微量潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)是一種新型環(huán)保高效率的加工技術(shù)，具有所需磨削液量少、磨削力小等特點(diǎn)，而且有利于刀具的保養(yǎng)，能夠有效提高工件質(zhì)量。但是，微量潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)高壓氣流的冷卻性能十分有限，無(wú)法滿(mǎn)足磨削區(qū)亟須降溫的需求，而傳統(tǒng)澆注式冷卻技術(shù)通過(guò)使用大量磨削液可滿(mǎn)足這一需求。綜述了微量潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)的研究背景、發(fā)展現(xiàn)狀和最新研究成果，以期為進(jìn)一步研究微量潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)的特性和原理奠定理論基礎(chǔ)。

　　磨削是一種重要的機(jī)械加工形式，這種加工形式可保證成品工件的精度和表面質(zhì)量與預(yù)期值不會(huì)產(chǎn)生大偏差。在磨削過(guò)程中，若要改善磨削性能，則需要研究磨削界面的摩擦相關(guān)參數(shù)及摩擦熱相關(guān)參數(shù)，而一些材料尤其是難加工材料的磨削能較高，磨削加工這些材料所消耗的熱量遠(yuǎn)超其他加工方式，并且在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱會(huì)堆積在工作核心區(qū)域，給后續(xù)加工帶來(lái)很大的負(fù)面影響。若不能及時(shí)降低加工核心區(qū)域的磨削溫度，則影響加工件的成品質(zhì)量，而且嚴(yán)重影響加工刀具的使用壽命。

　　為了降低磨削區(qū)的溫度，通常采用將大量的磨削液直接注入磨削加工區(qū)域的冷卻方法，這種冷卻方式就是傳統(tǒng)的澆注式冷卻方式。磨削液能夠保護(hù)砂輪和刀具，延長(zhǎng)它們的使用壽命，還能夠沖去磨削過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑，對(duì)工件表面有一定的防銹防腐蝕作用。

　　在過(guò)去的幾年中，人們逐漸意識(shí)到了傳統(tǒng)的澆注式冷卻方式對(duì)人體、環(huán)境等會(huì)造成不同程度的危害。加工區(qū)大量高溫磨削液對(duì)操作者有或多或少的負(fù)面影響。若要持續(xù)使用傳統(tǒng)澆注式冷卻方式，則需要從原料選購(gòu)到廢料處理等環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的措施，而且需要進(jìn)行循環(huán)處理，因此操作成本較高。由文獻(xiàn)可知，刀具成本約占生產(chǎn)成本的 2%，磨削液成本約占生產(chǎn)成本的 7%。

　　在加工過(guò)程中，砂輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，周?chē)鷷?huì)生成“氣體阻擋層”，使大部分磨削液很難進(jìn)入核心加工區(qū)域，進(jìn)入磨削區(qū)內(nèi)的實(shí)際液體質(zhì)量與所供應(yīng)的總磨削液質(zhì)量之比僅為 5%～40%。因此，往磨削區(qū)大量注入磨削液的方式無(wú)法達(dá)到降低磨削區(qū)溫度并緩解工件與刀具之間摩擦熱過(guò)度生成的目的，只能在有限的范圍內(nèi)降低工件溫度;澆注式冷卻的加工方式冷卻能力不足，導(dǎo)致工件和刀具受到不同程度的損害，并且受熱的磨削液進(jìn)入磨削區(qū)后會(huì)迅速蒸發(fā)產(chǎn)生一種蒸汽膜，進(jìn)一步阻止新的磨削液進(jìn)入亟待降溫的磨削區(qū)，從而形成惡性循環(huán)。因此，澆注冷卻很難滿(mǎn)足磨削冷卻的要求。

