《低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝規(guī)范》文本附編制說(shuō)明

ICS

CCS

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CIXXX-2024

低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝規(guī)范

Cryogenicairminimumquantitylubricationgrindingprocess

specification

（征求意見稿）

2024-X-X發(fā)布2024-X-X實(shí)施

中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)?發(fā)布

引言

航空工業(yè)加工制造水平是體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。結(jié)構(gòu)輕量化、高強(qiáng)度和

高可靠性等要求已成為航空高端裝備發(fā)展的主流趨勢(shì)和終極目標(biāo)。為滿足使用要求，擁有強(qiáng)

度高、韌性強(qiáng)、耐高溫等特性的新型金屬材料應(yīng)運(yùn)而生。磨削加工作為精密成型的必要工藝，

占總工藝的60%以上。磨削過(guò)程中伴隨著彈塑性變形及劇烈摩擦，使磨削區(qū)長(zhǎng)期處在高溫和

高應(yīng)力耦合效應(yīng)的影響狀態(tài)下，極易導(dǎo)致磨屑粘附、重鑄，甚至引起工件表面燒傷，嚴(yán)重影

響加工表面質(zhì)量和精度。因此，磨削過(guò)程中有效抑制工件表面熱損傷是亟需解決的技術(shù)難題。

低溫冷風(fēng)賦能的準(zhǔn)干式冷卻潤(rùn)滑技術(shù)是由低溫冷風(fēng)(0°C~?60°C)與微量潤(rùn)滑結(jié)合而

成，通過(guò)高壓低溫氣體將微量潤(rùn)滑劑霧化成微米級(jí)顆粒，高速噴射到磨削區(qū)域。冷風(fēng)與磨削

區(qū)的溫差實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱并且高速氣流可將熱量帶離磨削區(qū)，霧化顆粒的小尺寸效應(yīng)具有更強(qiáng)

的滲透性與潤(rùn)滑性。低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑綠色環(huán)保，不影響工人身體健康，滿足清潔生產(chǎn)。低

溫冷風(fēng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于能實(shí)現(xiàn)介質(zhì)溫度精準(zhǔn)可控，以適應(yīng)不同塑性金屬的磨削加工。合

理的低溫域可使工件維持有利于磨削的硬度，防止高溫使工件塑性過(guò)大而對(duì)刀具粘結(jié)，降低

磨削性能。冷風(fēng)和潤(rùn)滑劑耦合作用下，有效抑制磨削熱產(chǎn)生，減輕工件表面熱損傷。

目前，低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑技術(shù)在磨削加工中尚處于效果驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)階段，存在著理論

框架缺失和實(shí)際操作規(guī)范不足等問題。低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)尚無(wú)國(guó)家、行業(yè)技術(shù)規(guī)范，

為使低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削工業(yè)金屬材料實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效果，根據(jù)《中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化法》

的有關(guān)規(guī)定，特制訂本標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，研發(fā)制定低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)發(fā)展是十分必要的。低溫冷風(fēng)微

量潤(rùn)滑磨削技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的社會(huì)效益，用于指導(dǎo)低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑切磨削

工件表面完整性的主動(dòng)控制。

III

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低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)的適用范圍、規(guī)范性引用文件、符號(hào)、應(yīng)用原

理、應(yīng)用條件、應(yīng)用系統(tǒng)組成與功能、技術(shù)要求、應(yīng)用方法等。

本文件適用于金屬工件低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。凡是注日期的

引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改單）適用于本文件。

GB/T31210.1-2014綠色制造亞干式磨削第1部分：通用技術(shù)要求

GB/T31210.2-2014綠色制造亞干式磨削第2部分：微量潤(rùn)滑系統(tǒng)技術(shù)要求

GB/T31209-2014綠色制造低溫冷風(fēng)切削技術(shù)要求

GB/T6144-2018金屬加工用液體冷卻劑—磨削液通用技術(shù)條件

GB/T32605-2016磨具用磨削液

GB4674-2009磨削機(jī)械安全規(guī)程

GB/T4127.5-2008固結(jié)磨具尺寸第5部分：平面磨削用端面磨砂輪

GB/T16769-2008金屬切削機(jī)床噪聲聲壓級(jí)測(cè)量方法

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

平面磨削Grinding

平面磨削是指使用平面磨床，通過(guò)旋轉(zhuǎn)砂輪將工件表面多余材料切出以達(dá)到平整的機(jī)械

加工方法。

3.2

低溫冷風(fēng)Cryogenicair

低溫冷風(fēng)是指干燥后常溫空氣在特殊裝置中經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)、蒸發(fā)器或者渦流管制冷后所形

