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摘?要 本文结合切削加工过程中的润滑原理，对润滑技术的有效应用进行分析，以更好地保障切削效率与质量水平。
关键词 切削加工；润滑技术；原理；应用
中图分类号 TG506 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0172-01
1 切削加工中润滑原理分析
通过采取切削加工润滑形式，可有效控制切削过程中的工件和刀具之间产生摩擦；而润滑的基本原理在于：在刀具的前刀面位置与切削之间形成一层润滑薄膜，既可避免二者的直接接触，也可控制金属接触的薄层位置的剪切强度，进而弱化摩擦系数。在整个切削加工的过程中，各种物理吸附膜、氧化膜、化学吸附膜、涂层润滑膜等都可发挥润滑作用；而通过油性添加剂则可在金属的表面形成物理吸附薄膜；而润滑剂中存在的极性分子，可以和金属表面通过化学作用产生化学吸附膜等等。
在切削力相对较小的情况下，润滑膜可保持长久的降低摩擦力的作用；而随着切削力的不断增加，润滑膜可能发生磨损，直到脱落；此时切削加工的摩擦处于混合润滑状态或者边界润滑状态；如果切削力进一步增加，并造成边界润滑膜的破裂、失效等，那么切削加工的摩擦就会处于没有任何润滑的状态，即干切削形式；一般情况下，切削加工润滑属于边界润滑形式，在满足边界润滑条件的情况下，可以将摩擦力（F）用以下公式表达：
F=A[mτ1+(1-m)τ2] （1）
在该公式中，A代表滑动表面之间接触的总体面积大小；m代表接触面中固体接触部分的比例大小；τ1和τ2分别代表固体与润滑膜的剪切强度；如果润滑膜保持完整状态，那么m≈0，此时摩擦力F1=Aτ2；由于考虑到润滑膜剪切的强度低于固体剪切强度
（τ1＜τ2），因此F1≤F≤F2，那么在边界润滑条件下，摩擦力处于流体润滑条件摩擦力与干切削摩擦力的数值之间。
2 润滑技术在切削加工过程的应用
采取完全不使用任何切削液的方法，即干切削，可有效改善由于使用切削液而引发的各种环保问题。近年来，我国刀具材料不断发展与完善，极大提高了可承受的切削温度。例如，在传统使用的钢刀具中，耐热温度不超过300℃，否则刀具的硬度将受到影响，加快磨损，缩短使用寿命；而高速钢刀具的最高温度可达到约600℃左右、金刚石刀具的最高温度可达到800℃左右；陶瓷刀具可达到1000℃左右等等。
如果能够完好地配合加工方法、加工材料以及刀具性能等，选择干切削加工方法较为简便，但是也要考虑到，由于没有使用切削液，也具有一定不利之处，例如：增大了摩擦因数，进而切削阻力增加，降低加工效率；不能实现热交换，温度升高速度快，加工零件的精确度受到限制。因此，为了改善这一实际问题，再加上考虑到环保问题，确保润滑性能与冷却性能，应尽量选用最小量的润滑剂，即半干切削方法。通过应用半干切削加工技术，减少了供给切削液的数量，因此就对切削液提出较高要求，必须保证以最少剂量发挥最大效果，满足高效率、节能环保目标。有关半干切削加工技术以及应用，分析如下：
2.1 兆声波冷却技术
在传统的切削加工过程中，通过增加磨削液或者提高压力的方法，提高磨削的性能；但是在半干切削作业条件下，逐渐减少了磨削液的使用容量，如何才能保证高效率、高质量的磨削性能？兆声波冷却法应运而生。在切削加工过程中应用兆声波冷却技术，在喷咀位置安装兆赫兹的高频率超声波震荡器，这样可推动液体加速度，在冲击力的作用下冲击砂轮的表面；或者流入到砂轮的缝隙中，确保磨削液与砂轮表面充分接触，提高冷却效用与润滑性能。