　　此外，在磨削區(qū)注入大量的磨削液，會(huì)給砂輪和工件不同程度的流體壓力，進(jìn)而導(dǎo)致砂輪和工件受到不同程度的損害并發(fā)生形變，成品磨削深度也會(huì)受到很大影響。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的澆注供液方式不僅使加工成品形狀和尺寸誤差大，而且需要供給大量的磨削液并處理廢棄磨削液，因此生產(chǎn)成本大大增加。更為嚴(yán)重的是，廢棄的磨削液危害操作人員的身體健康，也會(huì)帶來(lái)一系列本應(yīng)避免的問(wèn)題。

　　綠色發(fā)展是當(dāng)今世界的發(fā)展趨勢(shì)。目前，環(huán)境和資源問(wèn)題已成為人類(lèi)共同面臨的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展已達(dá)成共識(shí)。工業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的必由之路無(wú)疑是綠色制造。作為世界制造大國(guó)，中國(guó)的制造業(yè)目前仍然存在高排放、高消耗、高投入的“三高”問(wèn)題，在能源消耗和污染排放方面都落后于世界先進(jìn)制造業(yè)水平。工業(yè)和信息化部印發(fā)了“工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃”，基本制造工藝的綠色改造大力推廣少磨 削液、無(wú)磨削液的綠色加工技術(shù)。

　　一、綠色磨削加工技術(shù)現(xiàn)狀

　　為了解決傳統(tǒng)澆注潤(rùn)滑所帶來(lái)的各種問(wèn)題，世界各國(guó)的專(zhuān)家學(xué)者們開(kāi)始了在綠色、環(huán)保、健康道路上的探索。綠色冷卻潤(rùn)滑技術(shù)誕生于 1995 年，經(jīng)歷了從干式磨削到準(zhǔn)干式磨削的探索和發(fā)展過(guò)程。

　　綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界的發(fā)展趨勢(shì)，制造業(yè)必須研究新型的潤(rùn)滑冷卻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)健康、安全和環(huán)境友好的生產(chǎn)環(huán)境。傳統(tǒng)的澆注型潤(rùn)滑由于存在污染環(huán)境、危害操作者的健康、使用成本和處理成本高等缺點(diǎn)，不符合當(dāng)前倡導(dǎo)的“可持續(xù)發(fā)展”的理念，甚至限制了一些新興材料向效率高、加工質(zhì)量高的方向發(fā)展。研究人員提出的“綠色磨削加工技術(shù)”這一理念，充分考慮了加工效率和加 工過(guò)程副產(chǎn)物等對(duì)環(huán)境和人體的危害，可將加工過(guò)程對(duì)環(huán)境和人體的負(fù)面影響降到最低。

　　要貫徹“綠色磨削加工技術(shù)”這一理念，需要從加工過(guò)程中使用的磨削液入手。幾種不同綠色磨削加工技術(shù)及其特點(diǎn)見(jiàn)表 1。這幾種綠色磨削加工技術(shù)使用的磨削液并不是傳統(tǒng)意義上的磨削液，而是可替代傳統(tǒng)磨削液并能達(dá)到與其相同效果的壓縮氣體、固體潤(rùn)滑劑、低溫氣體等其他形式的介質(zhì)。

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　　干式磨削加工技術(shù)

　　干式磨削(Dry Machining，DM)是一種典型的綠色磨削加工技術(shù)。在加工過(guò)程中，DM 加工技術(shù)通過(guò)壓縮氣體降低刀具在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的磨削熱。在保證對(duì)刀具造成的磨損程度有限及加工件質(zhì)量的前提下，DM 加工技術(shù)不使用磨削液。DM 加工技術(shù)在機(jī)械加工中的成功應(yīng)用，為綠色機(jī)械加工開(kāi)辟了新的可能性。

　　DM 加工技術(shù)由于沒(méi)有磨削液的參與，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響極小，是名副其實(shí)的環(huán)境友好型加工方式;不使用磨削液，意味著磨削液的使用和處理成本為零，可極大地節(jié)約生產(chǎn)成本;由于沒(méi)有磨削液的參與，刀具在磨削過(guò)程中整體保持受熱均勻，可降低刀具的磨損程度，有效延長(zhǎng)刀具的使用壽命。

