從90年代中期至今，業界極為關注徹底淘汰金屬切削冷卻液的問題，或者至少使用最小量潤滑(MQL)系統。有幾個合理的理由來考慮這一想法。但是，它並不像原先想象的那樣簡單，有幾個客戶在重新考慮是否完全轉換他們的切削過程。本文將考慮干切削和最小量潤滑切削的可知優點和實際情況。
歐洲的近期實例
一家德國汽車製造商安裝了一條靈活的生產線來生產輪轂，在該生產線上使用機械手來裝載和卸載零件，並且採用最小量潤滑技術。據稱從一組輪轂到下一組輪轂的總製造時間為43秒。通過使用MQL系統，乳化劑以每小時80ml的速率被輸送貫穿至整個軸，而傳統的切削加工每分鐘需要300升乳化劑。機床經專門設計和建造來實現「懸挂加工」，因此，切屑可以直接落下，而不會粘在機床上。
在大眾汽車公司的扎耳茨吉特工廠，採用乾式切入磨削技術來製造他們的新型「泵/噴嘴」 柴油機的鍛壓凸輪軸。凸輪軸的材料為16MnCr5，所達到的公差必須小於5/100mm。已經開發出了專門的刀具來從事該磨削加工。
請注意這兩個實例的相似之處??既不能使用傳統設計的機床，也不能使用現有的刀具。為了利用干切削或MQL切削技術，需要預先規劃、設計、專門的製造技術以及投資，這在一定程度上削弱了乾式或MQL切削技術較傳統加工原理的成本優勢。
採用乾式和MQL金屬切削的原因
之所以考慮乾式和最小量潤滑(MQL)金屬切削，有如下幾條合理的理由：
削液的成本??來自德國的最新統計數據表明與切削液有關的成本相當於全部生產成本的7.5% and 17%。隨著石油原料成本的增長，趨勢是冷卻液的價格在不久的將來繼續增長。
環境成本??處理使用過的切削液和切屑所花費的成本以及相關的生態稅都在增加。生產商們不僅關心對其工廠的地面、機床和油霧收集設備的短期清潔，同時還關心對周圍土地的長期環境清潔成本以及工人們的健康。由於沒有冷卻液泵，所以實現了節約能源。
刀具使用壽命??與鑄鐵或鑄鋼的磨削相比，干切削使刀具使用壽命增加了20%。某些使用MQL的刀具使用壽命試驗表明刀具壽命增長了逾50%，具體取決於加工過程、切削速度和進給。這是因為MQL系統將產生由微小油滴構成的油霧，它通過刀具中心噴射到切削區域上，使切屑更易清除，並且防止微粒粘在切削刀具上。
較快的加工時間??通過採用耐熱刀具材料，例如碳化物，以及較高的主軸轉速，干切削比傳統濕切削的速度快50 - 100%。
無冷卻液霧化??使用干切削或MQL切削，用戶可以保持工廠環境極為潔凈，幾乎沒有煙霧和氣味。這有利於清潔和工人們的健康。
儘管以上理由看起來頗有吸引力，但是，在採用大投資成本進行變化之前，還必須考慮一些實際情況。我們來看看這些實際情況，同時考慮最新的冷卻液技術如何擁有與乾式或MQL金屬切削系統一樣的優點。
乾式和MQL金屬切削系統的實際情況
採用冷卻液(無論是純油或油水混合物)的金屬切削實現了以下功能，包括冷卻機床，調整機床刀具，使刀具和工件之間潤滑，沖洗切屑。干加工和MQL系統能否提供相同的功能？我們來看看實際的情況吧：
雖然切削液原料成本高並且還在增長，但是乾式和MQL系統需要專門的機床和結構設計，以幫助清除切屑，冷卻機床和主軸。許多機床生產商猶豫不決，不敢徹底地重新設計新機床和輔助設備(例如複雜的MQL系統。
