低溫微量潤滑加工技術(shù)

張慧萍 任毅 薛富國 劉壬航

摘 要：低溫微量潤滑加工技術(shù)（CMQL）是一種新型的切削技術(shù)，在綠色制造中占有著舉足輕重的地位。它完美地繼承微量潤滑技術(shù)與低溫冷風切削技術(shù)的優(yōu)點，在加工過程中具有良好的特性。低溫微量潤滑技術(shù)在降低切削溫度，減小切削力、提升潤滑效果的同時，還使已加工表面的表面質(zhì)量提高，并且了改善切屑形態(tài)，尤其在難加工材料切削加工時，更體現(xiàn)出其卓越的性能。低溫微量潤滑技術(shù)使企業(yè)在清潔綠色加工中，一方面能保證環(huán)保，另一方面又能獲得巨大的經(jīng)濟效益。另外，低溫微量潤滑技術(shù)秉承綠色制造的宗旨，既不會對人類健康產(chǎn)生危害，同時將環(huán)境污染降到最低。隨著綠色制造技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫微量潤滑技術(shù)作為一種綠色切削技術(shù)倍受青睞，在提高生產(chǎn)效益、減少資源消耗和環(huán)境污染方面必將產(chǎn)生深遠的影響。

關鍵詞：綠色切削;低溫微量潤滑;切削特性;潤滑機理

DOI：10.15938/j.jhust.2019.02.007

中圖分類號： TG391

文獻標志碼： A

文章編號： 1007-2683（2019）02-0038-07

Abstract：An important green cutting technology called cryogenic minimum quantity of lubricant（CMQL） plays a very important role in Green Manufacturing. CMQL incorporates advantages from cryogenic wind and minimal quantity of lubricant（MQL） and shows good cutting property in the cutting process. CMQL can reduce the cutting force and cutting temperature and increase the lubrication effect while improving the surface quality and chip morphology. Especially in the process of machining difficulttocut materials， it has unique advantages over other technologies. Enterprises will not only protect environment but also make huge economic benefits by this clean cutting technology. In addition， CMQL inherits the spirit of green manufacturing. This technology does no harm to human health， but also minimizes environmental pollution. It will become more popular in the development of Green Manufacturing and have great significance on the improvement of production efficiency， reduction of energy consumption and environment pollution.

Keywords：green cutting; cryogenic minimum quantity lubrication; cutting property; lubricant mechanism

收稿日期： 2016-11-22

基金項目： 國家自然科學基金（51575145）.

作者簡介：

任 毅（1992—），男，碩士研究生;

薛富國（1957—），男，博士，教授.

通信作者：

張慧萍（1973—），女，博士，副教授，Email：zhping302@163.com.

0 引 言

近年來，隨著我國綜合國力的不斷增強，國家和地方各級政府對環(huán)境的保護更加重視，提倡并支持綠色切削加工技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。目前國內(nèi)對工業(yè)制造的要求不僅僅局限于嚴禁亂排、亂放，更要發(fā)展綠色加工。制造企業(yè)必須發(fā)展和應用無污染的加工技術(shù)。低溫微量潤滑（CMQL）技術(shù)作為目前先進的綠色切削加工技術(shù)，既符合綠色加工要求而且在加工過程中對加工工件、刀具等起到關鍵性作用。

本文綜述了低溫微量潤滑技術(shù)的最新研究進展，總結(jié)了低溫微量潤滑技術(shù)的切削特性、潤滑機理、工藝特性及在切削加工中的應用范圍。概括并分析了低溫微量潤滑技術(shù)存在的問題以及發(fā)展方向，旨在為低溫微量潤滑技術(shù)的進一步研究以及工程應用提供參考。

1 低溫微量潤滑技術(shù)及其切削特性

1.1 綠色切削技術(shù)