　　與傳統(tǒng)澆注式潤(rùn)滑方式大量使用磨削液不同，DM 加工技術(shù)在加工過(guò)程中完全不依賴(lài)磨削液，可避免因使用大量磨削液所造成的各種危害。然而，因?yàn)椴皇褂媚ハ饕?，?huì)使整個(gè)加工過(guò)程的冷卻和潤(rùn)滑成為一個(gè)大問(wèn)題，切屑的排出和工件表面粗糙程度以及加工刀具的磨損程度都會(huì)受到或多或少的影響。

　　準(zhǔn)干式磨削加工技術(shù)

　　準(zhǔn)干式磨削(Near‐Dry Machining，NDM)技術(shù)集 DM 加工技術(shù)與傳統(tǒng)澆注式潤(rùn)滑加工方式的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效控制磨削液的使用，在一定程度上可避免因磨削液的大量使用所帶來(lái)的一系列危害，不僅可節(jié)約磨削液的購(gòu)入成本和處理成本，而且可降低磨削液飛濺對(duì)操作人員身體帶來(lái)的危害性，同時(shí)減少處理廢棄磨削液對(duì)環(huán)境帶來(lái)的影響 。

　　固體潤(rùn)滑加工技術(shù)

　　固體潤(rùn)滑加工技術(shù)是一種典型的綠色制造技術(shù)。與 DM 加工技術(shù)相比，固體潤(rùn)滑加工技術(shù)在磨削區(qū)添加固體介質(zhì)作為磨削液;與 DM 加工技術(shù)相比，固體潤(rùn)滑加工技術(shù)可在一定程度上降低磨削過(guò) 程中產(chǎn)生的磨削熱。固體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能較優(yōu)，20世紀(jì) 90年代已得到廣泛應(yīng)用。

　　固體磨削液能減少磨削過(guò)程中在磨削表面產(chǎn)生的磨削熱，降低在加工過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑與工件之間發(fā)生“黏附”的概率，并且固體潤(rùn)滑劑的處理成本低，加工過(guò)程對(duì)操作者的危害較小，具有綠色磨削加工的理念。

　　很多學(xué)者研究了固體潤(rùn)滑加工技術(shù)在車(chē)削和磨削中的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了適用于固體潤(rùn)滑技術(shù)的刀具。

　　低溫冷卻潤(rùn)滑加工技術(shù)

　　由文獻(xiàn)可知，低溫冷卻潤(rùn)滑加工技術(shù)主要包括工件低溫預(yù)處理、間接低溫冷卻、低溫氣體射流、低溫處理等幾種方法。其中，低溫氣體射流是目前處于研究熱點(diǎn)的冷卻與潤(rùn)滑方法，將低于-180 ℃的低溫氣體介質(zhì)注入磨削區(qū)進(jìn)行冷卻。與高壓氣體和水蒸氣相比，低溫氣體介質(zhì)具有更強(qiáng)的冷卻能力。

　　液氮冷卻潤(rùn)滑技術(shù)將液氮通過(guò)瓶裝壓力提供的動(dòng)力噴射到磨削區(qū)，液氮在磨削區(qū)受熱蒸發(fā)起冷卻潤(rùn)滑作用。液氮冷卻潤(rùn)滑技術(shù)因所需的液氮冷卻循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本昂貴，難以被廣泛推廣和使用。

　　低溫冷風(fēng)射流潤(rùn)滑技術(shù)排出加工過(guò)程中產(chǎn)生的碎屑困難，在冷風(fēng)射流過(guò)程中產(chǎn)生大量的噪音，對(duì)刀具的保護(hù)效果及冷卻性能均不理想。

　　研究人員以氬氣、氦氣、二氧化碳、氮?dú)獾榷喾N氣體為加工冷卻介質(zhì)，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)探索了低溫冷卻在車(chē)削、銑削、磨削和其他加工形式中的冷卻和潤(rùn)滑效果。結(jié)果表明，與 DM 加工技術(shù)相比，經(jīng)過(guò)低溫冷卻潤(rùn)滑加工技術(shù)處理的工件表面質(zhì)量高，刀具磨損較少，冷卻潤(rùn)滑效果較好。

