微量润滑加工基础理论、技术与应用

袁松梅

北京航空航天大学教授、北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心主任、基础加强计划首席科学家。曾任北京航空航天大学机械制造及自动化系主任、“嫦娥三号”独立评估组专家、中国机械工程学会环境保护与绿色制造技术分会副主任委员等。主要研究方向为先进制造技术及装备，发表论文100余篇，获得发明专利授权30余项，参编著作4部，作为第一完成人获得省部级科技进步奖1项、全国发明展览会金奖1项。

丛书序一

丛书序二

丛书序三

前　言

第1章　概述

　1.1　微量润滑技术的产生背景

　1.2　微量润滑技术的定义

　1.3　微量润滑技术的应用范围

　1.4　微量润滑技术的应用现状和发展趋势

　1.5　微量润滑技术的实施方式

 1.5.1　外部微量润滑技术

 1.5.2　内部微量润滑技术

　参考文献

第2章　微量润滑技术基础理论

　2.1　微量润滑技术雾粒渗透特性

 2.1.1　微量润滑切削界面渗透机理

 2.1.2　真空毛细管的形成

 2.1.3　不同形式润滑剂的渗透特性

　2.2　微量润滑雾粒雾化及传输特性

 2.2.1　MQL液滴尺寸计算

 2.2.2　MQL喷雾流场特性

 2.2.3　内部微量润滑雾粒传输特性

　2.3　微量润滑雾粒吸附特性

 2.3.1　雾粒吸附边界条件建立

 2.3.2　外部微量润滑雾粒吸附CFD仿真研究

 2.3.3　仿真结果验证及分析

　参考文献

第3章　微量润滑技术应用基础

　3.1　润滑剂的选择

 3.1.1　润滑剂类别的选择

 3.1.2　润滑剂物理特性的选择

 3.1.3　含氧化合物作为MQL润滑剂

　3.2　微量润滑空气流量

 3.2.1　空气流量的作用机理

 3.2.2　空气流量的优化方法与案例

　3.3　润滑剂用量

 3.3.1　润滑剂用量优化模型

 3.3.2　润滑剂用量优选案例

　3.4　微量润滑喷嘴方位

 3.4.1　微量润滑的喷嘴方位模型

 3.4.2　微量润滑系统喷嘴方位优化案例

　参考文献

第4章　复合微量润滑技术

　4.1　低温微量润滑技术

 4.1.1　低温微量润滑技术切削机理

 4.1.2　低温冷风微量润滑技术

 4.1.3　氮气低温冷却微量润滑技术

 4.1.4　低温CO2冷却微量润滑技术

　4.2　纳米颗粒增强微量润滑技术

 4.2.1　纳米颗粒增强微量润滑技术机理

 4.2.2　纳米颗粒增强微量润滑应用基础

　4.3　其他复合微量润滑技术

 4.3.1　微量油膜附水滴技术

 4.3.2　超临界CO2增效技术

 4.3.3　超声微量润滑切削技术

　参考文献

第5章　微量润滑系统及其应用

　5.1　微量润滑雾化系统

 5.1.1　喷嘴单级雾化系统

 5.1.2　腔体-喷嘴双级雾化系统

 5.1.3　喷嘴部件

　5.2　微量润滑技术在铣削加工中的应用

 5.2.1　微量润滑技术在钛合金铣削中的应用

 5.2.2　微量润滑技术在高温合金铣削中的应用

 5.2.3　微量润滑技术在高强钢铣削中的应用

 5.2.4　微量润滑技术在复合材料铣削中的应用

 5.2.5　微量润滑技术在铣削薄壁件上的应用

　5.3　微量润滑技术在钻削加工中的应用

 5.3.1　微量润滑钻削加工技术

 5.3.2　钻削加工微量润滑装置

 5.3.3　微量润滑技术在不同材料钻削中的应用

　5.4　微量润滑技术在磨削加工中的应用

 5.4.1　微量润滑磨削特性

 5.4.2　针对磨削的微量润滑装置设计

 5.4.3　微量润滑技术在磨削中的应用效果

　参考文献

