HAM 在 Hermle C 12 U 上测试 Knoll 微量润滑加工钛合金

德国HAM Präzision通过其加工性能中心（Performance Center），对Knoll AerosolMaster ATS微量润滑技术进行了实际加工测试。结果表明，在保持切削参数、表面质量和尺寸精度的情况下，微量润滑能够显著减少冷却润滑剂的消耗，同时降低后续清洗和维护工作量。通过刀具、刀柄与润滑系统的协同优化，HAM进一步验证了微量润滑在钛合金等难加工材料上的应用潜力。

HAM Präzision（Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier GmbH）位于德国施文迪（Schwendi），成立于1969年，主要生产整体硬质合金刀具和聚晶金刚石（PKD）刀具。除标准刀具外，公司还针对客户的具体加工任务开发特殊刀具和组合刀具。

HAM Präzision负责人Raffael Eberle介绍：“我们帮助客户优化加工过程、缩短加工周期，并减少换刀次数。因此，我们开发了大量特殊刀具和组合刀具，这部分业务约占公司销售额的70%。”

对HAM而言，加工过程分析和工艺优化不仅服务于自身生产，也是帮助客户解决复杂加工问题的重要组成部分。

微量润滑（Minimalmengenschmierung，MMS）在金属切削领域已经应用多年，但在实际生产中，部分加工企业对于这种加工方式仍存在疑问。尤其是在加工钛合金等难加工材料时，如何在减少冷却润滑剂用量的同时保持刀具寿命和加工过程稳定性，是实际应用中需要重点考虑的问题。

HAM Präzision负责人Raffael Eberle认为，微量润滑本身并不会导致加工环境恶化，关键在于润滑系统能否将适量的润滑介质准确输送至切削区域。

“不能简单地认为微量润滑会导致加工环境变差。关键在于是否采用了合适的系统。”

图1：HAM加工性能中心中的Hermle C 12 U加工中心承担全部钻削和铣削加工任务，可采用乳化液、干式加工以及Knoll AerosolMaster微量润滑系统进行加工。© Knoll

HAM采用的是Knoll AerosolMaster ATS微量润滑技术。该系统利用空气和油形成细微气雾，并将其定向输送至刀具切削刃附近。由于润滑介质的消耗量较低，机床内部不会像采用传统乳化液加工时那样产生大量液体残留。

在实际加工条件下验证润滑方案

为了在接近实际生产的环境中验证刀具和加工方案的性能，HAM于2019年建立了加工性能中心（Performance Center）。该中心覆盖从数字化零件模型、加工仿真到实际机床加工的完整流程，并与Hermle、Knoll、Zoller、SolidCAM、Lang Technik、Blum和Diebold等企业开展合作。

HAM总经理Günter Eberle表示：“我们利用HPC（HAM加工性能中心）向客户展示整体硬质合金和PKD刀具在实际切削过程中的表现，包括切削性能和加工过程稳定性。同时，这里也向合作伙伴开放，可用于测试和客户演示。”

加工性能中心配备了一台Hermle C 12 U五轴加工中心，也是HAM比较不同润滑方式的重要测试平台。该机床既配备Knoll的冷却润滑剂（KSS）乳化液过滤系统，又安装了AerosolMaster ATS微量润滑系统，因此可以在相同的机床和加工条件下，对传统乳化液与微量润滑进行比较。

Knoll的过滤和排屑设备长期应用于HAM自身生产。Raffael Eberle表示：“如果涉及高质量的冷却润滑剂处理和过滤，Knoll一直是我们的首选合作伙伴。”

在此基础上，双方进一步合作，将AerosolMaster系统集成到Hermle加工中心上。HAM应用技术工程师Marc Schäfer介绍，AerosolMaster结构紧凑，安装并不复杂，在Hermle提供必要接口后即可完成集成。

将气雾精准输送至切削区域

与部分传统微量润滑系统相比，AerosolMaster的特点之一是能够形成更加细微的气雾。Knoll AerosolMaster产品经理Benjamin Hailfinger解释道：“我们的专利技术能够利用合成油和空气形成稳定、细微的气雾，并将其输送至刀具切削刃。”

对于高速旋转的刀具而言，油滴尺寸会直接影响润滑效果。如果油滴过大，在刀具高速旋转过程中容易受到离心力作用而偏离切削区域，从而难以有效发挥润滑作用；而足够细小的气雾则能够更准确地到达切削刃，并在加工过程中逐渐蒸发。