由於引進了新的低霧化、長壽命的純油冷卻系統，在初次購買冷卻液的花費之後，額外的潤滑油購買費用降到最低。一個被多次記述的例子就是在戴勒姆－克萊斯勒汽車公司的數個德國發動機工廠內使用Fuchs公司的Ecocut HFN-LE系列潤滑油產品。
通過使用非傳統的切削液??包括酯類，環境成本顯著減少。這些產品的技術優點包括具有清潔劑、分散劑的性能，低發泡，快速放氣，著火點相對較高以及表層兼容。基於植物的潤滑油可迅速被生物降解，大多數情況下，潤滑油在21天內即被分解，這樣就無長期清潔的後顧之憂。這些潤滑油也已經得到改進，具有低霧化的特點，有助於短期清潔。Fuchs石油公司已開發出Planto系列冷卻液，它們是基於植物的冷卻潤滑油，在全球取得了巨大的成功。使用新型節能泵以大大減少機床的年耗電量。
只有某些刀具，主要是銑刀和嵌入刀片，可以利用干切削和MQL切削。鑽深孔還存在著相當大的問題，因為難以清除切屑。鋁合金難以進行干銑，因為細小的切屑微粒變熱，容易粘在切削刀具上，這樣會顯著縮短刀具的使用壽命。
利用乾式和MQL系統可以縮短加工時間，但是有一些限制條件，例如不可能執行長時間的連續切削。記住冷卻液的功能之一是冷卻工件、刀具、切屑和機床。在快速加工時，這些區域的高溫對操作者很危險(切屑的表面溫度高達800攝氏度)，並且會使工件預硬化或變形，由於機床、支柱和刀具的膨脹導致工件尺寸發生變化。MQL不能降低切削溫度。乾式切削在工廠環境中引起雜訊污染。使用冷卻液沖洗工件和切削區域能消除許多這類問題。
雖然乾式和MQL切削系統消除了冷卻液霧，但是生產商和操作者們關心的一個主要問題是金屬粉塵。IPT在德國亞琛對銑削傳統鑄造材料時所產生的粉塵進行了測量，結果表明每加工一千克材料將產生4.5克及其細小的粉塵。最大允許值是MAK閾值6 mg/m3。雖然可以把機床設計成大部分採用垂直表面，並用刷子清潔水平表面，但是加工粉塵會堆積在導軌面上，進入縫隙中，附著在感測器和窗戶上，使得機床的運轉變得很困難。用壓縮空氣或乾冰鼓風這種做法不切實際，成本高昂，而且會加劇金屬粉塵的問題。金屬粉塵的附著也是導致切削刀具使用壽命縮短的一個重要原因。
最後，MQL系統只適用於較窄的應用範圍，不適合於連續生產線應用場合。
許多機床操作者們繼續將乾式切削和MQL系統看作是一種節約冷卻液、環境清潔、健康和生產成本的途徑。如果原來的傳統冷卻系統的確被取代了，那麼可以節約。但是，採用乾式或MQL系統，顯然會出現一系列不易克服的新問題。新冷卻液技術，如LE(低污染)冷卻液、基於植物的潤滑油、刃口添加劑、循環等能夠使操作者們在使用傳統機床和冷卻液系統的情況下，獲得與乾式或MQL系統相同的許多環境、健康和產品成本優點。在轉換到一個乾式或MQL系統時，不能 「像原來那樣」使用傳統機床和刀具，需要考慮特殊的事項以及投資。在有長時間連續切削的場合下，以及在拋光、鉸孔和珩磨應用中，不使用MQL系統。
Fuchs Petrolub公司及Fuchs集團公司已經做了大量的研究，並且和他們的切削客戶、供應商以及一些大學針對MQL系統和適用於MQL系統的冷卻劑進行了實際應用(圖6)。MQL系統使用特殊的基油(基於植物的人造酯)和刃口添加劑，它們已被用於某些特定應用場合，取得了一定的成功，並且將會繼續被Fuchs公司及其客戶們考慮採用。但是，在切削用戶致力於建立一個完全的乾式或MQL系統車間之前，他們應該仔細考慮與所有成本有關的實際情況。