2.2 MQL切削加工技术
当前，MQL切削加工技术即最小量润滑油的加工方法，带动了润滑技术的发展与变化。在MQL润滑系统中，主要包括了经过改装的机床主轴、供气系统、供油系统等；将套管放置到主轴中，保持外管通气、内管通油；设置在主轴前端位置的混合系统，则处于油气混合状态，源源不断地将雾状润滑剂输入到切削工具中。通过应用雾状润滑剂，回转的部分相对较短，因此不会受到离心力产生的影响；在工具前端位置的孔中，将雾状润滑剂高效率、精准地喷洒到切削位置，并可对供油量进行任意调节。
在MQL系统中，供油量控制在50 ml/h范围内，压缩气体的压力不大于0.4 Mpa，采取MQL切削加工技术，主要具备以下优势：其一，有效减少用油量，仅为传统方法的2%-5%；在切屑中基本没有油；其二，工件中附着的油量较少，便于清洁；其三，不需要大量的能源冷却液循环系统，不需要采取润滑管理手段，降低成本，提高运行效率。其四，结合环境保护要求以及油品润滑性能保障等，在MQL润滑技术中，可强化生物降解的性能，提高承载力，减少由于蒸发而产生的损失，延长设备使用寿命。
在MQL润滑方法中，应用酯类油，既可改善环保问题，也可保障润滑性能。但是仅通过压缩空气实现冷却作用，可能对冷却效果产生一定影响。因此，MQL润滑方式仍需改进。当前，考虑以下两种方法的应用：
1）油水复合供给。通过该方法，分别将油、水进行雾化处理，并喷洒到切削位置；根据实际情况调节油水的混合比例，以满足润滑性能、冷却要求为主。
2）水滴法。利用多层套管形式，同时进行油、水以及空气的供给，在水滴的表面附有一层薄薄的油膜，以雾状喷洒到切削位置，水滴蒸发后起到冷却作用，其他油膜则发挥润滑效用[6]。在切削过程中，由于局部位置的温度较高，因此水分可以瞬间蒸发并形成一层油膜，确保工件的表面不会生锈，一般在端铣加工或车削加工等方面较为适用。
2.3 浮动喷咀技术
浮动喷咀技术主要应用于磨削加工中，可将附着在砂轮表面并随着砂轮运转的空气层去除，确保磨削液和砂轮充分接触、吸附，以此保障润滑效果。通过对喷咀流出的流体进行反作用力的优化调节，确保其力度超过喷咀压到砂轮中的弹簧力，同时保持砂轮表面和喷咀之间具有一定间隙。一般情况下，在喷咀和砂轮之间的间隙约为0.1 mm-0.2 mm，这个间隙中不会通过太多的磨削液，因此可控制使用磨削液的剂量。与传统喷咀相比，使用浮动喷咀技术将减少砂轮的磨损量。虽然普通的喷咀可以大量地喷洒磨削液，但是前期使用过程的磨损较为严重，即使处于正常的磨损状态，也会提高砂轮的磨损率；但是使用浮动喷嘴方法，极大减少磨削液的用量，反而降低了砂轮的磨损力，并可保持平稳运行
状态。
以切削加工来看，使用切削润滑液是最常见、应用最多的润滑形式之一，但是由于切削液的润滑适应温度相对较低，再加上制造和使用、排放等过程中，对生态环境造成严重威胁，因此当前受到一定限制；采取抗磨涂层润滑技术、刀具表面润滑技术，具有广泛的应用前景，但是由于涂层容易脱落并失效，也要慎重使用；经大量应用实践表明，采取刀具自润滑技术，可有效控制摩擦力，保障抗磨性能，并可控制设备投资成本，减少能源消耗，防范环境污染问题，在今后的切削加工中，将得以全面推广应用。
参考文献
[1]曹同坤,邓建新.添加固体润滑剂的自润滑陶瓷刀具材料及其减摩机理研究[J].工具技术,2007,3.
[2]肖寿仁,谢世坤,桂国庆,肖冠云.绿色切削加工技术的研究及其应用[J].煤矿机械,2006,12.
