達姆施塔特工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機床研究所（PTW）除了提供對汽車(chē)動(dòng)力總成系統鋁合金、鑄鐵和燒結材質(zhì)進(jìn)行面向應用的切削研究的成果外，還提供進(jìn)行經(jīng)濟和生態(tài)評估的完整的方法，以及成功實(shí)施微量潤滑切削技術(shù)的戰略。

在切削加工工業(yè)中，目前比以往任何時(shí)候更需要重視能源和資源的利用效率，環(huán)境和勞動(dòng)的保護，減少二氧化碳的排放以及生產(chǎn)的可持續發(fā)展。同時(shí)必須在經(jīng)濟上 進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝。在這個(gè)應優(yōu)先考慮的領(lǐng)域，可以通過(guò)創(chuàng )新的“綠色”工藝挖掘新的合理化潛力，而微量潤滑技術(shù)能夠為此作出很大的貢獻。

對于汽車(chē)動(dòng)力總成系統零件的大批量切削加工，就其加工費用的構成所進(jìn)行的分析表明，使用傳統的大流量乳化冷卻液，其費用要占到構件制造費用的15%，這比刀具費用所占的份額約高3倍（圖1）。冷卻潤滑液系統的費用，除了購置冷卻潤滑系統的固定費用外，還包括冷卻潤滑設備運行的日常支出（冷卻潤滑液的采購、定期保養和排放等費用）。在德國有非常嚴格的廢物排放規定，廢料的排放費用比冷卻潤滑液的購置費還要高。同樣，還有維護、維修以及能源和清理切屑等方面的費用。在這里，我們不討論由于使用冷卻潤滑液所造成的嚴重環(huán)境污染（由于泄漏造成土壤、水源和空氣的污染）對健康的危害（肺病和皮膚濕疹）。

上述問(wèn)題特別促使了西歐和美國的著(zhù)名汽車(chē)制造商紛紛轉變想法，紛紛放棄使用傳統的冷卻潤滑的戰略。在MAG IAS公司，近三年來(lái)提供了適合于微量潤滑系統使用的生產(chǎn)系統已占到銷(xiāo)售的生產(chǎn)系統的40%多，而這種趨向還在不斷擴大中。但是，要是完全放棄冷卻潤滑液會(huì )對加工過(guò)程的可靠性和有效性產(chǎn)生負面的影響。冷卻潤滑液除了承擔著(zhù)冷卻和潤滑的任務(wù)外，還起到諸如從加工區和機床運走切屑的其他重要作用。

即使在較少潤滑液供給的情況下，仍能確保潤滑的關(guān)鍵技術(shù)是微量潤滑技術(shù)。對于這種技術(shù)，能做到“需要時(shí)供給必需多的潤滑介質(zhì)，減少時(shí)則盡可能供應少量的潤滑介質(zhì)”，人們把一個(gè)可持續發(fā)展的，并且在清潔實(shí)施的情況下仍是比較經(jīng)濟的技術(shù)同采用微量潤滑技術(shù)結合了起來(lái)。

微量潤滑技術(shù)的特點(diǎn)是以最少的潤滑液輸送到切削的作用部位。作為潤滑介質(zhì)載體的壓縮空氣，采用的壓力為4～10巴。因為所使用的潤滑液（通常是脂油和脂肪族醇）幾乎完全被蒸發(fā)掉，不進(jìn)行回收，給切削部位連續輸送“新鮮”的潤滑油。其潤滑油的消耗量要比通過(guò)切屑和工件本身所帶走的冷卻潤滑液少好多倍。微量潤滑的油耗通常每過(guò)程小時(shí)5~50ml。在成批生產(chǎn)中，采用通過(guò)主軸內部的單通道和雙通道潤滑裝置。采用單通道技術(shù)時(shí)，先在潤滑裝置中產(chǎn)生油霧，然后將油霧輸入主軸的回轉接頭。而對于雙通道技術(shù)來(lái)說(shuō)，介質(zhì)的混合是在主軸-刀具接口處進(jìn)行的。Bielomatik Leuze公司可提供單通道和雙通道潤滑技術(shù)，這兩種技術(shù)在實(shí)際應用上有不同的優(yōu)點(diǎn)（見(jiàn)表1）。

