完全不使用润滑剂的干式切削技术存在其自身局限性,很难用于硬度较高的材料的切削中,而传统的湿式切削在切削速度较高的情况下效果并不理想,于是微量润滑技术应运而生,微量润滑技术通过使用混入了少量的润滑油剂的压缩空气,喷射到刀具与工件的接触部位,从而达到减小摩擦、降低温度的作用,实现减小刀具磨损、提高加工效率和工件表面加工质量的目的。微量润滑技术极大的减少了润滑剂的使用,这在减轻了润滑剂造成的环境污染的同时,也降低了切削的成本,因为在传统切削加工过程中,切削液相关的成本要占到约15%。由此可见,采用微量润滑技术在经济上具有明显的优势。
微量润滑技术的效果受到诸多因素的影响,雾滴的直径和方位、喷雾的速度和流量的大小决定了冷却液雾滴能否有效的到达切削区,雾滴自身的粘度、密度、张力和热容决定了冷却的效果。同时,加工工艺包括切削三要素、机床自身的特性甚至夹具的装夹方式都会影响到润滑的最终效果。同时由于最小量润滑技术的最小量难以确定,同时,使用的润滑剂仍有一定毒性,无法做到完全对环境不造成危害。因此,最小量润滑技术实际上仍然属于准绿色切削技术的范畴。
最小量润滑技术衍生出了把压缩空气温度降低到零下数十度,在与润滑剂进行混合的低温雾化润滑技术,这一技术虽然效果更好,但仍然无法解决其会对环境造成污染的问题。
1.2.3 冷风切削技术
冷风切削技术属于微量润滑技术的衍生,又称为低温下的微量润滑技术,是“通过低温空气代替冷却剂”这一构想的产物,即通过向切削加工区域喷射-10℃~-50℃混合微量的无公害油剂来代替切削液进行降温、润滑和排屑。
冷风切削技术拥有较好的润滑连续性,这是由于压缩空气可以将润滑剂的油粒连续的送达刀具与工件的接触位置,形成均匀的润滑油膜,从而实现连续的冷却和润滑。冷风切削技术通过喷射冷空气使切削区域处于超低温的方法,使工件
拥有较高的加工脆性,从而提高加工性能、改善切削加工的质量、减少残余应力并且有效抑制刀具的磨损。冷风切削使用的润滑剂往往用量极少,降低了生产成本、提高了生产效率,且由于冷风切削形成的切屑无油污,可以直接回收,进一步降低了对环境所造成的污染。同时由于冷风切削通过降低温度的方式极大的改善了切削材料的工艺性能,从而在加工难加工的钛合金、不锈钢、高温合金等材料时可以获得远胜于传统加工方式的加工效能。
冷风切削分为内冷和外冷两种冷却方式,前者通过外置的喷头对加工区域直接喷射冷气流,而后者则是通过刀具自带的喷射孔对切学位置实施冷却。通常来说,内冷却方式的冷却效能更高,但需要新式设备的支持,而外冷却方式可以较好的运用于各种旧型机床的升级改造。目前,市面上已经出现了冷风射流机这一新型设备,拥有良好的市场前景。
虽然冷风切削技术拥有众多的优点,但是冷风切削技术作为一门新技术仍然存在一些问题有待解决,例如如何保持带有刀库的加工中心的刀具与冷风喷嘴的相对位置的问题、如何实现冷风射流机与复杂机床的衔接、如何获得最佳的切削参数的问题等等。要实现这一新技术的推广,这些实际生产过程中出现的问题还需要解决。
1.2.4 水蒸汽润滑技术
使用水蒸汽作为冷却润滑剂是逆向思维的成果,由前苏联科学家提出,一反使用低温空气作为冷却润滑剂的一般思路做法,大胆的采用了水蒸汽作为冷却润滑剂,并取得了良好的效果。