傳統(tǒng)切削方式由于在加工制造中出現(xiàn)諸多問題已逐漸不能滿足新時代的加工要求。首先，當切削溫度不斷升高時，刀具表面接觸的切削液會因為溫度過高而出現(xiàn)局部沸騰的現(xiàn)象，沸騰狀態(tài)下會產(chǎn)生許多微小的氣泡，氣泡經(jīng)過不斷地聚集，擴散和結(jié)合形成連續(xù)的油汽膜。導致熱系數(shù)降低，切削區(qū)域不能形成規(guī)則、連續(xù)的潤滑，限制了切削液的冷卻效果，從而影響工件已加工表面質(zhì)量。由于切削液無法附著在刀具表面形成保護膜，會使切屑顆粒在前刀面上積聚成積屑瘤，縮短刀具使用壽命，甚至導致崩刃。在實際生產(chǎn)制造過程，刀具的使用成本占2%～4%，冷卻液的使用成本占14% ～16%，如果再加上其他雜物導致的切削過程不穩(wěn)定，以及對環(huán)境污染的問題將會使切削液循環(huán)再利用的成本進一步提高，因而使用傳統(tǒng)切削潤滑方式加工所付出的代價會越來越大[1]。

由于以上因素，發(fā)展綠色切削技術(shù)勢在必行，綠色切削技術(shù)對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動作用，也將是未來制造業(yè)的發(fā)展方向。其優(yōu)勢在于對生態(tài)環(huán)境和加工現(xiàn)場具有無毒副作用，能夠保證在加工過程中僅產(chǎn)生少量廢氣、廢液和廢渣，是一種對操作人員健康及環(huán)境沒有危害的綠色制造技術(shù)。此技術(shù)對加工時的溫度、切削力、潤滑效果以及加工后的表面質(zhì)量和切屑形態(tài)都有顯著改善和提升，在保證加工效率的條件下，增加產(chǎn)品的質(zhì)量和功能，減少能源耗損，降低生產(chǎn)成本，綠色切削技術(shù)已經(jīng)成為一種全方面兼顧切削加工效率及環(huán)保的先進制造技術(shù)[2]。目前綠色切削加工技術(shù)主要包括低溫干式切削加工技術(shù)、低溫冷風切削加工技術(shù)、液氮射流冷卻切削加工技術(shù)、微量潤滑切削加工技術(shù)、可降解型切削液加工技術(shù)等等。本文介紹的低溫微量潤滑技術(shù)也是一種重要的綠色切削技術(shù)，此加工技術(shù)的發(fā)展和研究對于綠色切削技術(shù)意義重大。

1.2 低溫微量潤滑技術(shù)

低溫微量潤滑技術(shù)，是以微量潤滑技術(shù)為基礎上進一步發(fā)展而來的綠色切削技術(shù)。微量潤滑技術(shù)（MQL）屬于準干式切削，在最佳的切削工作狀態(tài)下使用最小劑量的切削液進行加工[3]，在國內(nèi)外的應用十分廣泛。其原理是利用一定壓力的壓縮空氣與微量的切削液結(jié)合成油霧，然后高速噴射到切削區(qū)域，發(fā)揮潤滑和冷卻的作用，減少了刀具與切屑和已加工表面的摩擦作用，減少刀具的磨損，降低切削溫度，提高工件的質(zhì)量和加工效率[4]。此外，微量潤滑技術(shù)的切削液用量是傳統(tǒng)澆注式切削潤滑的萬分之一左右，切削加工完成后刀具、工件以及切屑表面干燥光潔，切屑可以直接壓縮回收使用，大大減少了清洗成本。微量潤滑技術(shù)的整個系統(tǒng)機構(gòu)簡單，體積較小，易布局，適用于各種機床的切削加工[5]。

低溫微量潤滑的建立是以微量潤滑的作為基礎，結(jié)合低溫切削技術(shù)形成的。低溫切削是通過對切削區(qū)域進行冷卻而降低切削溫度的一種加工方式。在1996年日本的橫川和顏第一次提出了低溫冷風的切削加工方法，從此之后，各國學者們漸漸開展了對冷風切削技術(shù)的研究。低溫風冷能夠均勻減小工件和刀具的溫度，使加工材料的低溫脆性增大，有利于切削加工，減少刀具的磨損，增加刀具的使用壽命，提高工件已加工表面的質(zhì)量，并且對環(huán)境幾乎無污染。

