智能、高效、绿色制造是齿轮加工企业努力追求的目标;智能制造，柔性生产线，干式切削设备，无疑会对企业生产效率、环境带来很大提升，但是巨大的设备资本投入，新技术人才培养等问题，对于拥有大量普通设备的企业面临决策难题。

我们将微量润滑技术用于齿轮加工，一方面用很小的投入改造普通设备，基本达到环境要求，同时提高效率，降低加工成本。另一方面，在满足环境要求的前提下，推动微量润滑技术用于新设备，探索新的优于纯干式切削的加工领域，帮助客户达成高效率、低成本、清洁生产!

一、齿轮加工企业面临的难题

滚齿加工是齿轮加工中应用最多的工艺方法，传统滚齿加工一般采取油冷却方式，但在加工过程中会产生大量油烟，未经处理的油烟，严重影响员工健康，污染大气环境。

随着机床和滚刀性能的提高，滚齿向高速高效化迅速发展，加工油烟也随之加重，难以处理，成为工厂难以治愈的顽疾。

因大量润滑冷却油的使用，工件表面，铁屑中会残留大量油液，加之部分机床泄露，使得地面，转运架等也会滴落粘附很多油品，造成地面，工装污染。铁屑需经甩油处理才能压块处理。油品的浪费也直接导致加工成本的提高。
 

新的环保法施行后，空气、土地的污染后果更为严重，企业将面临严苛的处罚。

目前，齿轮加工工厂油烟处理方式常用的有两种：

1.静电式或离心式机床油烟处理器。

2.烟气集中收集处理系统。

第一种需要定期更换滤芯或清洗滤网，否则就会失效。而且更换耗材也增加了成本消耗。第二种要架设管道，收集罩，大功率风机及油烟处理设备。投资较大，而且生产线设备搬迁时需要重新布局。

近年来，高速干切滚齿机引领起高效，环保的热潮，许多齿轮加工企业引进高效干切滚齿机。但是，加工大模数齿轮工件发热，刀具成本偏高，一直给设备制造商和客户带来困扰。

柔性线，智能加工单元，干切机床在满足高效，高精度的同时，设备和刀具的投入很大，这对于转型升级期的许多企业都是巨大的压力。

二、微量润滑冷却技术(MQL)的原理和优势

机械加工冷却方式目前有传统浇注式，纯干式和准干式三种：

传统浇注式切削技术是指在切削过程中大量浇注切削液实现冷却润滑，以降低切削力和切削温度，延长刀具的使用寿命的切削工艺方法。

干式切削(Dry machining, DM)技术是指在切削过程中不使用切削液，利用高速切削减少刀具和工件接触时间，通过快速移除的切屑带走大部分加工热量，达到稳定切削的工艺方法。

准干式切削技术(Near-dry machining，NDM)是将传统浇注式切削和干式切削的优点相互结合，在切削过程中使用极少量润滑介质，满足加工要求的切削工艺方法。

微量润滑(Minimum quantity lubrication，MQL)切削技术也叫做最小量润滑，是一种典型的准干式切削方法，是指将压缩气体(空气、氮气、二氧化碳等)与极微量的润滑剂混合汽化，形成微米级的液滴，喷射到加工区进行有效润滑的一种切削加工方法。该技术最早由德国学者 KLOCKE 等在 1997 年提出。大量试验及工程应用证明，其具有切削液用量少，可有效减小刀具-工件、刀具-切屑界面摩擦，降低切削力，防止黏结，延长刀具寿命，提高工件表面质量等优点。

围绕 MQL 切削机理的研究基于切削区单个毛细管假设模型展开：英国、俄罗斯学者提出毛细管几何假设模型，其毛细管截面尺寸均为微米级。切削界面毛细管的存在，为润滑剂的渗透提供了空间。随着切削过程中刀具切屑间相对运动的不断进行，单个毛细管均有一定的存在时间，考虑到切削液的渗透过程，当切削液流体渗透毛细管的时间小于毛细管存在时间时，此为切削液具有有效润滑作用的必要条件。传统浇注式切削中，切削液以连续流体形式供给，由于表面张力、摩擦力和沿程阻力等因素的影响，其在微尺度切削界面毛细管中的渗透，存在渗透极限长度;而以微米、纳米级雾粒供应切削液的 MQL技术可在压力差和初始喷射速度的作用下实现对切削区毛细管的充分、快速填充。相关研究表明，MQL 雾粒具有极强的渗透和吸附能力，可在切削界面产生有效油膜，因而降低了摩擦系数、刀具磨损。
 

