機械切削加工過程中潤滑技術的應用

謝弘巖1 曹佳寧 2

（1.沈機集團昆明機床股份有限公司，云南 昆明 650200； 2.沈陽機床股份有限公司沈陽第一機床廠，遼寧 沈陽 110000）

隨著當今世界經濟的飛速發展，各地的工業水平不斷的提高，機械工業的發展速度更是迅猛，切削加工是機械產業中重要的一環，它主要的功能就是能夠制作出精度質量較好的工件。在切削加工過程中較為常用的一種技術就是潤滑技術，它能大大提高切削的質量和效率，介紹在機械切削加工過程中如何科學應用潤滑技術。

一、切削加工和潤滑技術的概述

在機械生產中，切削加工的最終目標就是以較短時間制造出較高質量的工件。在最好的情況下是生產出來的零件精度較高，使用的時間較長，損耗較低且操作簡單。要滿足這些要求，就依賴于生產過程中用到的機床、刀具和加工方式等等，其中非常重要的還有潤滑技術，每個環節相互關聯，缺一不可。

機械生產的切削過程中，由于切削時會有較大摩擦、高壓等，這對于切削所用的刀具有很大的損傷，對于生產中零件的粗糙度等都有著一定的影響。針對這種現象的解決方法一般分為從降低切削時的摩擦力度，從而減少對刀具的磨損程度；要減少切削過程中，被加工零件的自身高溫。滿足了以上兩種條件后，對于減少刀具的磨損，增加刀具的壽命都能起到有效的作用，而且能夠保證加工出來的工件的全面質量。在原來的切削過程中采用的潤滑方式基本上是在加工的部位噴灑切削液經過實踐，一般來說所用的切削液的量越大，得到的效果越好。正是在這種情況下，世界上各個工業大國都施行了相關的法律法規，從而保障環境的安全。大量地使用潤滑劑能夠提高切削加工的效率的同時，各個生產企業把關注點放在了環保的要求下，必須做到生產中所排放的液體能夠符合標準，這就使得在這方面的成本投入大大的增加。根據實際的調查表明，工業生產中對于切削液使用的成本投入遠遠高出了基本生產成本。隨著我國大力宣揚“可持續發展”的新戰略目標，對于在切削加工過程中的潤滑技術的開發，有著更高的急迫需求。

二、切削加工過程中潤滑技術的應用

（一）傳統切削加工潤滑方式

傳統潤滑方式采用加工區域噴淋切削液方式，大量切削液雖然可以有效改善切削環境，大幅度減小摩擦，降低切削溫度，但同時也帶來了環境污染的問題。切削液中含有大量的油脂類有機物與氯硫磷等化合物，排放不當會對環境造成嚴重危害。

（二）刀具涂層潤滑技術

干切削能脫離切削液，有效避免切削液給環境帶來的一些問題。隨著刀具制造中融入潤滑技術，市場中出現了較多具備耐熱自潤滑的新型刀具。過去刀具通常都是由碳鋼材料制成，耐熱度較低，切削溫度過高會影響刀具自身硬度，甚至導致刀具出現不必要的磨損。不同材質的刀具耐熱度不同，例如高速鋼刀具耐熱度能達到600℃，金剛石800℃，陶瓷1200℃，立方氮化硼最高可達1400℃。在刀具耐熱的基礎上利用涂層覆膜技術在刀具表面覆結多層由固體潤滑劑構成的潤滑膜，在加工過程中，涂層的低剪切強度與高附著性可生成吸附于摩擦表面，形成潤滑層，達到潤滑效果。根據涂層材質的不同可將涂層潤滑刀具分為兩大類：1.硬涂層，以TiC、TiN 和Al2O2 等作為涂層材料；2.軟涂層，為MoS2、WS2、TaS2 等材質。涂層覆膜雖然可使刀具具備優良的摩擦學特性，但是涂層與刀具基體的結合會影響刀具的使用壽命，這就要求基體材質與覆膜材料具有相近的彈性模量與熱膨脹系數，從而降低涂層界面的應力。相比于涂層覆膜，改善刀具潤滑還可通過改進刀具材料實現，如Al2O3/TiB2 陶瓷刀具，利用刀具在切削加工過程中的摩擦化學反應，在高溫、高壓環境下，刀具材質表面發生氧化，形成TiO2，減弱刀具與鐵屑之間的粘結，實現潤滑功能。干切削的使用會出現以下問題：1.摩擦過程中摩擦系數逐漸增大，在實際切削過程中切削力也會逐漸變大，導致效率降低；2.不具備熱交換功能，溫度升高的過程中，無法保證全部工件的精確性。較好的方式就是在保證潤滑性的基礎上，同時保障其冷卻性，稱為半干切削。

（三）MQL切削加工方式

在半干切削中，由于不會大量使用切削液，因此要確保其使用到位，合理加入切削位置。近些年，新型潤滑技術不斷涌現，其中一種叫做微量潤滑技術（MQL）。分析可知，潤滑劑的主要功能是減少摩擦、冷卻和排屑。微量潤滑技術通過改裝機床主軸和供油系統，結合供氣系統，將微量切削液與壓縮空氣的混合物經由改裝后的主軸內中空通道噴射至切削區域，形成潤滑油膜，實現潤滑功能，同時利用高壓空氣實現冷卻與排屑功能。潤滑劑用量的控制主要是在定量泵的幫助下，利用計算機數字控制，精確控制噴油量。在微量潤滑技術系統中，使用的油量一般不大于50mL/h，對氣體進行壓縮時壓力通常為0.2～0.4MPa。其優點主要如下：用油量較少，工件工具便于清洗；潤滑液使用循環系統，能節約能源；系統可在機床上直接安裝。實際切削加工過程中，如果將刀具涂層覆膜潤滑與微量潤滑技術相結合，能大幅度改善切削環境，延長刀具使用壽命。如利用高速鋼鉆頭鉆削X90CrMoV18 合金鋼，鉆削深度為3.5m，使用TiN+MoS2 涂層覆膜刀具與微量潤滑技術，鉆削深度累計可達115m。

在機械切削加工的過程中，潤滑技術是十分重要的，不但要保證潤滑劑具備擠壓抗磨、防腐防銹和抗泡作用等作用，還要使用相應的方法使切削液充分的粘著于工件上面。在當今提倡環保的理念中，使用潤滑技術是比較常用的，它所使用的切削液用量很少，要想使其充分發揮作用就要繼續的進行完善。