金属切削，尤其是钢铁的切削，大部分使用乳化液进行润滑与冷却。乳化液虽然廉价，且冷却效果好，但乳化液在使用过程中存在着易腐败变质、对操作人员皮肤和呼吸道有刺激性、操作现场卫生状况差、易污染环境以及加工件表面光洁度差等问题。为解决这些问题，国外已经开始研究一种少油润滑的技术，即在刀具表面不断地提供少量的润滑油保持切削过程中的润滑，使得这些问题得到了有效解决，而且加工精度有了进一步的提高。国外在过去的几年里，少油润滑技术在金属加工操作中的应用明显地增加。工厂环境要求更加清洁以及制造商所面临的国际竞争，需要对操作效率（体现在工具寿命和产品质量方面）重新进行评价。工艺体现在铝材的割锯和铜材、不锈钢及低碳钢的加工制造，包括带锯、钻孔、攻丝、挤压和热锻。工艺与金属加工速度一样，在操作中受金属材料的限制。为满足工艺使用的要求，使用合成润滑剂也是必不可少的。

一、在各种加工领域中的应用

1、铝材加工

    这项技术特别适用于铝材加工，即使用一种易于涂抹或粘附在刃具表面上的材料。由于使用少油润滑具有高度的热传导性和相对缓和的条件，由此可能获得高速的切削加工。这项技术对于坯料的加工也特别适用，既可用于圆盘锯或带锯对坯料的定长切割又可用于开坯操作，如除去坯材表面的氧化层然后将其轧制成板、带或箔材，这项技术已经在国外（如南非等国）的铝加工业得到了推广。因为减少了润滑剂的用量，使得切屑有利于重新熔炼加工。在重新熔炼期间，切屑上过量的油会降低熔炉内耐热层的寿命，而采用这项技术就可以解决这个问题。

    在铝加工业中，挤压加工也是该项技术的另一个重要应用领域。铝材坯料的切割采用挤压加工法并且切割面采用电感应加热，使用这项技术由于减少了残留润滑剂而产生了极大效益，如降低了加热成本，减少了因过量润滑剂造成的感应线圈面的污染。

    断面切割需要锋利的刃具以确保切割面的光洁。少油润滑的使用可明显地延长刃具的使用寿命，而且还在长达几个小时的高温热处理过程中减少了铝切面残留润滑剂污染的危害。

2、铜材加工

    同铝材加工一样，少油润滑在铜管制造业获得的好处也非常多。铜材可以在一台立式浇注机内浇注成棒状，铜棒要按预先确定的长度进行切割，由于加工条件的苛刻使得刃具的寿命会很快缩短，因此必须在切割过程中进行适当地润滑。铜棒的切割所采用的方法是在高压条件下进行的挤压切割法，与铝材相比，切割管材上的磨口结构是更加重要的问题，需要使用具有良好极压抗磨性能的润滑剂，而且不会引起铜的腐蚀。

    少油润滑也成功地在用于锻造加工的铜坯切割中进行了使用。在有色金属加工业中的另一个重要应用是对出自浇注炉的热挤压棒材的切割。传统的湿性润滑会导致润滑剂在使用中的外溢，而且湿性条件对类似于锯割的操作是非常危险的。少油润滑是针对350℃条件下的棒材切割，采用一种高比热特性的润滑剂与水混合的不易燃产品。这种产品的应用使刃具的寿命显著提高，而且使锯割操作更加顺利。与习惯使用的湿性切割相比，刀具温度没有明显提高。

3、不锈钢材加工

   在国外，少油润滑在不锈钢管的生产以及在钢管的进一步切割与加工（用于汽车制造的进排气管及催化转化器）中的应用已变得非常重要。由于切割通常会缩短刀具的寿命，为确保使用过程中刀具的锋利，需要采用高极压性和高抗磨性的润滑剂，而且在边界润滑条件下仍保持高度的油膜强度。目前采用了一种氯系润滑剂，在切割中空的工件时，由于刀具的速度相对较慢，没有发生象刀具热积聚的主要问题。“干性”工艺，特别在管件的“定长切割”操作中，消除了管内残留液的问题，在复杂的操作过程中保护了管件。因为不锈钢制造商都直接或间接地涉及到他们产品的出口，他们发现少油润滑有助于保持工作台面的清洁而且能使他们的目标提高到满足ISO14001的要求。