[3]魏朝良,崔海涛,董莹,邵腾飞.不同润滑条件对切削加工性能的影响[J].润滑油,2011,4.
[4]张天胜.固体润滑剂的作用机理和应用[J].知识经济,2009,5.
[5]朱传敏,官睿,王宝海,李沪曾.高速切削加工中的冷却润滑[J].制冷空调与电力机械,2006,2.
[6]王章勇.少无冷却液切削加工方法的集成应用研究[D].武汉科技大学,2009.
关键词 切削加工；润滑技术；原理；应用
中图分类号 TG506 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0172-01
1 切削加工中润滑原理分析
通过采取切削加工润滑形式，可有效控制切削过程中的工件和刀具之间产生摩擦；而润滑的基本原理在于：在刀具的前刀面位置与切削之间形成一层润滑薄膜，既可避免二者的直接接触，也可控制金属接触的薄层位置的剪切强度，进而弱化摩擦系数。在整个切削加工的过程中，各种物理吸附膜、氧化膜、化学吸附膜、涂层润滑膜等都可发挥润滑作用；而通过油性添加剂则可在金属的表面形成物理吸附薄膜；而润滑剂中存在的极性分子，可以和金属表面通过化学作用产生化学吸附膜等等。
在切削力相对较小的情况下，润滑膜可保持长久的降低摩擦力的作用；而随着切削力的不断增加，润滑膜可能发生磨损，直到脱落；此时切削加工的摩擦处于混合润滑状态或者边界润滑状态；如果切削力进一步增加，并造成边界润滑膜的破裂、失效等，那么切削加工的摩擦就会处于没有任何润滑的状态，即干切削形式；一般情况下，切削加工润滑属于边界润滑形式，在满足边界润滑条件的情况下，可以将摩擦力（F）用以下公式表达：
F=A[mτ1+(1-m)τ2] （1）
在该公式中，A代表滑动表面之间接触的总体面积大小；m代表接触面中固体接触部分的比例大小；τ1和τ2分别代表固体与润滑膜的剪切强度；如果润滑膜保持完整状态，那么m≈0，此时摩擦力F1=Aτ2；由于考虑到润滑膜剪切的强度低于固体剪切强度
（τ1＜τ2），因此F1≤F≤F2，那么在边界润滑条件下，摩擦力处于流体润滑条件摩擦力与干切削摩擦力的数值之间。
2 润滑技术在切削加工过程的应用
采取完全不使用任何切削液的方法，即干切削，可有效改善由于使用切削液而引发的各种环保问题。近年来，我国刀具材料不断发展与完善，极大提高了可承受的切削温度。例如，在传统使用的钢刀具中，耐热温度不超过300℃，否则刀具的硬度将受到影响，加快磨损，缩短使用寿命；而高速钢刀具的最高温度可达到约600℃左右、金刚石刀具的最高温度可达到800℃左右；陶瓷刀具可达到1000℃左右等等。
如果能够完好地配合加工方法、加工材料以及刀具性能等，选择干切削加工方法较为简便，但是也要考虑到，由于没有使用切削液，也具有一定不利之处，例如：增大了摩擦因数，进而切削阻力增加，降低加工效率；不能实现热交换，温度升高速度快，加工零件的精确度受到限制。因此，为了改善这一实际问题，再加上考虑到环保问题，确保润滑性能与冷却性能，应尽量选用最小量的润滑剂，即半干切削方法。通过应用半干切削加工技术，减少了供给切削液的数量，因此就对切削液提出较高要求，必须保证以最少剂量发挥最大效果，满足高效率、节能环保目标。有关半干切削加工技术以及应用，分析如下：
2.1 兆声波冷却技术
在传统的切削加工过程中，通过增加磨削液或者提高压力的方法，提高磨削的性能；但是在半干切削作业条件下，逐渐减少了磨削液的使用容量，如何才能保证高效率、高质量的磨削性能？兆声波冷却法应运而生。在切削加工过程中应用兆声波冷却技术，在喷咀位置安装兆赫兹的高频率超声波震荡器，这样可推动液体加速度，在冲击力的作用下冲击砂轮的表面；或者流入到砂轮的缝隙中，确保磨削液与砂轮表面充分接触，提高冷却效用与润滑性能。