根據專(zhuān)家的意見(jiàn)，大部分加工過(guò)程采用較少的油量（小于25ml/小時(shí)）就足夠了。發(fā)動(dòng)機的變速箱體，目前使用5ml微量潤滑油的總消耗量已能夠可靠地進(jìn)行加工。挑戰性的切削過(guò)程（例如鉆孔、鉸孔和攻絲）為有效地進(jìn)行生產(chǎn)需要很多的潤滑油（約達200ml/小時(shí)）。此外，當潤滑介質(zhì)的供給距離較長(cháng)時(shí)，推薦采用雙通道微量潤滑系統。但是,所采用的技術(shù)和潤滑油量很大程度上取決于加工工藝、構件所要求的加工質(zhì)量、刀具和所采用的切削用量等綜合因素。除了減少潤滑油耗外，一種可看得出來(lái)的趨向是減少壓縮空氣，以便進(jìn)一步降低生產(chǎn)費用和提高加工過(guò)程的可靠性。

除了所要選擇的微量潤滑技術(shù)參數外，有針對性的開(kāi)發(fā)適合于微量潤滑技術(shù)用的切削刀具是成功實(shí)施這種技術(shù)的重要組成部分。例如對于深孔鉆削加工來(lái)說(shuō)，這種情況就變得更為明顯。在這里，通過(guò)每小時(shí)幾百升流量的內高壓冷卻就能夠毫無(wú)問(wèn)題地從較深的孔中排除切屑，而在采用微量潤滑技術(shù)時(shí)常常會(huì )出現切屑被卡住的情況，由此導致刀具的損壞。加工所產(chǎn)生的切削熱，大部分被刀具和工件所吸收。由于變化的機械熱負荷和不適當的刀具系統導致較低的刀具壽命和較差的工件質(zhì)量。除了例如通過(guò)有針對性的進(jìn)給方向前角的變型改善鉆頭和鉸刀的斷屑和排屑性能外，通過(guò)給切削部位連續和足夠量地輸送油-氣混合潤滑介質(zhì)有著(zhù)重要的優(yōu)化潛力。應根據通過(guò)實(shí)驗建立的模型來(lái)計算和確定刀具中冷卻通道的位置、橫截面和與相鄰冷卻通道的接合點(diǎn)。

由于在汽車(chē)工業(yè)中較多的采用復合刀具，即使是對于其他的加工刀具，冷卻通道的設計也應受到普遍的重視。在鉆削和鉸削過(guò)程中所獲得的知識也可以用于多階梯復合刀具上。除了刀具內部的冷卻通道外，刀柄的鎖緊件和夾緊系統冷卻介質(zhì)的傳輸管件也十分重要。內部空腔應通過(guò)結構措施進(jìn)行消除，以避免產(chǎn)生潤滑介質(zhì)的離析。圖2所示是Guhring公司根據德國工業(yè)標準DIN69090專(zhuān)門(mén)為微量潤滑技術(shù)設計的工具接口。

在將來(lái)，將通過(guò)采用高效微處理器與易于操作的有限元程序相結合來(lái)適應刀具微型結構的發(fā)展。重點(diǎn)是通過(guò)有針對性的改變主切削刃和副切削刃的幾何角度，以減小所產(chǎn)生的熱通量密度來(lái)支持開(kāi)發(fā)節約資源的新刀具結構。

在生產(chǎn)廠(chǎng)家和用戶(hù)所進(jìn)行的微量潤滑液的噴射試驗，會(huì )產(chǎn)生較高的時(shí)間消耗和費用開(kāi)支，但是直到現在，這對于了解微量潤滑技術(shù)的性能和進(jìn)行結構上的優(yōu)化還是必要的。制造刀具的額外花費和質(zhì)量檢驗上的耗費，使刀具的購置費用也會(huì )跟著(zhù)增加20%。

當觀(guān)察一下當前汽車(chē)制造廠(chǎng)家利用微量潤滑技術(shù)加工汽車(chē)動(dòng)力總成系統眾多零件的情況，可以表明，即使會(huì )增加刀具費用，然而刀具制造廠(chǎng)家值得在開(kāi)發(fā)適合于微量潤滑用的刀具系統進(jìn)行投資。除了首次采用微量潤滑技術(shù)進(jìn)行加工的車(chē)輪支架外，采用微量潤滑加工技術(shù)的還有鑄鐵和鋁合金材質(zhì)的變速箱體、缸蓋、缸體和曲軸。

當今，在福特汽車(chē)廠(chǎng)，采用微量潤滑切削技術(shù)的機床數量達到三位數。目前，例如在新興市場(chǎng)有更多安裝了這樣的設備。在2011年，戴姆勒公司采用微量潤滑切削技術(shù)的機床超過(guò)了800臺。應用微量潤滑切削技術(shù)的發(fā)展趨向十分明顯。圖3提供了一個(gè)關(guān)于目前采用微量潤滑切削技術(shù)所加工的一些產(chǎn)品類(lèi)別。

