MQL深孔钻在曲轴斜油孔加工上的应用

韩子琦

(长春市第二实验学校，长春 130022)

MQL深孔钻在曲轴斜油孔加工上的应用

韩子琦

(长春市第二实验学校，长春 130022)

以发动机曲轴斜油孔加工为例，详细论述了半干式加工(MQL)的作用、硬质合金涂层刀具的特点以及硬质合金钻头配合半干式加工技术在小径深孔加工中的应用。

MQL深孔钻；曲轴斜油孔；半干式加工；刀具涂层

小径深孔加工一直以来都是很棘手的问题，也是机械加工行业恒久的主题。很多专家学者和研究机构为了提高小径深孔加工的精度和效率，一直在不断地探索和努力，已经取得了很大的技术进步，并且在节能环保工作中也作出了应有的贡献。

小径深孔加工的最大的技术进步是：由湿式加工变为现在比较普遍的半干式加工，并且应用了精密润滑给油系统，使加工精度和工作节拍得到了跨越式的改善。随着技术的进步，对于小径深孔加工来说，对设备和刀具的性能也提出了更高的要求。目前，普遍采用硬质合金内冷涂层刀具来对应小径深孔加工，即硬质合金钻头配合半干式加工技术，故MQL深孔钻加工成为小径深孔加工较为先进的方法。

1 加工曲轴油孔的精密润滑装置—MQL的作用

什么是半干式加工呢？半干式加工被叫作Minmum Quantity Lubrication(MQL)，并且已经被应用于大部分工厂中。MQL半干式加工是采用高性能植物油系切削油或自然降解性植物油合成酯，以每小时2～30 mL的超微量，用喷雾方式将油剂只涂于加工点的加工方法[1]。

将现用切削油量减少到其1/10，只使用2～30 mL/h的微量油剂喷涂于刀尖，集合了干式加工与湿式加工优点。其实，喷雾式加工在上世纪初就已经出现，绝不是什么新方法。但是，新的加工方法—半干式加工喷雾还不到以往喷雾量的1/10，所以别名“油气”，实际上只是含了点油分的空气，喷雾几乎是肉眼看不到的微量。半干式加工实际是一种极其接近干式加工的方法，而且所使用的切削油也不同于以往的矿物系油，而是代之以对人体无害、环境负荷小、可降解的植物系油。现在，半干式加工已经被许多工厂采用，效果良好。

因小径深孔加工的钻头油孔很小，为让其形成油雾，加工时必须保证必要的空气流量。MQL就是这样一种从节约能源观点出发，即使是很少量的空气流量也能保证产生细微油雾的装置，并且它还具有能将大粒油雾去除的构造。因曲轴斜油孔钻头的空气通过量小，输送过程中油雾流速缓慢 ，油雾没有液状化(液滴化)，所以，MQL的设计必须是有利于提高有效油雾发生效率，且不易受主轴离心率影响的雾滴直径，并且是能确实喷到刀尖上的装置 (如图1所示) 。即使是微小的油雾，如果在输送过程中流速过快或者有紊流现象发生，也会使油雾液化。另外，在内部给油机中产生的油雾在单向阀、管接头、管路的弯曲部分也会发生液化现象。一旦油雾在输送过程中发生液化现象，在刀具的油孔中吐出的油雾灵敏性就会变坏[2]，因此，一定要注意在微小的通路内确保油雾的流速不要过快或紊流。

MQL内部给油器的技术特点：

MQL内部给油器通过使用高精度的给油泵，保证了最佳的油雾供给，并使油雾高灵敏度地提升，同时保证使用最小的空气流量来供应高效的油雾，使管内油雾的流速控制在极低水平，以保证克服主轴的离心力达到最好，并确保刀具油孔吐出的油雾直径在2.4 um以下。

2 加工油孔的刀具—硬质合金涂层刀具

由于小径深孔加工采用MQL精密润滑，不像以前采用大量的切削液的方式冷却，微量的油雾冷却效果难以抵抗在加工中产生的大量热量。以往，人们主要是重视切削油的润滑和冷却效果，但随着刀具母材的改良及涂层技术的进步，刀具的耐热性也不断提高。

开创小径深孔高能率加工的是刀具制造厂商。以前深孔钻一般都是用高速钢那种韧性强的材质来制造，现在使用的是硬质合金深孔钻，开发成功背景如下：母材微观结构的抗折力和耐崩刃性能的提高；TiAIN等耐热性、耐磨耗效果良好的涂层；通过平滑的涂层膜实现的排屑性的提高；利于排屑性和刀具刚性的最合适芯厚设计，等等[3]。

涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性[4]。切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3～5倍以上；提高切削速度20%～70%；提高加工精度0.5～1级；降低刀具消耗费用20%～50%。因此，涂层刀具可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。

下面介绍一下曲轴油孔加工中使用的硬质合金涂层刀具。

日本丰田发动机厂使用DSSW0479TIN这种型号的刀具来加工曲轴销径斜油孔。

该刀具的材料为硬质合金，设计为直柄、内冷结构，表面涂层TIN，涂层后排屑槽的表面粗糙度为0.8 Ra以下，切削刃顶角设计为140°，两端刃高低差为0.02，横刃角为145°，直径4.95 mm。该刀具使用寿命为100件，每次使用后再研磨涂层，可以循环研磨10次。

基于以上的设计要点，该刀具在实际加工中体现出了其超强的使用性能，通过生产实际的总结发现，这种刀具具有如下优点：排屑性好，切屑分断能力强，刀具不易产生积屑瘤。由于表面涂层，刀具的耐热耐磨性好，在每次刀具正常交换时，在放大镜下观察其磨耗，都小于0.1 mm以下。刀具进给速度可以从原来的102 mm/min提高到480 mm/min，因此加工能率相应地提高了4倍以上。

3 合金刀具与MQL结合的技术特点

小径深孔加工由于采用了MQL半干式加工技术与硬质合金涂层刀具的结合，与以前的枪钻加水溶性切削液的加工技术，具有以下的技术特点。

第一，水溶性切削油加工和MQL加工的切屑形状不同。MQL加工的切屑有小小的卷边，有利于深孔排出。另外，MQL加工的切削明显变小。以上的特点决定了MQL加工中使切屑分断能力强且易于排出的特点。因为硬质合金钻的设计着眼于切屑的排出，加工速度在原来60 m/min的基础上提高到80 m/min，随着速度的提高，切屑的龟裂倾向提高，使分断变得更为容易[5]。

第二，深孔加工情况下，水溶性切削油加工与MQL加工时的刀具寿命、主轴负荷电力，观察主轴负荷电力时发现，水溶切削油在加工途中，其主轴负荷电力中途上升，推测应该是由于切屑堵塞所造成的。而MQL方式加工时主轴的电力负荷比较平稳，因而可以达到节省电力能源的效果。

第三，硬质合金与MQL的组合，使生产节拍变为以前的1/5，如在日本丰田的发动机工厂，同样加工曲轴的生产线，其加工油孔工位的设备，在1998年采用的是高速钢枪钻加水溶性切削液，为了满足生产节拍，使用15台复列设备，在2000年采用了MQL的加工技术，使生产设备减少到了6台，生产节拍也由原来的60 s减少到现在的30 s，而且还产生了许多其他各种各样的效果。

4 结语

随着冷却液使用量减少，油剂与能源消费量得到了大幅降低。鉴于机械加工线上最大的动力消费源就是冷却液泵(切削液循环泵)，同时切削液的废水处理、喷雾等又对地球环境和工厂环境有很大影响。所以半干式加工法也确实实现了节能、节约资源、削减废弃物的目标。

随着加工能率的提高(高速化)，机械台数的减少，实现了投资成本的降低。对比一下两种加工方法的加工效率，枪钻加水溶性切削油的加工条件为 Vc=60 m/min ，fn=0.05 mm/rev，而硬质合金深孔钻加MQL的加工条件为Vc=80 m/min， fn=0.15 mm/rev，可见，后者的加工效率大大提高了。

[1] 卫民.金属工艺学[M].南京：南京工学院出版社，1987.

[2] 肖诗刚.刀具材料及其合理选择[M].北京：机械工业出版社，1990.

[3] 黄如林.切削加工手册[K].北京：化学工业出版社，2004.

[4] 井川，岩坪.机械技术[K].日本：日本丰田公司，1999.

ApplicationofMQLdeepholedrillingincrankshaftobliqueoilholemachining

HAN Zi-qi

(Changchun Second Experimental School, Changchun 130022, China)

Taking the processing of the crankshaft diagonal oil hole as an example, the function of semi-dry machining (MQL), the characteristics of carbide coated cutting tools, and the semi-dry machining technology of carbide drill in small diameter deep hole machining were discussed.

MQL deep hole drilling; Crankshaft oblique hole; Semi-dry machining; Tool coating

TG52

A

1674-8646(2017)21-0008-02

2017-09-02

韩子琦(2000-)，男，学生。