　　微量潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)

　　微量潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)(Grinding Technology with Minimum Quantity Lubrication，MQL)是一種新型環(huán)保高效率的加工技術(shù)，具有所使用的磨削液量少、磨削力小等特點(diǎn)，并且有利于刀具的保養(yǎng)及工件質(zhì)量的有效提高。MQL 由德國(guó)的克洛克研究團(tuán)隊(duì)于 1997 年的一場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議上提出。大量的實(shí)驗(yàn)表明，MQL 可降低磨削力，有效降低發(fā)生黏結(jié)的概率，延長(zhǎng)刀具的壽命。

　　MQL 在一定程度上結(jié)合了 DM 與傳統(tǒng)澆注式潤(rùn)滑加工方式的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效控制磨削液的使用，在一定程度上可避免磨削液大量使用所帶來(lái)的一系列危害。從原理上來(lái)講，MQL 將微米級(jí)的磨削液與特殊的高壓氣體混合，磨削液和高壓氣流在進(jìn)入亟待降溫的核心加工區(qū)域之前被霧化。其中，高壓氣體冷卻加工區(qū)域，將磨削產(chǎn)生的磨削熱排出，并將磨削產(chǎn)生的碎屑一并排出，以防止碎屑與加工件發(fā)生“黏附”;磨削液起潤(rùn)滑的作用，有效緩解刀具的磨損和老化，并保證工件成品的加工質(zhì)量。

　　L. R. Silva 等通過(guò)研究微量潤(rùn)滑磨削 ABNT4340 鋼的加工過(guò)程，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以改善加工件成品表面質(zhì)量、加工過(guò)程磨削力的最佳冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)。T.Tawakoli等調(diào)整微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MQL 能夠延遲砂輪的使用壽命，并改善加工表面質(zhì)量。Y.Kaynak 等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在低速磨削時(shí)，與低溫冷卻潤(rùn)滑加工技術(shù)相比，使用 MQL 能夠獲得更好的潤(rùn)滑效果。

　　MQL 使用的磨削液基礎(chǔ)油通常為生物降解性好的植物油。相對(duì)于傳統(tǒng)澆注式冷卻潤(rùn)滑方式的磨削液使用量(60 L/h)，MQL 的磨削液使用量較少，僅為 30～100 mL/h，這相當(dāng)于傳統(tǒng)澆注式潤(rùn)滑方式磨削液使用量的 0.05%～0.17%。顯然，MQL 大大改善了磨削液使用過(guò)度的情況，并且改善了操作者的工作環(huán)境，并降低了磨削液對(duì)環(huán)境的影響，是一種符合綠色加工理念的高效、低碳加工技術(shù)。

　　MQL 逐漸引起了國(guó)內(nèi)外相關(guān)業(yè)界人士以及專(zhuān)家學(xué)者的興趣，研究人員針對(duì) MQL 提出了一系列研究方案，并探索了 MQL 的原理和具體加工參數(shù)，嘗試著對(duì) MQL 與傳統(tǒng)的各種磨削加工方式進(jìn)行了不同程度的結(jié)合。在特定條件下，MQL 的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的幾種冷卻潤(rùn)滑技術(shù)。美國(guó)瑪格公司、德國(guó)齊默爾曼公司、俄羅斯 DST 國(guó)際公司、德國(guó)林康公司、德國(guó)海繆爾公司、德國(guó) VHF 凸輪制作 AG 公 司等海外企業(yè)在 MQL 的應(yīng)用方面已有一些突破，對(duì) MQL 與現(xiàn)有成熟的機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了結(jié)合，一些海外汽車(chē)企業(yè)也在嘗試將 MQL 融入到自身產(chǎn)業(yè)的一些核心零件的生產(chǎn)加工進(jìn)程中。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，MQL 磨削機(jī)理的研究主要基于英國(guó)學(xué)者威廉姆斯于 1977 年提出的 Geometric assumption of rectangular capillary 模型和俄羅斯學(xué)者戈德列維斯基于 1997 年提出的 Geometric assumption of cylindrical capillary 模型假設(shè)的磨削區(qū)單毛細(xì)模型。研究發(fā)現(xiàn)，刀具與工件之間的摩擦運(yùn)動(dòng)能夠產(chǎn)生微米級(jí)別的毛細(xì)管，磨削液可以通過(guò)這些微米級(jí)別的毛細(xì)管滲透進(jìn)核心加工區(qū)域，并在毛細(xì)管消失前通過(guò)毛細(xì)管浸透進(jìn)核心加工區(qū)從 而實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑。