微量潤滑技術(shù)幾乎唯一是限于采用具有一定幾何形狀切削刀刃的加工工藝上。所提及的鉆孔工序，仍然要十分謹慎的考慮，特別是對于小于2mm直徑和刀具長(cháng)度大于75倍直徑的鉆頭，進(jìn)行加工要更加小心。氣門(mén)機構和噴油嘴的孔加工，這對于生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)是一種挑戰。在發(fā)動(dòng)機的研發(fā)中，趨向于小型高增壓的總成導致采用新的耐高溫的材料。采用微量潤滑特別是難于解決較高的溫升。但是，在原則上，可以實(shí)現任何一種加工工藝，這取決于正確的調整。為了成功地實(shí)施微量潤滑切削技術(shù)，所有參與切削加工的企業(yè)之間進(jìn)行密切的合作是必要的，特別重要的是用戶(hù)要向機床或刀具制造廠(chǎng)進(jìn)行信息反饋，以便進(jìn)一步改善微量潤滑切削過(guò)程。為了成功應用微量潤滑切削技術(shù)，需要用戶(hù)為實(shí)施這種工藝作出果斷的抉擇。

關(guān)于微量潤滑設備，接受調查的用戶(hù)情況表明，設備的使用沒(méi)有統一的說(shuō)明，最終的問(wèn)題是，是否應選擇單通道或是應選擇雙通道，往往只是一個(gè)經(jīng)濟問(wèn)題。而在福特汽車(chē)廠(chǎng)采用的主要是雙通道潤滑系統，在戴姆勒公司采用的主要是單通道潤滑系統。對于諸如深孔鉆削或需要較高轉速的個(gè)別加工工序，在戴姆勒公司的梅塞德斯·奔馳工廠(chǎng)里也采用了雙通道系統，但是，這種雙通道系統在整個(gè)數量上僅起次要的作用。MAG IAS公司認為，這些系統在全球范圍分布的情況是大致相同的。

對于所采用的潤滑介質(zhì)的要求是多種多樣的，最為重要的要求是在具有良好“抗粘結性”的同時(shí)，要有較好的潤滑性能。在潤滑介質(zhì)中斷輸送的情況下，必須要有殘余的潤滑效果。但是，同潤滑介質(zhì)相聯(lián)系的粘附性能，對弄臟機床和工件則產(chǎn)生負面影響。此外，潤滑介質(zhì)會(huì )既不允許進(jìn)一步像化學(xué)反應相互作用，也不可以導致沉積。還有不能對機床操作者的健康和安全性（阻燃）產(chǎn)生損害。一些確切的要求都與加工任務(wù)有關(guān)。對于實(shí)際的使用，潤滑介質(zhì)應容易霧化和可以定量供給，并且具有良好的熱穩定性。在加工鋁合金材料時(shí)，主要采用脂油（一種合成油—譯注），這種油有良好的潤滑性能，如果強調無(wú)潤滑介質(zhì)的殘留物，則往往采用脂肪族醇。在這里，特別對于出現弄臟工件和機床的情況，有必要進(jìn)行優(yōu)化。此外，應改善潤滑油的定量供給。通過(guò)合適的測量技術(shù)，可以針對加工任務(wù)實(shí)時(shí)調整相應的油量。

關(guān)于加工技術(shù)在時(shí)間、費用和質(zhì)量上存在矛盾的場(chǎng)合，可以顯示出微量潤滑切削技術(shù)的一些積極效果。對于一條采用微量潤滑切削技術(shù)的新的生產(chǎn)線(xiàn)，進(jìn)行調試時(shí)，由于比較復雜和可能存在故障的原因較多，產(chǎn)生的費用也就比較高。而反過(guò)來(lái)，這里的投資卻比較少（取消了冷卻潤滑設備和節省了空間）。在運行時(shí)潤滑介質(zhì)的費用比較低，而刀具費用略有增加。而在這種工藝技術(shù)進(jìn)一步推廣和工件數的不斷增加的過(guò)程中，刀具費用的影響預期將變得較小。由于微量潤滑技術(shù)缺少冷卻的作用，工件和機床必要的溫度補償和車(chē)間的空調或構件的溫度調控，這就產(chǎn)生了其他的一些費用項目。如果這些條件都滿(mǎn)足，那么就可以采用較高的切削用量來(lái)減少生產(chǎn)時(shí)間和提高構件質(zhì)量。為了充分利用這種工藝技術(shù)的潛力，例如Mapal和Guhring公司專(zhuān)門(mén)為他們的用戶(hù)提供人員培訓。首先，由于終加工質(zhì)量的提高，通常會(huì )作出有利于采用微量潤滑技術(shù)的決定。在將來(lái)一種可能的方案，也許可以采用夏季用和冬季用的刀具，以適應生產(chǎn)的具體溫度條件。在這里，關(guān)鍵首先在于箱體件的精度要求和構件的清潔度。較小的刀具直徑和較深的加工孔深以及階梯狀的孔型同樣是一種挑戰。例如，噴油孔、氣門(mén)座和導管孔的加工。除了所述的鋁合金外，屬于關(guān)鍵材料的有高強度燒結材料、蠕墨鑄鐵、ADI鑄鐵、鈦鋁合金和高合金鋼。