成氣壓為0.4MPa~0.6MPa、噴嘴出口處溫度為0°C~-60°C的高速氣流。一般系統(tǒng)輸出溫度

1

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在-60°C~20℃范圍內(nèi)可調(diào)。

3.3

微量潤(rùn)滑MinimumQuantityLubrication

在0.4MPa~0.6MPa壓縮空氣中混入微量的潤(rùn)滑液，依靠高壓氣流混合霧化后進(jìn)行冷卻

及潤(rùn)滑。

3.4

低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑Convectiveheattransfercoefficient

輸油管在噴嘴內(nèi)部將微量潤(rùn)滑液噴入0°C~-60°C低溫高速高壓氣流中形成低溫氣液兩

項(xiàng)流射入磨削區(qū)，實(shí)現(xiàn)冷卻和潤(rùn)滑功能。

4.工作原理

低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑是通過(guò)0.4MPa和0°C~?60°C的氣流在噴嘴處將潤(rùn)滑劑霧化成微米級(jí)

液滴群，高速噴射到磨削區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。冷風(fēng)與磨削區(qū)的溫差實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱并且高速氣

流可將熱量帶離磨削區(qū)。霧化液滴群撞擊到砂輪/工件楔形區(qū)工件表面后迅速形成一層薄油

膜并不定向流動(dòng)，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)砂輪的攜帶作用進(jìn)入砂輪/工件間接觸界面發(fā)揮抗磨減摩和

承載功能，同時(shí)低溫薄層油膜通過(guò)強(qiáng)化對(duì)流換熱將熱量帶離磨削區(qū)進(jìn)行冷卻。如圖1所示。

圖1低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑作用機(jī)理

4.1低溫冷風(fēng)換熱

在磨削過(guò)程中，低溫冷風(fēng)與磨削區(qū)的刀具/工件進(jìn)行換熱時(shí)，遵循對(duì)流換熱公式：

QahlAT(1)

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其中，Qa為切削熱量，J；hl為換熱系數(shù)，J/(m·s·℃)；A為換熱面積，m；ΔT為溫差，℃。

由式（1）可知，熱流量大小與切削區(qū)溫差成正比，溫度差越大，交換熱量越多，冷卻

效果越明顯。

4.2低溫流動(dòng)液膜換熱

由于流動(dòng)液膜厚度極小，工件表面過(guò)熱時(shí)，液膜與工件界面將迅速產(chǎn)生大量微汽泡。隨

著微汽泡持續(xù)吸收熱量，體積將逐漸增加，對(duì)液膜擾動(dòng)作用加強(qiáng)。在一個(gè)完整換熱周期內(nèi)（與

磨削區(qū)對(duì)應(yīng)砂輪面積完整更迭），磨削區(qū)液膜總換熱量Qt包括液膜流動(dòng)換熱量Qf和沸騰氣

泡群換熱量Qb：

QtQfQb(2)

對(duì)于流動(dòng)液膜，其換熱量Qf計(jì)算式為：

f

QfNufAfTwTf(3)

hf

2

式中，Af為液膜有效覆蓋面積，mm；Tf為流動(dòng)液膜溫度，℃；Tw為工件表面溫度，℃。

流動(dòng)液膜的努舍爾數(shù)可近似表示為：

11

23

Nuf0.322RefPrf(4)

式中，Re為液膜流動(dòng)雷諾數(shù)，Ref=vf·ρf·hf/μf，其中vf為液膜流動(dòng)速度，m/s；Prf為液膜

普朗特?cái)?shù)，Prf=μf·ρf/λf。

對(duì)于液膜核態(tài)沸騰，過(guò)熱工件表面會(huì)持續(xù)產(chǎn)生氣泡成核點(diǎn)，成核點(diǎn)吸收熱量，形成微氣

泡。過(guò)熱表面的成核點(diǎn)數(shù)量Nb（單位面積）可近似表示為：

2

Nb=0.341coscTwTsat,TwTsat15C

(5)

55.3

Nb=3.4101coscTwTsat,TwTsat15C

其中，φs為氣泡和壁面間靜態(tài)接觸角，范圍為18°~90°，可取平均值54°。

對(duì)于任意單個(gè)氣泡，首先在成核點(diǎn)上生成，隨后吸熱體積增大。假定液膜核態(tài)沸騰狀態(tài)