　　在 MQL 刀具與工件的接觸界面形成的毛細(xì)管中，受摩擦力和阻力等因素的干擾會(huì)存在穿透極限長(zhǎng)度。MQL 為磨削液提供微米和納米級(jí)的霧滴，微量潤(rùn)滑條件、磨削液供給形式、微量潤(rùn)滑霧顆粒在磨削面的摩擦性能直接關(guān)系到潤(rùn)滑效果。微量潤(rùn)滑霧顆粒具有較強(qiáng)的穿透依附能力，可以有效地在磨削面上形成磨削油膜，從而影響摩擦性能，減少對(duì)刀具的磨損和表面粗糙程度。

　　然而，MQL 并不是完美的，MQL 高壓氣流的冷卻性能十分有限，無(wú)法滿(mǎn)足磨削區(qū)亟須降溫的需求，而傳統(tǒng)澆注式冷卻技術(shù)通過(guò)使用大量的磨削液能夠滿(mǎn)足這一需求。與傳統(tǒng)的澆注式冷卻技術(shù)相比，MQL 的成品質(zhì)量仍有較大的發(fā)展和進(jìn)步空間。

　　針對(duì) MQL 目前存在的問(wèn)題，為了進(jìn)一步改善 MQL 的性能，國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。C.W.Xu 等研究了微量潤(rùn)滑液滴的滲透潤(rùn)滑機(jī)理。結(jié)果表明，改善液滴特性并增加其在刀具與切屑接觸面間的滲透性，可以更好地潤(rùn)滑磨削區(qū)域，進(jìn)而優(yōu)化磨削產(chǎn)生的摩擦熱。賀愛(ài)東等研究了 MQL 對(duì)磨削加工殘余應(yīng)力的影響，發(fā)現(xiàn)微量潤(rùn)滑加工技術(shù)能夠有效降低難加工材料的加工殘余應(yīng)力。張淑華對(duì)微量潤(rùn)滑殘留霧滴的循環(huán)利用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，磨削環(huán)境中磨削液的霧滴濃度與磨削液霧滴的直徑大小和吸附能力有一定關(guān)聯(lián)，通過(guò)增加霧滴在機(jī)床和被加工工件表面的堆積量，可以顯著降低操作環(huán)境中潤(rùn)滑液油霧滴的濃度。

　　目前，對(duì)微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)核心機(jī)理的研究十分有限且進(jìn)展較為緩慢，僅通過(guò)控制變量對(duì)照實(shí)驗(yàn)還不能解釋 MQL 憑借微米級(jí)的潤(rùn)滑液能夠達(dá)到與傳統(tǒng)澆注潤(rùn)滑方式相同或類(lèi)似效果的核心原理。因此，對(duì) MQL 原理的研究顯得更為重要，其可以幫助研究人員進(jìn)一步改良 MQL，使其加工性能、冷卻性能和潤(rùn)滑性能得以進(jìn)一步提升。

　　二、MQL 的研究現(xiàn)狀

　　納米粒子射流微量潤(rùn)滑技術(shù)