雖然低溫冷風技術(shù)和微量潤滑技術(shù)的優(yōu)勢顯著，但單獨工作時卻存在很多限制。基于這兩種切削技術(shù)，低溫微量潤滑切削技術(shù)就是這兩種技術(shù)相結(jié)合的一種綠色環(huán)保加工技術(shù)，被稱為新世紀的切削法[6-8]。CMQL技術(shù)是將冷風氣流（-30℃～-50℃）與極微量的無公害切削液混合霧化噴向切削點，如圖1所示，在微量切削液和冷風氣流的雙重作用下，可以有效地降低和控制切削點溫度，保持刀具的硬度且不易產(chǎn)生積屑瘤，因此在難加工材料方面上具有良好加工效果，并且可以降低工件表面粗糙度，是一種適用于切削難加工材料的先進制造技術(shù)。CMQL技術(shù)節(jié)約能源與資源，使資源利用率達到最高，使污染程度達到最小化，能源消耗達到最低，符合綠色切削技術(shù)的要求。

1.3 低溫微量潤滑切削特性

大量的試驗結(jié)果證明：低溫微量潤滑技術(shù)能夠明顯地降低切削過程中的切削力。相比于傳統(tǒng)澆注加工，這種新型的綠色加工方法能夠大大提高潤滑性能，其原因在于傳統(tǒng)加工過程中刀具的前刀面會與產(chǎn)生的切屑發(fā)生碰撞摩擦，從而導致潤滑液不能形成流體，而微量潤滑卻可以在切削區(qū)域工件與刀具之間形成潤滑油膜，使?jié)櫥Ч用黠@。

其次，低溫微量潤滑在降溫冷卻方面也有非常好的效果。在切削加工中金屬產(chǎn)生的塑性變形會使切削溫度會變得非常高，而傳熱方式通常為以沸騰傳熱方式為主的，同時伴有表面與空氣流對流換熱、高溫表面輻射傳熱的混合傳熱方式。在低溫微量潤滑加工時，微量潤滑油霧和低溫冷風共同作用，低溫冷風整體降低了切削區(qū)域的溫度，微量潤滑液則降低了刀具與工件接觸面的溫度。

低溫微潤滑技術(shù)可以在保證加工精度的同時減緩刀具的磨損速率，從而提高刀具壽命。國內(nèi)外的學者已經(jīng)通過試驗證實了刀具的磨損機理主要包含磨粒磨損、擴散磨損和粘結(jié)磨損三種磨損方式。低溫微量潤滑技術(shù)可以明顯減緩刀具與工件接觸面的摩擦，有效地減弱了上述三種磨損形式，進而延長刀具的使用壽命。此外，切削力與切削溫度直接影響加工的表面質(zhì)量，減小兩者是提高加工質(zhì)量的有效手段。

低溫微量潤滑雖然在日常切削過程中優(yōu)勢很大，但目前為止，學者們通過一系列切削試驗，并經(jīng)過分析討論得出低溫微量潤滑技術(shù)存在很多的局限。比如：如果產(chǎn)生帶狀切屑，那么切屑會纏在刀具上，而噴射切削油霧的噴嘴與加工區(qū)域的距離不能超過一定的范圍，這樣就會造成冷卻的效果大大降低，導致切削區(qū)域溫度升高。此外，由于加工條件是低溫，而切削液的凝固點又不會太低，因此在實際加工過程中需要著重考慮這方面的因素。同時，冷風機盡管能達到設計要求的0℃～60℃，在試驗研究的條件下也能基本滿足試驗的需求，但風溫、風壓的調(diào)節(jié)范圍有限，靈活性不夠[9]。

2 低溫微量潤滑技術(shù)研究

2.1 低溫微量潤滑的潤滑機理

低溫微量潤滑的機理與切削力、切削溫度有著密不可分的關系。一般認為其就是毛細現(xiàn)象，因為前刀面存在微觀表面粗糙度，其和切屑底面的滑擦和耕犁作用使刀具—切屑接觸區(qū)出現(xiàn)了許多的毛細管，當其和空氣接通時，通過虹吸作用，潤滑液被擠壓進管道中，通過滲入加工區(qū)域內(nèi)，使得潤滑液對加工有冷卻和潤滑的性能?？梢?，毛細管的通透性和潤滑液的潤滑效果有著非常重要的關系 [10]。對于潤滑液的滲入，美國肯塔基大學Willimas J A和Tabor D研究了在加工中，刀具和切屑間有許多的毛細管，潤滑液是利用毛細管滲入到加工區(qū)[11]。俄羅斯的Godlveski V A對潤滑液滲入到毛細管的過程，并得出“微滴蒸發(fā)”潤滑模型[12]。另外，這些毛細管中有著錯綜復雜的毛細管網(wǎng)，其使得潤滑液的滲入相對簡單化。如圖2所示，Willimas J A和Tabor D對試驗進行分析，得出了加工區(qū)域單個毛細管的幾何模型，加工區(qū)域內(nèi)形成的形狀是均勻的小長方體。如圖3所示，Godelvskiy V A也得出了單個毛細管的幾何模型，其是微小的圓柱體。

