綠色制造、清潔生產(chǎn)是21世紀機械制造業(yè)的重要特征和基本生產(chǎn)模式。而切削加工是機械制造技術(shù)的一個重要組成部分，占機械加工總量的90%以上，因此，切削加工過程的清潔化問題成為研究重點。切削液在切削加工中起著降低切削區(qū)溫度、延長刀具使用壽命和減少工件熱變形等重要作用，因此，在機加領(lǐng)域得到了廣泛應用。然而切削液的使用的也會引起許多負面問題，如切削液使用費用高、對環(huán)境污染嚴重、危害工人身體健康等。隨著社會環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展意識的提高，許多國家都定了嚴格的工業(yè)排放標準，進一步限制了切削液的使用。探索新的機加工冷卻潤滑方法，實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)廣泛應用于航空、模具、汽車等行業(yè)。然而應用高速切削技術(shù)加工具有高硬、高強、耐溫的難加工材料時，刀具的急劇磨損是制約加工效率的關(guān)鍵因素。目前，通過優(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，切削區(qū)產(chǎn)生很高的切削溫度會使刀具急劇磨損，采用有效的冷卻潤滑條件，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用的微量潤滑(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。

　　利用氮氣、二氧化碳、水蒸氣等介質(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，南京航空航天大學基于強化換熱和高效潤滑等技術(shù)對提高難加工材料的加工效率和加工質(zhì)量進行了長期深人的研究。

　　基于低溫MQL的冷卻潤滑技術(shù)

　　由于常規(guī)的MQL技術(shù)在高速切削難加工材料時，切削區(qū)溫度過高會使刀具表面的潤滑膜失去潤滑效果，采用有效的降溫手段可進一步提高MQL效果。

　　MQL技術(shù)主要是將壓縮空氣與少量潤滑液(10-200mL/h )混合后，形成微米級的液滴，噴射到加工區(qū)，對刀具和工件之間的加工部位進行潤滑。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櫥みM一步保持潤滑能力，從而提高刀具的耐用度。

　　低溫MQL裝置的研制

　　實現(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，其中蒸氣壓縮式間接制冷是冷風發(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發(fā)生裝置不能在短時間內(nèi)使冷風溫度達到要求，且難以連續(xù)調(diào)節(jié)冷風溫度。特別是在要獲得更低溫度的冷風時，需采用多級蒸氣壓縮式制冷，這增加了裝置的復雜程度，使其不易維護。

　　目前國內(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發(fā)生裝置。冷源是冷風發(fā)生裝置的核心，為提高冷風發(fā)生裝置的制冷速度和連續(xù)調(diào)節(jié)冷風溫度的能力，提出了一種新型復合技術(shù)用于低溫MQL。圖1為所開發(fā)出來的新型低溫裝置以半導體制冷為核心冷源，結(jié)合蒸氣壓縮制冷，并采用新型強化換熱手段。經(jīng)測試，該新型低溫MQL裝置復合式冷風發(fā)生裝置具有很高的制冷速度和很好的冷風溫度調(diào)節(jié)能力，適合切削生產(chǎn)現(xiàn)場使用。從圖2可以看出，復合式冷風裝置將室溫壓縮空氣在3min內(nèi)降至-25'C，且調(diào)節(jié)冷風溫度由一個穩(wěn)定值到另一個穩(wěn)定值時也只需2-3min。