下工件表面形成的氣泡形狀為球形，當(dāng)氣泡即將脫離工件表面時(shí)應(yīng)用Fritz公式可求得氣泡

直徑為：

f

db0.0208s(6)

gfg

因此，單個(gè)氣泡從氣核處生成到成長(zhǎng)脫離所吸收的熱量為：

3

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d3

Q=b(7)

dbg6

磨削區(qū)所有氣泡所吸收的熱量為：

Qb=NbWlcQd(8)

5.基本要求

5.1低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削應(yīng)符合GB/T31210.1、GB/T31210.2、GB/T31209-2014、GB

4674-2009的相關(guān)要求。

5.2實(shí)施低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)安全操作規(guī)程。

5.3供油裝置在磨削中應(yīng)滿足供油精確、連續(xù)、可控。一般可通過(guò)氣動(dòng)微量柱塞、脈沖注射

等方式實(shí)現(xiàn)。

5.4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及使用應(yīng)滿足安全防護(hù)要求，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工、操作、安裝及維護(hù)，產(chǎn)品

結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，與機(jī)床總體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致。

5.5低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對(duì)被加工零件、刀具及相關(guān)工位器具實(shí)施防

銹處理。低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑應(yīng)具有相應(yīng)的防霜、防濕、防銹、清潔和排屑措施。

6.低溫冷風(fēng)要求

6.1低溫冷風(fēng)設(shè)備放置于磨床旁邊干燥地面上，確保設(shè)備盡可能靠近磨床安裝。低溫冷風(fēng)供

應(yīng)管盡可能短且保持直線布置，避免過(guò)度彎折。

6.2開機(jī)前檢查各部件的連接，避免運(yùn)輸、安裝造成有關(guān)部位發(fā)生松動(dòng)，漏油等現(xiàn)象。檢查

接入三相電源、零線、地線，測(cè)試電壓是否正確，三相電源是否無(wú)誤。確認(rèn)入口和出口軟管

已連接牢固。

6.3連接空氣輸運(yùn)軟管到氣源，壓縮氣體必須要經(jīng)過(guò)干燥處理，避免空氣中水分冷凝導(dǎo)致輸

運(yùn)管路堵塞。低溫冷風(fēng)由壓縮空氣源經(jīng)特殊裝置中壓縮機(jī)、蒸發(fā)器制冷后生成。

6.4將噴嘴固定于機(jī)床的合適位置，可采用磁鐵座或進(jìn)行打孔、攻牙后用螺釘固定?；陟F

化錐角范圍和砂輪幾何尺寸，噴嘴傾角在12°~20°之間將有助于霧化液滴群形成的液膜有

效進(jìn)入磨削區(qū)。

6.5低溫微量潤(rùn)滑系統(tǒng)使用的管接頭，應(yīng)采取保溫、防水措施，并使用耐低溫材料。氣源的

輸送應(yīng)選用金屬管接頭，選用耐油、耐壓軟管及其他與工作介質(zhì)相容的材料。

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6.6軟管管道不應(yīng)有明顯的凹痕及壓扁現(xiàn)象，通道內(nèi)應(yīng)有足夠的通流面積。短于6m的距離

輸送低溫氣流時(shí)，應(yīng)使用泡沫包裹耐低溫軟管，外用網(wǎng)罩保護(hù)的結(jié)構(gòu)。

6.7冷風(fēng)發(fā)生裝置應(yīng)滿足連續(xù)磨削工作要求。使用環(huán)境應(yīng)滿足如下條件:

1)環(huán)境溫度：0℃~+30℃；

2)相對(duì)濕度：0%~90%，無(wú)冷凝；

3)存儲(chǔ)溫度：+5℃~+30℃；

4)冷卻方式：自然冷卻。

5）進(jìn)氣管徑：8mm~12mm

6）出氣管徑：8mm~12mm

7）耗氣量：50L/min~1000L/min

8）功率：3KW

9）使用電源：AC380V，50HZ

10）大氣壓力：70~106KPa

6.8低溫冷風(fēng)磨削使用的壓縮空氣源應(yīng)滿足如下條件:

1)氣壓：0.1MPa~0.4MPa；

2)輸出氣流溫度：<20℃；

3)含水量：<30g/m3；

4)含油量：<0.05mg/m3。

6.9定期清理噴嘴油污及切屑。如果低溫設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間不使用，需關(guān)閉系統(tǒng)及所有供氣截止閥。

關(guān)閉時(shí)不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行泄壓。

6.10檢修設(shè)備前，務(wù)必先切斷電源，身體不要靠近溫度較高部位和溫度較低的部分。當(dāng)調(diào)