　　納米粒子射流微量潤(rùn)滑技術(shù)(Nanofluid Minimum Quantity Lubrication，NMQL)是針對(duì)微潤(rùn)滑應(yīng)用的瓶頸而提出的一種更加高效、低耗、清潔、低碳的新型精密加工技術(shù)。NMQL 在 MQL 的基礎(chǔ)上加入了納米粒子技術(shù)，與 MQL 不同的是，NMQL 使用的磨削液是磨削液與納米級(jí)的顆?；旌闲纬傻奶刂颇ハ饕?。

　　納米顆粒參與強(qiáng)化傳熱的研磨方法不僅繼承了微量潤(rùn)滑磨削的所有優(yōu)點(diǎn)，而且大大改善了傳統(tǒng)微量潤(rùn)滑磨削傳熱能力不足的問(wèn)題。所加入的納米粒子具有優(yōu)異的抗磨減磨性能，能夠有效改善砂輪與磨屑、砂輪與工件之間的潤(rùn)滑性能，從而顯著提高加工精度、表面質(zhì)量，尤其是工件的表面完整性，改善操作人員的操作環(huán)境。因此，NMQL 是一種資源利用率高、環(huán)保、健康且符合可持續(xù)發(fā)展理念的新型綠色加工技術(shù)。

　　NMQL 的冷卻和潤(rùn)滑能力優(yōu)異，國(guó)內(nèi)外很多研究人員對(duì) NMQL 的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了研究。同時(shí)，為了探明 NMQL 中納米粒子的減磨和抗磨原理，進(jìn)行了大量的研究和計(jì)算工作，取得了 NMQL 納米粒子抗磨減磨的階段性成果。NMQL 的工件質(zhì)量好，且發(fā)生“黏附”的概率小。不同潤(rùn)滑條件下工件的表面形貌如圖 1 所示。

　　C.Mao 等開(kāi)展了 NMQL 相關(guān)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，并以四種潤(rùn)滑冷卻方式作為變量進(jìn)行了磨削淬硬鋼的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。所采用的冷卻潤(rùn)滑方式包括水基三氧化二鋁納米流體、干磨削、傳統(tǒng)澆注式磨削和 NMQL。結(jié)果表明，納米粒子擁有較高的表面能，能夠滲透到工件與砂輪、砂輪與切屑之間的接觸面，具有良好的減磨和抗磨性能。毛聰還研究了射流參數(shù)對(duì)納米粒子射流微量潤(rùn)滑技術(shù)磨削性能的影響，得到了最優(yōu)射流參數(shù)。

　　研究人員研究了植物油作為 NMQL 基礎(chǔ)油的可行性，考察了植物油性能對(duì)摩擦系數(shù)、比磨削能和表面粗糙度的影響，初步確定了最佳工藝參數(shù)。但是，研究人員沒(méi)有探究植物油的分子結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和納米流體的物理性質(zhì)影響研磨區(qū)冷卻性能和潤(rùn)滑性能的機(jī)理，也沒(méi)有研究 NMQL 研磨區(qū)油膜的形成機(jī)理和影響油膜強(qiáng)度的因素。當(dāng)加工要求不同時(shí)，植物油基納米流體無(wú)法改變研磨區(qū)油膜的冷卻性能和潤(rùn)滑性能，因此限制了 NMQL 技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

　　靜電噴霧微量潤(rùn)滑技術(shù)

　　呂濤等結(jié)合靜電噴霧(Electrostatic Spray，ES)技術(shù)和 MQL 技術(shù)，提出了靜電噴霧微量潤(rùn)滑技術(shù)(Electrostatic Minimum Quantitylubrication， EMQL)，并通過(guò)控制充電電壓研究了靜電噴霧微量潤(rùn)滑液滴粒徑分布和沉積量等參數(shù)的變化。結(jié)果表明，EMQL 可以顯著減小潤(rùn)滑油尺寸，提高靜電噴霧微量潤(rùn)滑液在加工區(qū)域的擴(kuò)散能力和附著能力。