根據(jù)縱橫交錯毛細管模型，西安石油大學的黃偉教授總結(jié)描述出CMQL油膜的形成過程[13]。如圖4所示，在加工時因為剪切應力和擠壓比較大，隨著切屑的排出位置，縱向主毛細管在切削變形區(qū)出現(xiàn)，橫向毛細管是因為在加工時擠壓和剪切應力的作用下而出現(xiàn)的小硬質(zhì)點（圖4（a）），在刀具與切屑的相向運動中，其會使切屑與工件表面間存在空隙（圖4（b））。毛細管是因為硬質(zhì)點在摩擦力下慢慢增大而成（圖4（c）），而積屑瘤的存在會使其變得明顯。

毛細管的一處和外界相接通時，空氣和潤滑顆粒就會被迅速充滿，在接下來的工作時，外界的潤滑液和毛細管中的相互供給。此刻，翹曲切屑和刀體中也會出現(xiàn)空隙，在外部壓力作用下潤滑油顆粒流入空隙內(nèi)，致使邊界潤滑模型的產(chǎn)生（圖4（d））。

由此可見，油膜的出現(xiàn)主要針對刀片的前刀面部分，而由于擠壓和剪切使得后刀面出現(xiàn)粗糙的刀面。因為刀具-工件間出現(xiàn)許多空隙，微小的顆粒在外部壓力下射入空隙內(nèi)，致使刀具與加工表面形成一層薄薄的膜，使得在加工過程中起到潤滑作用。

潤滑顆粒在外部壓力和冷風的作用下覆蓋在工件和刀具上，低溫冷風會散去加工中的出現(xiàn)的高溫，潤滑油因為冷風的作用下呈現(xiàn)低溫狀，使得其粘度升高形成一種抗壓性良好的油膜。另外，滲透性的強弱還和油霧參數(shù)、切削參數(shù)、噴嘴設計、油霧種類等諸多因素相關。

2.2 低溫微量潤滑切削加工研究

南京航空航天大學的蘇宇設計了一種低溫微量潤滑冷卻潤滑裝置，并進行了銑削鈦合金實驗。CMQL技術(shù)可以減小切削力，有效的改善刀具與工件的摩擦情況。低溫微量潤滑降低了溫度從而改善了刀具與工件的摩擦狀態(tài)，延長了刀具的使用壽命，減小了工件的表面粗糙度[14]。

華南理工大學的賀愛東、葉邦彥等在低溫微量潤滑切削實驗中是采用YT15刀具對304不銹鋼研究，并觀察工件的表面粗糙度和切屑形態(tài)的實際情況。在實驗中CMQL采用高壓冷風冷卻低溫潤滑技術(shù)，該技術(shù)可以在刀具-工件和刀具-切屑區(qū)域直接接觸到潤滑油，保證其良好的潤滑性，減小切削時溫度。CMQL切削相對于干式與濕式切削能夠更加顯著減小表面粗糙度，使斷屑性能得到改善，獲得較好的切屑形態(tài)[15]。

韓國嶺南大學的Tae J K、 Hee S K試驗觀察到低溫微量潤滑可以顯著地減小刀具磨損量、增加刀具使用壽命、降低已加工表面粗糙度、改善切屑形態(tài)并且改變在傳統(tǒng)切削液時刀具崩刀狀況[16-17]。

麥吉爾大學的Iskandar， Y.、Tendolkar， A.等研究了在微量潤滑中油量大小、氣流速度、噴射角度以及與切削區(qū)域的距離對微量潤滑切削的影響，并且對比干式切削和冷卻液切削，微量潤滑能明顯改善加工質(zhì)量、降低切削溫度、減小切削力以及幾何誤差[18]。