因此，气雾的形成与输送方式对于微量润滑系统的实际效果具有重要影响。AerosolMaster通过对油和空气进行处理，使润滑介质能够以细微气雾的形式持续输送至切削区域。

图2：HAM生产的整体硬质合金和PKD刀具，即使是目录标准刀具，也具有镜面级表面和经过定义的刃口处理，有助于改善排屑性能，因此适用于微量润滑加工。© HAM

减少润滑剂用量，也减少后续清洗

微量润滑的优势并不只体现在切削区域。由于润滑介质能够直接输送至切削刃附近，实际使用量可以控制在较低水平，同时也能够减少传统乳化液加工过程中的维护和后处理工作。

Marc Schäfer表示：“通过在切削刃位置提供有效润滑，可以提高刀具寿命。同时，由于润滑介质消耗量非常低，系统也能够减少资源使用。”

AerosolMaster系统的润滑介质消耗量约为每小时3至25毫升。相比传统乳化液加工，采用微量润滑后，可以减少冷却润滑剂的日常维护工作，例如pH值检测，以及用于抑制微生物滋生的辅助剂添加。

机床内部残留减少，也会影响工件的后续处理。对于部分零件而言，加工完成后可以减少甚至省去额外的清洗工序。

HAM曾以医疗技术零件进行验证。Michael Schließer介绍：“过去，一个医疗技术零件在传统加工后，需要经过十个不同的清洗和检测工位。而采用ATS加工后，这一数量减少到了四个。”

在HAM看来，微量润滑的适用范围并不局限于某一种材料。Günter Eberle表示：“借助Knoll MMS系统，我们能够覆盖铝、钢以及钛等多种材料加工。虽然很多加工人员对此仍存在疑问，但实际测试已经证明这些应用是可行的。”

钛合金加工测试验证MMS性能

为了进一步验证微量润滑在难加工材料上的表现，HAM在开发一款面向钛合金加工的新型刀具系列时，对AerosolMaster ATS进行了专项测试。

测试没有局限于某一道单独的切削工序，而是设计了一款包含多种加工操作的测试零件，涵盖粗加工、iMachining铣削、全槽加工、钻孔、攻螺纹以及精加工等环节。通过较为完整的加工流程，HAM可以观察微量润滑系统在不同加工环节中的实际表现。

测试结果显示，采用ATS系统后，HAM仍然可以使用与乳化液加工相同的切削参数，同时保持相同的表面质量和尺寸公差。在此次测试条件下，更换润滑方式并没有对零件的加工质量和尺寸精度造成明显影响。
2023年，HAM围绕钛合金加工举办了一场技术研讨活动，并现场展示了相关测试结果。部分参与者此前对微量润滑在钛合金加工中的应用持怀疑态度，而实际加工结果为其提供了新的参考。此后，HAM又针对其他难加工材料进行了进一步测试。

刀具设计与微量润滑协同优化

对于HAM而言，微量润滑并不是简单地用一种润滑系统替代另一种冷却方式。如果要在实际生产中获得稳定的加工效果，还需要从刀具、刀柄以及加工参数等方面进行配合。

在加工成本压力增加以及降低CO2排放需求不断提高的背景下，Raffael Eberle认为，加工企业有必要重新审视冷却润滑剂在整个加工成本中的占比。

他指出：“如果减少乳化液使用，而乳化液通常占切削加工成本的7%至10%，那么其中存在的节约空间可能高于刀具成本优化带来的收益。刀具通常只占加工成本的4%至6%。”

因此，HAM也针对微量润滑加工条件，对部分标准刀具进行了优化。这些刀具采用HAM自主开发的HSF（Hybrid SurfaceFinish）混合表面处理工艺，包括刃口处理和表面抛光。

经过优化的刀具表面能够降低切削力和热量产生，改善排屑条件，并降低积屑瘤形成的风险。Raffael Eberle表示：“这些特性对于所有切削加工都很重要，而在微量润滑加工中尤其关键。”

钻削刀具同样进行了针对性设计。HAM用于MMS加工的钻削刀具采用特殊刀柄结构，并对接口密封进行了优化，使气雾能够有效到达刀具切削刃。由于AerosolMaster的工作压力达到10 bar，接口密封性能对于保证气雾输送效果尤为重要。

从润滑系统到刀具、刀柄和加工参数，HAM通过对整个加工过程进行匹配，使微量润滑能够在实际生产条件下保持稳定运行。对于钛合金等难加工材料而言，这种系统性的工艺优化，也成为评价MMS实际应用效果的重要依据。

本文译自：德国Werkstatt und Betrieb杂志

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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