節(jié)或修理低溫冷風(fēng)設(shè)備的電氣系統(tǒng)暴露的帶電部分時(shí)，應(yīng)踩在絕緣體上工作，不要接觸設(shè)備

其它部分。

6.11在冷風(fēng)入口和出口附近工作時(shí)，請(qǐng)務(wù)必小心并戴上手套，以防止凍傷。操作員的面部

和工件之間應(yīng)有合適的透明屏障，以防止飛濺的顆?；蛭矬w進(jìn)入眼睛，鼻子或嘴巴。

6.12轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備時(shí)，設(shè)備不能傾斜和劇烈地震動(dòng)。運(yùn)輸過(guò)程中，注意人身安全。長(zhǎng)時(shí)間不用

時(shí)，泄壓及將油箱排空，防止造成管路堵塞。低溫冷風(fēng)設(shè)備在無(wú)人看管時(shí)要關(guān)閉并鎖上機(jī)箱

門。身體或工具及其它帶電物體的部分不要接觸設(shè)備電氣系統(tǒng)暴露的帶電部分。低溫冷風(fēng)設(shè)

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備必須與電氣規(guī)格和額定范圍相符的電路系統(tǒng)連接。

7.微量潤(rùn)滑要求

7.1微量潤(rùn)滑系統(tǒng)使用前，應(yīng)放空壓力氣源中殘留的油和水，并在系統(tǒng)進(jìn)氣口與氣源輸出口

之間，安裝前置油水過(guò)濾裝置。微量潤(rùn)滑系統(tǒng)應(yīng)盡可能靠近機(jī)床或置于機(jī)床上，四周應(yīng)預(yù)留

檢修空間。

7.2確認(rèn)所使用的微量潤(rùn)滑切削油品種及性質(zhì)，并嚴(yán)格按照說(shuō)明書使用。在使用前，應(yīng)該確

保所使用的型號(hào)符合操作要求，并嚴(yán)格按照規(guī)程使用，避免因誤操作而產(chǎn)生的損失。

7.3微量潤(rùn)滑裝置安裝成使用狀態(tài)，油杯內(nèi)加入額定容量的潤(rùn)滑劑，將裝置分別向前、后、

左、右傾斜45°，并在每個(gè)位置分別保持10~20s，觀察滲漏情況。

7.4連接電源與壓縮氣源，微量泵電機(jī)調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，調(diào)壓閥調(diào)至最高工作壓力，目測(cè)檢查

各管路及其連接處有無(wú)氣、液滲漏現(xiàn)象。

7.5微量潤(rùn)滑系統(tǒng)空運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，噪聲聲壓級(jí)應(yīng)不大于85dB(A)，噪聲測(cè)量方法按GB/T

16769的規(guī)定進(jìn)行。

7.6使用微量潤(rùn)滑切削油時(shí)，應(yīng)該確保使用場(chǎng)所的通風(fēng)狀況良好。開啟通風(fēng)設(shè)備，保持空氣

流通暢有助于減少潤(rùn)滑劑微顆粒的累積量，防止工作區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)有害氣體，并保證操作員處

于安全環(huán)境中。

7.7在操作過(guò)程中，操作人員必須戴好防護(hù)用品，避免被微量潤(rùn)滑切削油粒子射到眼睛、皮

膚和呼吸道等部位。防護(hù)用品包括戴眼鏡、口罩、手套、防護(hù)服等。

7.8微量潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足環(huán)保要求，應(yīng)符合GB/T6144-2018、GB/T32605-2016。適用于低溫

環(huán)境潤(rùn)滑劑應(yīng)滿足如下條件:

1)安全性：植物油基，可生物降解，含無(wú)毒無(wú)害添加劑；

2)凝點(diǎn)：<?10℃；

3)沸點(diǎn)：>300℃；

4)閃點(diǎn)：>200℃。

7.9微量潤(rùn)滑磨削射流參數(shù)應(yīng)滿足如下條件:

1)氣壓：0.1MPa~0.4MPa；

2)氣液比：0.4~0.5；

3)潤(rùn)滑劑流量：60mL~100mL。

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8.磨削加工要求

8.1平面磨削加工應(yīng)符合GB4674-2009標(biāo)準(zhǔn)。

8.2檢查加工所用的機(jī)床設(shè)備，準(zhǔn)備好各種附件，按機(jī)床按規(guī)定進(jìn)行潤(rùn)滑和試運(yùn)行。

8.3工件裝夾前應(yīng)將定位面、夾緊面、墊塊和夾具定位、夾緊面擦干凈，并不得有毛刺。

8.4在平面磨床上用磁盤吸住磨削支承面較小或較高的工件時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)位置添加擋塊，以