目前，首先對于機床和構件的清潔度有著(zhù)進(jìn)行改善的潛力。完全放棄零件清洗設備的長(cháng)期目標，在目前，當然還無(wú)法實(shí)現。而在中期，一個(gè)適宜于清洗的構件和噴流效果最佳的清洗設備是一種明顯的改進(jìn)。關(guān)于機床的清潔是力求減少清洗費用。目前，采用干冰對機床加工區進(jìn)行定期的清理是必要的。在Mag IAS公司，對這個(gè)問(wèn)題則是通過(guò)專(zhuān)門(mén)相應的機床設計來(lái)解決。在機床上減少了有可能積聚切屑的平面并在平面上覆蓋了合適的涂層。

近年來(lái)，人們通過(guò)許多面向應用的研究項目來(lái)制訂一些可靠應用微量潤滑技術(shù)的基本準則。盡管進(jìn)行了這些研究工作并成功實(shí)施了微量潤滑切削技術(shù)，然而為了進(jìn)一步擴大微量潤滑技術(shù)的應用，仍需要從整體上進(jìn)行優(yōu)化。當前，在動(dòng)力總成系統零件的加工領(lǐng)域，最重要的發(fā)展趨勢是：

開(kāi)發(fā)用于復合刀具的確定微量潤滑流量的測量設備

噴流效果最佳的刀具冷卻通道

帶有冷卻功能的微量潤滑液的輸送

用于機床的智能清潔模式

構件清洗設備的優(yōu)化

除了上述的趨向外，諸如開(kāi)發(fā)用于微量潤滑技術(shù)的能實(shí)時(shí)調節加工過(guò)程中油量的測量技術(shù)，其進(jìn)一步的發(fā)展趨向將持續下去。微量潤滑技術(shù)較差的冷卻效果，可以在輸送空氣時(shí)通過(guò)集成冷卻功能而得到顯著(zhù)改善，因為采用微量潤滑技術(shù)加工的材料，還包括迄今由于其產(chǎn)生較高的切削溫度必須得采用冷卻潤滑的一些材料。其他的一些措施是有針對性的培訓職工。只有素質(zhì)很高的職工才能保證成功應用微量潤滑技術(shù)，才能充分利用這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。刀具、機床、微量潤滑設備和潤滑材料各生產(chǎn)廠(chǎng)家和用戶(hù)以及清洗系統和其他外圍設備的供應廠(chǎng)商之間的信息交流是不斷改善加工技術(shù)過(guò)程的重要組成部分，這種交流應進(jìn)一步加強。工藝技術(shù)領(lǐng)導之間的定期會(huì )面和提供最新科技知識及實(shí)際經(jīng)驗交流的平臺有利于加速尋找所存問(wèn)題的解決方案并進(jìn)一步推進(jìn)開(kāi)發(fā)工作的進(jìn)展。

達姆施塔特工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機床研究所（PTW）除了提供對汽車(chē)動(dòng)力總成系統鋁合金、鑄鐵和燒結材質(zhì)進(jìn)行面向應用的切削研究的成果外，還提供進(jìn)行經(jīng)濟和生態(tài)評估的完整的方法，以及成功實(shí)施微量潤滑切削技術(shù)的戰略。研究所特別關(guān)注的重點(diǎn)是實(shí)現微量潤滑技術(shù)與低溫介質(zhì)（CO2，N2）的結合，以便將冷卻集成到微量潤滑系統中。不論在有競爭力的產(chǎn)業(yè)工作組里，還是在每?jì)赡昱e行一次的動(dòng)力總成系統零件制造的討論會(huì )上，汽車(chē)行業(yè)的決策者們可以就最新的實(shí)用方法和科技知識進(jìn)行交流。