4、钢铁加工

    对于不锈钢，少油润滑主要用于两个方面，即管和线的定长锯割。这些切割操作通常用圆盘锯或带锯实行。在管材的带锯定长切割方面，刃具表面上的热积聚是所关注的。使用少油润滑在操作过程显示，刃具表面没有明显的升温。管件的使用者更喜欢用少油润滑来切割管件，因为在像喷砂清洗这样的后续加工中消除了多种因使用润滑剂带来的困难。

    使用摩擦刃具切割钢材获得了可喜的结果。摩擦刃具依照等离子体切割原理进行切割，如刃具顶端在高转速（线速度为90m/sec）条件下产生的高温，从而使钢材切口软化变得更容易切割。摩擦刃具的一个典型问题就是出现了刃具体的热裂，这是由于切割钢所产生的高温引起的，如此就会减少刃具的使用寿命，使刃具可重新使用的次数明显减少。以前曾采用过一种可显著减少热裂的方法，即在刃具的表面涂上润滑剂来减少刃具的边缘和中心以外的摩擦，这种方法虽然没有润湿刃具而降低了刃具表面温度，但也降低了效率。为此后来使用了一种类似于在以上2.2章节中提到的用于热铜坯切割的润滑剂，通过使用润滑剂也减少了热粒子的飞溅及降低了噪音，而且也减少了这种切割操作对工作台面的冲击危害。

 

二、在各种制造工艺中的应用

    目前，最成功的应用是替代了带锯和圆盘锯所使用的传统湿性水乳化油润滑，而采用“干性”润滑。采用常规的润滑方式润滑快速运转的刀具，结果使操作处在一个有润湿切屑的恶劣环境，而且需要复杂的润滑剂过滤系统和循环系统。在锯片的“干性”润滑情况下，切屑比较容易除去，切割产品表面没有或很少有残留切屑。

    钻孔和攻丝是“干性”润滑的另一个成功应用的领域。钻头或丝锥首先用强气流吹扫清净，然后将润滑剂滴落或散射在上面，就可以进行润滑。但当进行深度钻空时，该技术就受到了限制，因为需要强流体清洗来除去切屑。

三、少油润滑的利与弊

    少油润滑的主要优点就是金属加工环境的改进和工具寿命的提高。有关环境挑战的一个典型例子是一家工厂每年使用的水溶性润滑剂接近40000吨，这就意味着40000吨原料消耗在金属加工操作中而不得不循环使用或以其它方式排出。今天，采用该方法进行同样的操作仅使用了不到八吨的环保型润滑剂，同时也消除了使用传统水溶性润滑剂对操作人员皮肤造成的刺激。

    由于润滑剂每次以滴落方式使用，可确保每次都使用新鲜的润滑剂，因而提高了刃具的寿命而不消耗极压抗磨添加剂，同时也减少了因更换刀具而造成的生产线停工次数以及因刀具较长时间保持锋利而改善了产品的表面质量。另外还发现，在某些情况下，使用这项技术有可能提高进料速度，而不会因温度升高对产品和工具造成危害。

    用TCT型刀具切割固态热钢棒完全可以采用干式润滑而且可以获得金属的高速加工，而且有效地保护刀具、提高刀具的使用寿命。少油润滑虽然不能够降低切削操作产生的切屑温度，但与完全干削相比，却可以有效地保护TCT的尖端。而刀具本身也明显地受益于润滑，因为润滑剂对其形成包裹使得热形变得到遏制。

    当加工件需要在溶剂池内进行清洗时，少油润滑具有延长清洗池使用次数的优势，因残留润滑剂非常少而无需经常补充溶剂。

    在高转速金属加工中，少油润滑技术的使用却受到了限制，因少油润滑的冷却效果不佳。因此对于钢铁或不锈钢材料的加工，仍需要使用大量的水溶性润滑剂。同时在产品加工中应用该项技术还面临着加工精度的问题。当清洗切屑非常重要时，“干性”润滑就显示出了其弱点，尽管用空气替代润滑剂喷射清洗切屑有了显著效果。在精密机械加工领域，可以说“干性”润滑的应用还没有取得成功，因为不能使用风线，刃具完全需要重新设计来满足润滑的要求。

四、少油润滑中的化学产品应用

    当加工工具使用空气/润滑喷射法润滑时，每次润滑剂的用量都非常少，润滑剂的选择和质量是极其重要的。当选择合理的润滑剂化学组分时，不仅要考虑工具和加工设备，还要想到环保要求。由于润滑剂在使用过程中要经常与弹性密封材料、储存器、管线和涂抹器接触，因此必须仔细研究润滑剂与它们的配伍性，以防在使用中突然失效。现存产品表面的残存润滑剂对后续加工的影响也必须考虑，以防污染、腐蚀和零部件的不和谐等。