波蘭綠山城大學的Maruda、W. Radoslaw等在低溫微量潤滑條件下切削低碳鋼，研究了切屑形態(tài)和表面質(zhì)量，得出在CMQL條件下產(chǎn)生的C型屑有利于自動化生產(chǎn)并且提高了20%的表面質(zhì)量19]。

馬來西亞理工大學的Elshwain、 Norizah等研究了低溫微量潤滑中冷卻氣體對刀具壽命和表面質(zhì)量的影響，對比空氣、氮氣以及二氧化碳得出氣體影響綠色切削的重要因素[20]。

澳大利亞科廷大學的Rinaldy、Brian等對于提高加工環(huán)保意識時指出，低溫微量潤滑作為一種綠色加工方法，增加了刀具壽命并且改變切屑形態(tài)使其易于處理，減少氣體排放并且有很強的經(jīng)濟性[21]。

山東大學的張成梁等在低溫微量潤滑條件下采用雙通道內(nèi)冷的方式進行了銑削H13鋼的試驗，得出雙通道內(nèi)冷方式可以對切削范圍進行直接冷卻，并且延長了刀具壽命和減小切削力[22]。

北華大學的Yuan， S. M.等研究了切削鈦合金時冷風溫度在CMQL系統(tǒng)中的影響，對比MQL得出冷風溫度對切削力、溫度、表面質(zhì)量、切屑都有不同程度影響[23]。

西華大學的張小紅等研究了低溫微量潤滑對滾齒加工的影響，指出這種綠色加工方式對冷卻、切屑清潔和防止生銹有重要作用[24]。

澳大利亞科廷大學的Ginting，Y.R.等學者論證了低溫微量潤滑的經(jīng)濟性，從刀具損耗、潤滑液的使用以及機器維護等方面做了詳細的分析[25]。

臺北大學的Ho， Jihng Kuo等學者提出了一種新型的低溫微量潤滑系統(tǒng)，并對SKD11合金進行了銑削試驗，對比干式切削，這種新型的CMQL系統(tǒng)在切削時切削溫度降低了27%，切削力減小了22%[26]。

挪威科技大學Vishal S.等研究了在端銑鈦合金時壓力對微量潤滑的影響，與干式切削相比，微量潤滑降低了刀具和工件接觸面的磨損，并得出了最佳切削參數(shù)[27]。

巴西大學的Alves學者將微量潤滑與傳統(tǒng)冷卻方式對比，采用不同流量參數(shù)，對磨削加工后的表面質(zhì)量和完整性進行了研究[28]。

伊朗阿米爾卡比爾理工大學的Rabiei等通過建模仿真與試驗研究對比了干式切削、微量潤滑和冷卻液對磨削加工表面質(zhì)量的影響[29]。

廣東工業(yè)大學林海升等研究了低溫微量潤滑與油水混合物兩種方法對車削鈦合金刀具磨損量狀況，同時對比了內(nèi)冷與外冷兩種方式對表面質(zhì)量的影響，得出采用內(nèi)冷時的表面質(zhì)量要優(yōu)于外冷[30]。

印度理工大學的Hauz Khas等在《提高切削加工性在可持續(xù)發(fā)展技術(shù)中的應用綜述》里指出包括低溫微量潤滑在內(nèi)的多種綠色切削方法可以有效降低切削溫度，改善加工質(zhì)量與增加刀具壽命[31]。