　　相較于普通 MQL 使用的磨削液，ES 使用的磨削液液滴更小且分布更均勻;由于液滴帶電，能夠更好地吸附在工件表面并磨削核心區(qū)域，因此更好地發(fā)揮潤(rùn)滑與冷卻的作用。此外，在靜電噴霧微量潤(rùn)滑加工過(guò)程中，磨削液滴在工件和機(jī)床內(nèi)壁的沉積增加，降低磨削環(huán)境中的油霧濃度。EMQL 系統(tǒng)的工作原理圖如圖 2 所示。

　　EMQL 使用 ES 技術(shù)制備所需的靜電噴霧磨削液。ES 技術(shù)首先給磨削液表面賦予均勻的電荷，各液滴之間的庫(kù)倫斥力使其不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，因此 ES 中各液滴分布均勻，且液滴的形狀相對(duì)統(tǒng)一， 可降低因磨削液噴涂不均勻所導(dǎo)致的加工誤差;經(jīng)過(guò) EMQL 處理的工件成品的相對(duì)誤差較小，成品質(zhì)量相對(duì)較高。若 ES 潤(rùn)滑液表面的電荷密度達(dá)到一定閾值，磨削液膜會(huì)破裂，磨削液膜均勻地覆蓋磨削加工區(qū)域。由于液滴表面附帶一定電荷，因此液滴也會(huì)受到電場(chǎng)力的影響而吸附到磨削區(qū)表面，降低加工過(guò)程中生成的“氣體阻擋層”所造成的影響。

　　微量潤(rùn)滑增效技術(shù)

　　MQL 技術(shù)使用的磨削液量少，磨削力小，有利于刀具的保養(yǎng)，且能夠有效地提高工件的質(zhì)量。但是，在特定的工作條件下，MQL 降低磨削區(qū)溫度的能力不足，且潤(rùn)滑能力也不盡如人意。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì) MQL 增效技術(shù)進(jìn)行了研究。現(xiàn)有的增效途徑包括采用低溫冷風(fēng)、低溫氮?dú)狻⒌蜏囟趸?、納米流體、油膜附水滴和超臨界二氧化碳。MQL 增效途徑如圖 3 所示。

　　微量潤(rùn)滑增效技術(shù)著重處理優(yōu)化 MQL 冷卻性能不足、磨削力亟待優(yōu)化、工件成品表面質(zhì)量亟待優(yōu)化、對(duì)刀具的磨損等方面。張高峰等在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，低溫冷風(fēng) MQL 能夠有效地減小磨削加工過(guò)程中的法向磨削力，并降低磨削溫度，尤其是在高速、大磨深的磨削參數(shù)下，其磨削加工性能更優(yōu)異。K.H.Park 等發(fā)現(xiàn)，與 MQL 相比，低溫氮?dú)?MQL 對(duì)砂帶起一定的保護(hù)作用。D.A.Axinte 等發(fā)現(xiàn)，低溫二氧化碳 MQL 在車(chē)削中顯著緩解加工過(guò)程對(duì)刀具的負(fù)面影響，這一結(jié)論甚至可以推廣至其他加工形式中。

　　國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)低溫 MQL 這一綠色磨削加工技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究。低溫 MQL 是在低溫冷風(fēng)技術(shù)的基礎(chǔ)上加入 MQL，有效地將綠色磨削和加工兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)集于一體，具有良好的冷卻潤(rùn)滑效果，特別適用于對(duì)難加工材料進(jìn)行磨削加工。