近年来，绿色制造已成为切削加工发展的重要主题之一。传统浇注式润滑切削中大量使用切削液，对环境、操作者的健康都造成了严重危害，不可避免地增加了废液治理成本，从而导致制造业成本显著增加，干式切削和准干式切削技术应时而生。其中，微量润滑技术因其良好的冷却润滑作用，成为切削加工领域内的研究热点。1.1微量润滑技术的产生背景金属切削过程中所消耗的功，主要用来克服刀具-工件材料和刀具-切屑之间的摩擦及金属的变形。为获得理想的切削过程，关键要素之一是减小摩擦。切削液早在19世纪中叶就被应用于切削加工过程中，切削液的使用可以降低切削温度及切削力，延长刀具使用寿命，提高生产率和工件表面质量。传统切削液的使用方式为大量浇注形式，其用量为每分钟几十升。切削液的冲刷作用可以减小摩擦、带走部分切削热量，并利于切屑的排出。此外，油基切削液还具有防止机床部件生锈的作用。然而，随着工件材料性能的提升和现代切削技术的发展，切削液的用量越来越大，其负面影响已不容忽视。主要有以下几个方面。1)大量使用切削液增加了制造成本。在欧洲汽车制造业，切削液相关费用占总制造成本的7%~17%，其中包括购买切削液的费用、设备维护费及废液处理费用等。相比之下，刀具相关费用仅占总制造成本的2%~4%。切削液相关费用如图1-1所示。

2)切削液中含有矿物油及硫、磷、氯等对环境有害的添加剂，若排放前未经处理或处理不当，则会对环境造成污染。

3)切削液受热挥发，在车间内形成烟雾，操作者接触或吸入后会诱发多种皮肤病、呼吸道疾病和肺部疾病等，对健康造成严重威胁。4)使用切削液限制了加工过程在线监控技术的实施及应用。世界各国对环境保护问题的重视和可持续发展意识逐步提高，针对制造企业排污问题颁布了多项法律、法规和工业标准。切削液在设计、生产、使用、回收、排放等全生命周期内受到更多的监管和限制。使用传统工艺越来越难以保证企业在市场中的竞争力，这就迫使企业必须探索新的绿色切削技术，改善生产条件，降低生产成本，满足环保需求，创造安全、清洁、高效的生产环境。在绿色切削技术发展过程中，因完全干式切削（DryMachining，DM)技术对刀具、机床、工艺的要求极高，大范围推广受限，准干式切削（Near-Dry Ma-chining）技术便应运而生。其中，最具代表性的微量润滑（Minimum QuantityLubrication，MQL）技术是制造企业实现节能减排的一种有效手段，并日益受到科学界和产业界的广泛重视。微量润滑技术也称为最小量润滑技术，根据已发表的英文文献得知，该技术最早可见于德国斯图加特大学的两位学者Uwe Heisel和Marcel Lutz在1993年发表的关于切削液的研究论文中。1.2微量润滑技术的定义微量润滑技术是用于切削加工的一种绿色高效冷却润滑方式。它是将压缩空气与极少量的绿色切削液混合汽化后，形成微米级气雾，喷向切削区，对刀具与切屑和刀具与工件的接触界面进行润滑，以减小摩擦和黏结，可以显著改善切削加工冷却润滑条件，提高加工质量。由于MQL技术改变了切削液的供给方式，其具有诸多特点：1)MQL技术所使用的切削液用量一般为每小时几十毫升，仅为传统浇注式冷却润滑方式的万分之一。2)MQL技术要求使用的切削液具有绿色环保特性，在提高工效的同时又可降低对环境造成的污染。3)MQL切削液以高速雾粒供给，增加了切削液的渗透性，提高了冷却润滑效果。4)MQL技术可以根据工况确定切削液的最佳用量，同时可利用雾粒回收装置收集悬浮颗粒，减少进而消除切削液中悬浮粒子污染，改善工作环境。1.3微量润滑技术的应用范围国内外已有大量的研究证明微量润滑技术的优越性，该技术在绝大多数切削工况中可完全替代传统浇注方式，并在难加工材料的切削加工中表现出优势。从工艺上，微量润滑技术可应用于车削、铣削、钻削、攻螺纹、磨削、锯削等绝大部分传统加工工艺。面向不同的加工工艺，微量润滑技术充分考虑系统集……

本书围绕我国构建绿色制造体系、实施绿色制造战略的需要，较系统地介绍了微量润滑技术的内涵及意义、微量润滑技术基础理论、微量润滑技术应用基础、复合微量润滑技术和微量润滑系统及其应用。