2.2 MQL切削加工技术
当前，MQL切削加工技术即最小量润滑油的加工方法，带动了润滑技术的发展与变化。在MQL润滑系统中，主要包括了经过改装的机床主轴、供气系统、供油系统等；将套管放置到主轴中，保持外管通气、内管通油；设置在主轴前端位置的混合系统，则处于油气混合状态，源源不断地将雾状润滑剂输入到切削工具中。通过应用雾状润滑剂，回转的部分相对较短，因此不会受到离心力产生的影响；在工具前端位置的孔中，将雾状润滑剂高效率、精准地喷洒到切削位置，并可对供油量进行任意调节。
在MQL系统中，供油量控制在50 ml/h范围内，压缩气体的压力不大于0.4 Mpa，采取MQL切削加工技术，主要具备以下优势：其一，有效减少用油量，仅为传统方法的2%-5%；在切屑中基本没有油；其二，工件中附着的油量较少，便于清洁；其三，不需要大量的能源冷却液循环系统，不需要采取润滑管理手段，降低成本，提高运行效率。其四，结合环境保护要求以及油品润滑性能保障等，在MQL润滑技术中，可强化生物降解的性能，提高承载力，减少由于蒸发而产生的损失，延长设备使用寿命。
在MQL润滑方法中，应用酯类油，既可改善环保问题，也可保障润滑性能。但是仅通过压缩空气实现冷却作用，可能对冷却效果产生一定影响。因此，MQL润滑方式仍需改进。当前，考虑以下两种方法的应用：
1）油水复合供给。通过该方法，分别将油、水进行雾化处理，并喷洒到切削位置；根据实际情况调节油水的混合比例，以满足润滑性能、冷却要求为主。
2）水滴法。利用多层套管形式，同时进行油、水以及空气的供给，在水滴的表面附有一层薄薄的油膜，以雾状喷洒到切削位置，水滴蒸发后起到冷却作用，其他油膜则发挥润滑效用[6]。在切削过程中，由于局部位置的温度较高，因此水分可以瞬间蒸发并形成一层油膜，确保工件的表面不会生锈，一般在端铣加工或车削加工等方面较为适用。
2.3 浮动喷咀技术
浮动喷咀技术主要应用于磨削加工中，可将附着在砂轮表面并随着砂轮运转的空气层去除，确保磨削液和砂轮充分接触、吸附，以此保障润滑效果。通过对喷咀流出的流体进行反作用力的优化调节，确保其力度超过喷咀压到砂轮中的弹簧力，同时保持砂轮表面和喷咀之间具有一定间隙。一般情况下，在喷咀和砂轮之间的间隙约为0.1 mm-0.2 mm，这个间隙中不会通过太多的磨削液，因此可控制使用磨削液的剂量。与传统喷咀相比，使用浮动喷咀技术将减少砂轮的磨损量。虽然普通的喷咀可以大量地喷洒磨削液，但是前期使用过程的磨损较为严重，即使处于正常的磨损状态，也会提高砂轮的磨损率；但是使用浮动喷嘴方法，极大减少磨削液的用量，反而降低了砂轮的磨损力，并可保持平稳运行
状态。
以切削加工来看，使用切削润滑液是最常见、应用最多的润滑形式之一，但是由于切削液的润滑适应温度相对较低，再加上制造和使用、排放等过程中，对生态环境造成严重威胁，因此当前受到一定限制；采取抗磨涂层润滑技术、刀具表面润滑技术，具有广泛的应用前景，但是由于涂层容易脱落并失效，也要慎重使用；经大量应用实践表明，采取刀具自润滑技术，可有效控制摩擦力，保障抗磨性能，并可控制设备投资成本，减少能源消耗，防范环境污染问题，在今后的切削加工中，将得以全面推广应用。
参考文献
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