    然而，现代合成润滑剂和添加剂的发展提供了使用选择机会，用于限量润滑的化学产品研究正在进行，以下是几种已经得到应用的产品。

酯类

    当高速加工软质金属材料而且热量产生不是主要问题时,合成酯类得到了成功的使用。酯类化合物由于其分子特性而具有较高的闪点（＞300℃）和良好的润滑性能，使它们明显地满足使用要求。酯类化合物由于可生物降解性对环境有利，因此是安全的环保型产品。然而酯类润滑剂对弹性密封材料的影响及其复杂性也有可能成为一个问题。如果残存的酯不被定期地清除，它们将会被氧化和聚合，在主要设备上产生残留污物。在升高温度时，残留的酯会形成非常难以除去的污物。

聚异丁烯类(PIBs)

    聚异丁烯类是非常有用的物质,类似于基础油。因为少量的残留润滑剂在长时间的高温条件下容易形成难以除去的污物，而聚异丁烯在±190℃就会分解，很少有残留物。因此当产品经加工后需要进行热处理时，就会发现使用它效果很好。聚异丁烯虽然不能提供类似酯类化合物的切削性能，但它在低速切割金属时还是可以用做润滑剂的。

 聚乙二醇类(PEGs)

    无论金属加工处在高温环境（如切削热工件）还是加工过程产生热量,都会对工具和产品造成危害，而聚乙二醇类可用于限量润滑，可以通过提高其分子量并将它溶于水中来避免闪点问题。聚乙二醇类具有良好的润滑性和高度的水溶性，很适合于这一角色。聚乙二醇类不仅具有良好的润滑性能和热稳定性，还具有低毒、低挥发性和色浅的特点。当使用聚乙二醇时，还要考虑到它对色彩表面的不利影响，以防危害产品和设备。在切割钢管时，使用水溶性矿基切削油，润滑就受到了刃具表面冒出蒸汽的影响。当将一个带锯由湿性润滑改为“干性”润滑时，这一问题就得到了解决。

 试验方法

    在少油润滑技术的润滑剂研究中，我们必须要依赖于实验室试验技术来模拟实际金属加工操作状态。在用于润滑剂评定、且具有安全期限的标准试验材料片方法汇编中，采取了能够满足国际标准MSDS要求的标准试验方法。对于油膜强度试验，依靠SRV法，即一个钢球在一个钢盘上以50Hz的频率进行摩擦。钢球上的载荷以50N/min的速度增加，然后测量摩擦系数。这些方法在比勒陀利亚大学中进行，润滑剂加到钢球/钢盘上的速度为每10秒一滴。当摩擦系数急剧增加时就表明油膜破裂。对于工具表面的磨损试验，采用了标准磨斑直径试验法进行（ASTM D4172-40Kg，1200rpm，75℃，60min）。这些试验都是在标准机构中进行的。

    然而，所有这些钢球在钢片上的试验方法，都没有参照非钢金属的加工操作，因此有必要建立一个钢/铝试验片和钢/铜试验片的试验方法，并且利用现有的试验设备和方法进行。

五、关于少油润滑的未来发展

    有关人士预计该项技术在金属加工操作中的应用会有较快速度的增长。该项技术对减少环境危害是一种有效的手段，对制造商满足ISO 14001国际标准也具有重要的价值。特别是金属加工厂家都非常希望他们的产品能够进军国际市场。使用该项技术的另一个动力就是操作者在工作环境中需要更好地保护皮肤，减少噪音和危害，并解决操作环境的混乱问题。

    在金属加工不断地发展过程中，更多的注意力集中到加工工具方面，因考虑到过硬金属的加工。用于不锈钢切割操作的刃具尖端的等离子氮化，其它如众所周知的HSS工具的氮化，包括添加TiN层、TiCN层和TiALN层等，这些涂层可提高抗磨性能和抗擦伤性能，防止金属粘接刀具而延长刀具的使用寿命。

    要想得到一项有效的金属加工操作（如铝锭的切割），必须考虑到以下三项操作因素才能产生良好的结果：（1）合适的工具（刃具）；（2）合适的加工设备；（3）合适的润滑剂。如果忽略这些因素就有可能得到完全相反的结果。采用现代NDT工艺（如震动分析）观测机械操作，将有可能预测到金属加工操作的最佳实施效果。