2.3 低溫微量潤滑工藝系統(tǒng)研究

低溫微量潤滑技術(shù)中最關鍵的就是低溫微量潤滑系統(tǒng)，此系統(tǒng)受到很多影響因素的交互作用，刀具種類的差異、工件材料種類的差異、工藝的差異和工藝系統(tǒng)設置的差異，所展現(xiàn)出的切削加工性能有很大的差別。在切削過程中，CMQL工藝對加工性能有巨大的影響，不同的刀具、不同的工件以及切削參數(shù)的不同等對低溫微量潤滑的加工性能也有不可忽視的影響[32]。具體來說，在低溫微量潤滑系統(tǒng)中，潤滑液的選擇和與噴嘴有關的參數(shù)對切削加工性能有很大的影響。在低溫微潤滑技術(shù)中，噴嘴是非常重要的部分，它對CMQL技術(shù)應用的優(yōu)勢和效率有很大的影響。西安石油大學的李吉林在對低溫微量潤滑系統(tǒng)噴嘴的設計與研究中得出了噴嘴的最佳噴射性能參數(shù)。山東大學的鄒林濤分析了噴嘴及其下游流場的計算流體動力學特性，得出了冷卻潤滑效果最佳時的噴嘴出口直徑和入口直徑 [33]。南京航空航天大學的蘇宇、何寧、李亮等研制出了一種調(diào)節(jié)響應能力更好的CMQL供給裝置，并給出了噴嘴與刀具之間的最佳距離參數(shù)[34]。

潤滑液的選擇對于低溫微量潤滑系統(tǒng)相當重要。低溫微量潤滑是一種環(huán)保切削技術(shù)，因此其潤滑液必須滿足環(huán)保加工的條件。選擇潤滑液時最重要的四個性質(zhì)是可生物降解、存儲穩(wěn)定、氧化安定和價格合理。目前市面上清潔的潤滑油劃分為3大種：植物油、合成酯、聚乙二醇。此外，根據(jù)不同的加工工藝，所選擇的綠色切削液也不能一概而論。噴射方向所決定的霧液形成及發(fā)生裝置產(chǎn)生油霧相對尺寸對切削性能也會產(chǎn)生一定的干擾，所以靈活掌控這些參數(shù)也是相當關鍵的一個方面。

同時，在低溫微量潤滑系統(tǒng)中還可以選擇高壓高速噴霧方式。這樣不僅對工作區(qū)有清潔效果，弱化了微小切屑、氧化皮對工件和刀具的磨損，提高刀具使用壽命，改善工件表面質(zhì)量。同時也預防了形成積屑瘤，增加了工表面粗糙度，避免了廢液的處理，降低了生產(chǎn)成本，保護環(huán)境防止污染，在綠色生產(chǎn)制造中具有巨大的宣傳作用。

此外，選擇內(nèi)冷刀具，不僅能夠快速降低加工區(qū)域的溫度，并且提高了切屑脆性，容易斷裂。能夠產(chǎn)生微小切屑，就能避免切屑積聚在工件附近，從而避免在切削中人為清理切屑。如果切削刃與冷卻液噴口的更近將會產(chǎn)生很多便利：延長刀具壽命，縮短加工周期、更好的控制切屑、更好的進行冷卻以及更環(huán)保的切削加工[35]。

3 CMQL在切削難加工材料中應用研究

3.1 低溫微量潤滑在鈦合金切削加工中應用研究

鈦合金具有不錯的力學性與機械性，且密度較小，有“未來的金屬”的稱號，尤其是在制造航空產(chǎn)品中，如飛機、火箭、導彈等產(chǎn)品時成為其核心部件的主要材料。但是其本身是屬于難加工材料，切削時刀具磨損嚴重、工作區(qū)域溫度高、加工效率和表面質(zhì)量不容易控制、并且高的加工成本是鈦合金加工中面臨的難題[36-37]。研究人員對切削鈦合金做出大量的試驗，也對鈦合金在低溫冷風下加工進行分析。

中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)的康曉峰、翟南等使用

低溫微量潤滑技術(shù)銑削TA15并對刀具磨損、切削效率、表面質(zhì)量、工件變形方面做了系統(tǒng)研究[38]。在刀具磨損方面，低溫微量潤滑的切削條件下，對于盤銑刀及立銑刀刀具壽命都有不同的提高。其次，采用低溫冷風微量潤滑加工時，加工效率有明顯提高。通過對多把刀具觀察，采用CMQL加工方式時，已加工表面質(zhì)量有顯著的提升，工件直邊的側(cè)彎量減小。

