綠色制造、清潔生產(chǎn)是21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的重要特征和基本生產(chǎn)模式。而切削加工是機(jī)械制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，占機(jī)械加工總量的90%以上，因此，切削加工過(guò)程的清潔化問(wèn)題成為研究重點(diǎn)。切削液在切削加工中起著降低切削區(qū)溫度、延長(zhǎng)刀具使用壽命和減少工件熱變形等重要作用，因此，在機(jī)加領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而切削液的使用的也會(huì)引起許多負(fù)面問(wèn)題，如切削液使用費(fèi)用高、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重、危害工人身體健康等。隨著社會(huì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的提高，許多國(guó)家都定了嚴(yán)格的工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步限制了切削液的使用。探索新的機(jī)加工冷卻潤(rùn)滑方法，實(shí)施綠色切削加工技術(shù)既是可持續(xù)發(fā)展的需要，又是經(jīng)濟(jì)性的必然需求。

　　高速切削是高性能加工的一種主要工藝技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、模具、汽車等行業(yè)。然而應(yīng)用高速切削技術(shù)加工具有高硬、高強(qiáng)、耐溫的難加工材料時(shí)，刀具的急劇磨損是制約加工效率的關(guān)鍵因素。目前，通過(guò)優(yōu)化刀具材料與結(jié)構(gòu)僅能在一定程度上提高難加工材料加工效率。

　　在高速切削難加工材料時(shí)，切削區(qū)產(chǎn)生很高的切削溫度會(huì)使刀具急劇磨損，采用有效的冷卻潤(rùn)滑條件，可以有效降低切削溫度，改善切削摩擦狀態(tài)，抑制刀具磨損，成為進(jìn)一步提高難加工材料加工效率的主要技米途徑。

　　在模具加工中廣泛應(yīng)用的微量潤(rùn)滑(Minimal Quantity Lubrication,MQL)技術(shù)，可有效提高加工高硬度模具材料的刀具耐用度;基于液-氣相變高效換熱方式的噴霧冷卻在難加工材料加工中也有較好的效果。

　　利用氮?dú)狻⒍趸肌⑺魵獾冉橘|(zhì)在加下區(qū)形成缺氧氣氛，也能有效改善欽合金等材料的刀具磨損。還可以采用超低溫冷凍和加熱切削等手段來(lái)提高難加工材料的刀具耐用度。

　　由于高速切削難加工材料時(shí)的刀具磨損主要受切削區(qū)溫度和刀-屑摩擦狀態(tài)的影響，任何可以降低切削溫度和減小刀屑摩擦的技術(shù)手段均能有效提高刀具耐用度。基于上述思路，南京航空航天大學(xué)基于強(qiáng)化換熱和高效潤(rùn)滑等技術(shù)對(duì)提高難加工材料的加工效率和加工質(zhì)量進(jìn)行了長(zhǎng)期深人的研究。

　　基于低溫MQL的冷卻潤(rùn)滑技術(shù)

　　由于常規(guī)的MQL技術(shù)在高速切削難加工材料時(shí)，切削區(qū)溫度過(guò)高會(huì)使刀具表面的潤(rùn)滑膜失去潤(rùn)滑效果，采用有效的降溫手段可進(jìn)一步提高M(jìn)QL效果。

　　MQL技術(shù)主要是將壓縮空氣與少量潤(rùn)滑液(10-200mL/h )混合后，形成微米級(jí)的液滴，噴射到加工區(qū)，對(duì)刀具和工件之間的加工部位進(jìn)行潤(rùn)滑。如果能大幅降低現(xiàn)有壓縮空氣的溫度，則一方面可以提高切削區(qū)換熱的強(qiáng)度，改善換熱效果;另一方面，換熱效果的提高又可以使?jié)櫥旱卧诘毒弑砻嫘纬傻臐?rùn)滑膜進(jìn)一步保持潤(rùn)滑能力，從而提高刀具的耐用度。

　　低溫MQL裝置的研制

　　實(shí)現(xiàn)低溫MQL技術(shù)的核心是提供滿足一定溫度、流量的低溫壓縮空氣。目前，用于提供低溫壓縮空氣主要有4種手段:(1)使用低沸點(diǎn)介質(zhì)的間接冷卻;(2)渦流管直接制冷;(3)空氣絕熱膨脹直接制冷;(4)蒸氣壓縮式間接制冷。4種手段各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中蒸氣壓縮式間接制冷是冷風(fēng)發(fā)生裝置研制和開發(fā)中常用的冷源。而以蒸氣壓縮制冷方式研制的冷風(fēng)發(fā)生裝置不能在短時(shí)間內(nèi)使冷風(fēng)溫度達(dá)到要求，且難以連續(xù)調(diào)節(jié)冷風(fēng)溫度。特別是在要獲得更低溫度的冷風(fēng)時(shí)，需采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷，這增加了裝置的復(fù)雜程度，使其不易維護(hù)。

　　目前國(guó)內(nèi)外已有數(shù)家公司(三菱、日立、成田等)生產(chǎn)專門面向切削、磨削加工用的低溫冷風(fēng)發(fā)生裝置。冷源是冷風(fēng)發(fā)生裝置的核心，為提高冷風(fēng)發(fā)生裝置的制冷速度和連續(xù)調(diào)節(jié)冷風(fēng)溫度的能力，提出了一種新型復(fù)合技術(shù)用于低溫MQL。圖1為所開發(fā)出來(lái)的新型低溫裝置以半導(dǎo)體制冷為核心冷源，結(jié)合蒸氣壓縮制冷，并采用新型強(qiáng)化換熱手段。經(jīng)測(cè)試，該新型低溫MQL裝置復(fù)合式冷風(fēng)發(fā)生裝置具有很高的制冷速度和很好的冷風(fēng)溫度調(diào)節(jié)能力，適合切削生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。從圖2可以看出，復(fù)合式冷風(fēng)裝置將室溫壓縮空氣在3min內(nèi)降至-25'C，且調(diào)節(jié)冷風(fēng)溫度由一個(gè)穩(wěn)定值到另一個(gè)穩(wěn)定值時(shí)也只需2-3min。