机械切削加工过程中润滑技术的应用

谢弘岩1 曹佳宁 2

（1.沈机集团昆明机床股份有限公司，云南 昆明 650200； 2.沈阳机床股份有限公司沈阳第一机床厂，辽宁 沈阳 110000）

随着当今世界经济的飞速发展，各地的工业水平不断的提高，机械工业的发展速度更是迅猛，切削加工是机械产业中重要的一环，它主要的功能就是能够制作出精度质量较好的工件。在切削加工过程中较为常用的一种技术就是润滑技术，它能大大提高切削的质量和效率，介绍在机械切削加工过程中如何科学应用润滑技术。

一、切削加工和润滑技术的概述

在机械生产中，切削加工的最终目标就是以较短时间制造出较高质量的工件。在最好的情况下是生产出来的零件精度较高，使用的时间较长，损耗较低且操作简单。要满足这些要求，就依赖于生产过程中用到的机床、刀具和加工方式等等，其中非常重要的还有润滑技术，每个环节相互关联，缺一不可。

机械生产的切削过程中，由于切削时会有较大摩擦、高压等，这对于切削所用的刀具有很大的损伤，对于生产中零件的粗糙度等都有着一定的影响。针对这种现象的解决方法一般分为从降低切削时的摩擦力度，从而减少对刀具的磨损程度；要减少切削过程中，被加工零件的自身高温。满足了以上两种条件后，对于减少刀具的磨损，增加刀具的寿命都能起到有效的作用，而且能够保证加工出来的工件的全面质量。在原来的切削过程中采用的润滑方式基本上是在加工的部位喷洒切削液经过实践，一般来说所用的切削液的量越大，得到的效果越好。正是在这种情况下，世界上各个工业大国都施行了相关的法律法规，从而保障环境的安全。大量地使用润滑剂能够提高切削加工的效率的同时，各个生产企业把关注点放在了环保的要求下，必须做到生产中所排放的液体能够符合标准，这就使得在这方面的成本投入大大的增加。根据实际的调查表明，工业生产中对于切削液使用的成本投入远远高出了基本生产成本。随着我国大力宣扬“可持续发展”的新战略目标，对于在切削加工过程中的润滑技术的开发，有着更高的急迫需求。

二、切削加工过程中润滑技术的应用

（一）传统切削加工润滑方式

传统润滑方式采用加工区域喷淋切削液方式，大量切削液虽然可以有效改善切削环境，大幅度减小摩擦，降低切削温度，但同时也带来了环境污染的问题。切削液中含有大量的油脂类有机物与氯硫磷等化合物，排放不当会对环境造成严重危害。

（二）刀具涂层润滑技术

干切削能脱离切削液，有效避免切削液给环境带来的一些问题。随着刀具制造中融入润滑技术，市场中出现了较多具备耐热自润滑的新型刀具。过去刀具通常都是由碳钢材料制成，耐热度较低，切削温度过高会影响刀具自身硬度，甚至导致刀具出现不必要的磨损。不同材质的刀具耐热度不同，例如高速钢刀具耐热度能达到600℃，金刚石800℃，陶瓷1200℃，立方氮化硼最高可达1400℃。在刀具耐热的基础上利用涂层覆膜技术在刀具表面覆结多层由固体润滑剂构成的润滑膜，在加工过程中，涂层的低剪切强度与高附着性可生成吸附于摩擦表面，形成润滑层，达到润滑效果。根据涂层材质的不同可将涂层润滑刀具分为两大类：1.硬涂层，以TiC、TiN 和Al2O2 等作为涂层材料；2.软涂层，为MoS2、WS2、TaS2 等材质。涂层覆膜虽然可使刀具具备优良的摩擦学特性，但是涂层与刀具基体的结合会影响刀具的使用寿命，这就要求基体材质与覆膜材料具有相近的弹性模量与热膨胀系数，从而降低涂层界面的应力。相比于涂层覆膜，改善刀具润滑还可通过改进刀具材料实现，如Al2O3/TiB2 陶瓷刀具，利用刀具在切削加工过程中的摩擦化学反应，在高温、高压环境下，刀具材质表面发生氧化，形成TiO2，减弱刀具与铁屑之间的粘结，实现润滑功能。干切削的使用会出现以下问题：1.摩擦过程中摩擦系数逐渐增大，在实际切削过程中切削力也会逐渐变大，导致效率降低；2.不具备热交换功能，温度升高的过程中，无法保证全部工件的精确性。较好的方式就是在保证润滑性的基础上，同时保障其冷却性，称为半干切削。

（三）MQL切削加工方式

在半干切削中，由于不会大量使用切削液，因此要确保其使用到位，合理加入切削位置。近些年，新型润滑技术不断涌现，其中一种叫做微量润滑技术（MQL）。分析可知，润滑剂的主要功能是减少摩擦、冷却和排屑。微量润滑技术通过改装机床主轴和供油系统，结合供气系统，将微量切削液与压缩空气的混合物经由改装后的主轴内中空通道喷射至切削区域，形成润滑油膜，实现润滑功能，同时利用高压空气实现冷却与排屑功能。润滑剂用量的控制主要是在定量泵的帮助下，利用计算机数字控制，精确控制喷油量。在微量润滑技术系统中，使用的油量一般不大于50mL/h，对气体进行压缩时压力通常为0.2～0.4MPa。其优点主要如下：用油量较少，工件工具便于清洗；润滑液使用循环系统，能节约能源；系统可在机床上直接安装。实际切削加工过程中，如果将刀具涂层覆膜润滑与微量润滑技术相结合，能大幅度改善切削环境，延长刀具使用寿命。如利用高速钢钻头钻削X90CrMoV18 合金钢，钻削深度为3.5m，使用TiN+MoS2 涂层覆膜刀具与微量润滑技术，钻削深度累计可达115m。

在机械切削加工的过程中，润滑技术是十分重要的，不但要保证润滑剂具备挤压抗磨、防腐防锈和抗泡作用等作用，还要使用相应的方法使切削液充分的粘着于工件上面。在当今提倡环保的理念中，使用润滑技术是比较常用的，它所使用的切削液用量很少，要想使其充分发挥作用就要继续的进行完善。