西安石油大學的李吉林學者分別用澆注式、冷風CMQL 3種方式車削鈦合金和45鋼。研究得出，因為使用低溫微量潤滑的加工條件，使得切削力明顯比只有冷風作用的力小。這是由于潤滑液的使用減小了切削力的產(chǎn)生，使其切削力小。研究也表明CMQL下其冷卻比低溫冷風下好很多，但不及乳化液的效果明顯。因為潤滑液遇熱蒸發(fā)，將部分溫度蒸發(fā)散去，并且潤滑液的產(chǎn)生使其摩擦和變形的溫度減小，使得切削溫度下降。綜合以上得出，低溫微量潤滑切削鈦合金時，已加工的工件質(zhì)量比乳化液和冷風加工都要好，并且加工精度比普通車削要高。

3.2 低溫微量潤滑在高強鋼切削加工中應用研究

30CrNi2MoVA鋼是一種應用于兵器工業(yè)上含釩的低合金高強度鋼。熱處理后該金屬具有較高的沖擊韌度，其屈服強度也十分高，且良好的淬透性;切削加工性能好，具有較高的綜合力學性能，是主要用于承受較大沖擊載荷和振動的重要結(jié)構(gòu)件。

北京航空航天大學的袁松梅、劉思等采用硬質(zhì)合金刀具銑削該金屬試驗過程中，對大量的數(shù)據(jù)的對比、觀察和分析發(fā)現(xiàn)低溫微量潤滑切削能夠減少刀刃處的粘結(jié)物形成，使刀具壽命增加;在切削參數(shù)不改變的情況下，低溫微量潤滑技術(shù)能夠使切削力減小，降低切削溫度;相比干切削，該技術(shù)能夠在切削過程中得到良好的表面質(zhì)量39]。

袁松梅等還發(fā)現(xiàn)在干式切削環(huán)境下，刀具磨損最為劇烈，其值遠遠大于低溫微量潤滑環(huán)境下的刀具磨損。傳統(tǒng)切削環(huán)境下的刀具磨損略高于冷風切削，而低溫微量潤滑環(huán)境下的后刀面磨損值最小，且磨損在切削完成時仍就很穩(wěn)定。研究結(jié)果說明，在切削溫度方面，低溫微量潤滑切削最低，其次是傳統(tǒng)切削，最后干式切削。這表明冷風在低溫微量潤滑切削中對切削熱具有明顯散熱效果，且在低溫微量潤滑切削與冷風切削環(huán)境下生成的切屑長度明顯小于另外兩種方式，說明冷風可以對切屑區(qū)起到作用，改善斷屑效果。

3.3 低溫微量潤滑在不銹鋼切削加工中應用研究

在制造不銹鋼方面，低溫微量潤滑切削技術(shù)也有很好的應用前景。由于304不銹鋼具有抗腐蝕、抗高溫等良好性能而被應用于航天、石油、化工、食品、建筑等行業(yè)。但304不銹鋼是相對難加工的材質(zhì)，由于其不宜導熱、黏附性高，要使用較多的切削液來降低溫度、改善工件表面切削質(zhì)量[40-41]。由于切削液會破環(huán)生態(tài)，影響人類健康，它的使用范圍受到限制[42-43]。

華南理工大學的賀愛東、葉邦彥、王子媛等就應用低溫微量潤滑技術(shù)切削304不銹鋼進行了詳細的研究[44]。對比干式和濕式兩種切削方式，研究得出當切削速度較低時工件表面粗糙度均隨著切削速度的增大而下降，當切削速度不斷增加時，各種加工方法下加工后的工件表面粗糙度均隨著切削速度的增大而上升。而所有的加工中，干切時工件表面精度出現(xiàn)迅速的上升趨勢，濕切時表面粗糙度上升態(tài)趨于平穩(wěn)，低溫微量潤滑切削時表面精度上升不顯著 [45]。

4 結(jié) 論

在以可持續(xù)戰(zhàn)略為發(fā)展主題的今天，低溫微量潤滑技術(shù)作為一種重要的綠色加工技術(shù)必將對我國機械加工的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。憑借其自身綠色環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)點，此技術(shù)已經(jīng)適用于銑削、磨削、車削等多種加工方式。在今后發(fā)展中，低溫微量潤滑系統(tǒng)的溫度與油霧流量將成為研究的重點。同時，為了進一步提高降溫和潤滑效果，有關系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計例如噴嘴的結(jié)構(gòu)設計以及系統(tǒng)中輸送油霧與冷風的管道的結(jié)構(gòu)設計等也將成為新的研究方向。

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（編輯：溫澤宇）