国内外专家学者的研究成果，也充分证明MQL的优势：

Iskandar Y 等 (2014)进行了基于流量可视MQL优化加工复合材料研究，通过定量的润滑液供给以及气量供给，不同靶距进行铣削实验，研究发现：切削性能方面，相比干切削与浇注式冷却能够降低22%后刀面磨损量，相比只使用压缩空气降低30%后刀面磨损量。同时使用高流量气量供给和小流量润滑液供给条件下的刀具寿命最长。

上海交大刘志强等 (2013)采用不同的涂层刀具对比了干切削以及MQL条件下切削钛合金TC4的刀具寿命及磨损机理研究。实验表明相比干切削，MQL技术能够显著改善刀具寿命。

中北大学李文举等 (2014)采用硬质合金刀具车削1Cr18Ni9Ti油膜水滴冷却润滑研究，实验研究结果表明油膜水滴能够起到很好的冷却润滑效果，减小刀具与工件的摩擦，显著减小切削力，提高工件表面质量，提高刀具寿命。

日本 H Sasahara 等 (2016)使用旋转车刀MQL下车削304不锈钢，研究发现干切削温度高达1000°C，使用MQL以后温度降到900°C，降温能力约10%，同时能够减小后刀面的磨损。

微量润滑技术和传统切削及干式切削比较优势：

1. 显著降低能源消耗，减少二氧化碳排放量，“环保型生产”。

2. 无需冷却液相关设备，减小机床占地面积，降低配件和维修成本。

3. 和浇注式冷却润滑比较，可以显著延长刀具的使用寿命;

4. 微量润滑油用量仅仅是浇注式切削液的万分之一，并且无需回收处理。

5. 加工设备可以获得更高的切削速度，更好的表面质量。

6. 切屑干燥，可直接压块。减少甩干，除油工序，提升切屑回收价格。

7. 可以大幅度减少因浇注润滑油、切削液产生的加工油烟、水蒸气，杜绝工件转运过程滴油、滴水带来的地面和运转架污染，极大节省现场清洁时间。

三、微量润滑冷却技术(MQL)的应用范围

国内典型工厂：

长安福特发动机和北京宝沃发动机的缸体使用MQL技术

长城汽车徐水自动变速器工厂热前车削中心德国WEISSER使用MQL.

加工机床类型：

机床应用包括磨、铣、车、钻、镗、锯切、拉床、搓齿机、滚齿、插齿等。

图示为日本不二越公司的利用微量油雾进行加工的新型拉床。
 

加工材料：

微量润滑技术可以用于加工有色金属、钢材、难加工材料等。

加工刀具：

目前世界上的主要刀具品牌均有微量润滑用刀具，如玛帕、山特维克、瓦尔特、不二越、三菱等。

四、典型微量润滑设备类型和喷雾关键参数

目前应用较多的微量润滑设备按喷雾路径可以分为内冷型和外冷型。按冷却介质区分可以分为纯油雾型和复合型。按喷雾介质温度可以分为常温型和低温型等。
 

根据生产实践、理论研究成果，参考国家标准，我们总结出微量润滑喷雾的主要参数如下：

喷射距离：10-70毫米

供气压力：0.4-0.6MP

润滑剂用量：5-300毫升/小时

冷却水用量：50-2000毫升/小时

射流温度：常温 低温 -5°到-40°

喷射角度：与加工方向约30°

雾粒直径：0.5-20μm

雾粒浓度： 5～20 mg/m3

喷射流量：大于0.3Nm³/min

五、应用MQL技术改造的机床实例

A. 在传统油冷却滚齿机和干切滚齿机上的应用
 

B. 在传统油冷却插齿机上的应用
 

C. 在干切铣齿机上的应用
 

D、在数控车床中的应用
 

六、微量润滑技术应用中的问题点

1、切削基本原理研究，具有切实指导意义的工艺参数研究。

2、盲目乐观，忽视MQL改造带来的负面影响，导致改造失败。

3、客户对微量润滑技术的认知和推行过程遇到问题的态度。

4、大模数(M6以上)和重切削加工MQL的冷却润滑难题。

难点：

■滚齿机、插齿机、剃齿机等机床防护

■机床内铁屑清理排除

■员工加工工作习惯改变