　　波蘭學(xué)者拉多斯瓦研究了低碳鋼 ASTMA53 和 AISI 1010 在低溫微量潤(rùn)滑條件下的芯片形狀和表面光照度，并比較了低溫微量潤(rùn)滑切割技術(shù)和低溫冷氣切割技術(shù)對(duì)加工工藝的影響。通過(guò)低溫 MQL 可以得到更好的芯片形態(tài)及表面質(zhì)量。A.K. Nandy 等通過(guò)低溫冷風(fēng)技術(shù)結(jié)合 MQL 對(duì) TC4 鈦合金進(jìn)行車(chē)削實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)冷卻潤(rùn)滑方法，低溫冷風(fēng)技術(shù)降低了車(chē)削力，延長(zhǎng)了刀具壽命， 且有利于切屑的排出。J.A.Sanchez 等通過(guò)結(jié)合低溫二氧化碳與 MQL 進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)澆注式潤(rùn)滑技術(shù)相比，低溫二氧化碳與 MQL 相結(jié)合能夠有效提高砂輪的壽命，獲得較大的磨削比和較好的工件表面光潔度，且對(duì)加工材料的熱損傷較小。A.E.I.Elshwain 等采用低溫 MQL 加工鎳、鈦及其他高級(jí)材料，發(fā)現(xiàn)低溫微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)能夠改善工件的表面質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命，降低磨削溫度。

　　三、結(jié)論與展望

　　MQL 將微米級(jí)的磨削液與特殊高壓氣體混合，磨削液和高壓氣流在進(jìn)入亟待降溫的核心加工區(qū)域之前霧化;高壓氣體冷卻加工區(qū)域，將磨削產(chǎn)生的磨削熱排出，并將磨削產(chǎn)生的碎屑一并排出， 而磨削液起到潤(rùn)滑的作用，有效緩解刀具的磨損和老化，并保證工件成品的加工質(zhì)量。MQL 具有所需磨削液量小、磨削力小、能夠防止粘連、減少刀具磨損、提高加工成品表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。

　　然而，在特定的工作條件下，MQL 存在冷卻性能不足等問(wèn)題，尤其是當(dāng)使用微潤(rùn)滑磨削加工技術(shù)加工難以加工的材料時(shí)，切割過(guò)程中產(chǎn)生的熱量過(guò)高，磨削區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)冷卻不足的現(xiàn)象。當(dāng)冷卻不足時(shí)，磨削液膜破裂，潤(rùn)滑失效，因此很難確定最佳的磨削液量，容易出現(xiàn)潤(rùn)滑不足的現(xiàn)象。

　　對(duì) MQL 的研究大多基于微量潤(rùn)滑條件，討論磨削參數(shù)對(duì)刀具磨損機(jī)理、工件表面完整性的影響，對(duì)微量潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)的研究較少。目前，微量潤(rùn)滑裝置的自動(dòng)化程度較低，無(wú)法對(duì)磨削液流量和壓縮空氣等工藝潤(rùn)滑參數(shù)進(jìn)行精確控制。但是，這些潤(rùn)滑參數(shù)對(duì)工件質(zhì)量、刀具磨損和磨削力有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，在微量潤(rùn)滑系統(tǒng)中，潤(rùn)滑參數(shù)存在最優(yōu)值;通過(guò)優(yōu)化的潤(rùn)滑參數(shù)，可延長(zhǎng)刀具的壽命，降低工件的表面粗糙度;延長(zhǎng)刀具壽命，有助于提高工件表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和提高磨削過(guò)程中的磨削力;通過(guò)控制微潤(rùn)滑系統(tǒng)中磨削液的流量，可以提高刀具的使用壽命，并在一定范圍內(nèi)提高磨削力，從而提高工件質(zhì)量。因此，精確控制潤(rùn)滑參數(shù)非常重要，值得探討和研究。

　　若要在機(jī)械加工行業(yè)普及 MQL，則還需要繼續(xù)探索微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)原理。但是，僅通過(guò)控制變量的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，不足以解釋微量潤(rùn)滑能夠憑借微米級(jí)的磨削液達(dá)到與傳統(tǒng)澆注潤(rùn)滑方式相同或類(lèi)似效果的核心原理。若要改進(jìn)微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)的冷卻性能和潤(rùn)滑性能，則需要對(duì)微量潤(rùn)滑系統(tǒng)參數(shù)、磨削液種類(lèi)及其用量進(jìn)行系統(tǒng)研究，并研究微量潤(rùn)滑對(duì)不同加工形式、磨削力系數(shù)等的影響，為 MQL 的廣泛應(yīng)用提供理論支持與指導(dǎo)。