們應(yīng)該仔細(xì)考慮與所有成本有關(guān)的實(shí)際情況。