防磨削時(shí)工件飛出或傾倒。

8.5根據(jù)工件的材料、硬度、精度和表面粗糙度的要求，合理選用砂輪牌號(hào)，應(yīng)符合GB/T

4127.5-2008標(biāo)準(zhǔn)。裝夾砂輪時(shí)，必須在修砂輪前平衡，并在砂輪裝好后進(jìn)行空轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

8.6在精磨開始前，應(yīng)無(wú)進(jìn)給量多次走刀，至無(wú)火花為止。精磨前工件的表面粗糙度Ra值

應(yīng)小于6.3um。批量加工時(shí)中，必須進(jìn)行首件檢查，合格后方可能繼續(xù)加工。

8.7用磁力夾具吸住進(jìn)行加工的工件，加工后應(yīng)進(jìn)行退磁。工件加工后應(yīng)做到無(wú)屑、無(wú)水、

無(wú)贓物，并在規(guī)定的位置擺好，以免碰傷。

9、低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)要求

9.1低溫冷風(fēng)磨削的工作溫度，宜控制在-10°C~?55°C。低溫冷風(fēng)發(fā)生裝置的輸出溫度，

一般不應(yīng)低于?60°C，特殊要求時(shí)，可以使用更低溫度的介質(zhì)進(jìn)行磨削。

9.2為保證潤(rùn)滑劑冷卻效果，氣壓0.4MPa、泵油頻率6Hz時(shí)，微量潤(rùn)滑劑在噴射至噴嘴前，

潤(rùn)滑劑輸運(yùn)管道在低溫氣流中的長(zhǎng)度為30cm。

9.3低溫冷風(fēng)磨削時(shí)，在不發(fā)生干涉情況下，低溫氣流噴出口距磨削區(qū)的距離一般宜保持在

20mm~40mm。

9.4低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削時(shí)，低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑噴嘴組件可以設(shè)置多個(gè)噴出口，從不同角

度、不同方向噴入磨削區(qū)。

9.5低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑噴嘴裝置安裝定位后，應(yīng)在噴射出口處測(cè)量冷風(fēng)溫度。檢測(cè)時(shí)，在氣

源額定工作壓力、流量范圍內(nèi)，使系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行至額定輸出溫度。待氣流穩(wěn)定后，將測(cè)溫儀

的檢測(cè)探頭放置在噴嘴出口處的低溫氣流中，并進(jìn)行充分冷卻。待溫度數(shù)值波動(dòng)穩(wěn)定在±

0.2°C內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行讀數(shù)。

9.6低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑裝置應(yīng)具備隨時(shí)關(guān)停啟動(dòng)功能、溫度調(diào)節(jié)功能、壓力報(bào)警功能和必要

的顯示功能。

9.7低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑輔助磨削加工參數(shù)適用范圍:

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1)砂輪線速度：30m/s~50m/s；

2)工件進(jìn)給速度：6mm/s~8mm/s；

3)磨削深度：10μm~30μm；

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T/CIXXX—2024

附錄A

下表為氣源壓力一定時(shí)，泵的頻率與接通時(shí)間不同組合時(shí)，對(duì)應(yīng)單泵油量的參考值。

氣源MPa頻率Hz接通時(shí)間s單泵油量mL/h

0.460.00346.09

0.460.00450.69

0.450.00338.75

0.450.00445.07

0.450.00547.24

0.440.00232.26

0.440.00336.87

0.440.00438.02

0.430.00328.64

0.430.00218.00

9

T/CIXXX—2024

附錄B

下表為磨削鈦合金Ti-6Al-4V獲得最優(yōu)工件表面質(zhì)量時(shí)低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑參數(shù)與磨削

參數(shù)量化映射關(guān)系。

冷風(fēng)溫度噴嘴傾角氣壓砂輪線速度進(jìn)給速度磨削深度

°C°MPam/smm/sμm

-30160.426410

-30160.428810

-30160.430610

-40160.426620

-40160.428420

-40160.330820

-50160.326830

-50160.328630

-50160.330430

10

T/CIXXX—2024

附錄C

下圖為磨削鈦合金Ti-6Al-4V時(shí)，不同冷風(fēng)溫度參數(shù)和射流參數(shù)對(duì)磨削性能表征參數(shù)影

響規(guī)律。

圖2冷風(fēng)溫度對(duì)不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢(shì)影響

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圖3氣壓對(duì)不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢(shì)影響

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圖4噴嘴傾角對(duì)不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢(shì)影響

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《低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝規(guī)范》

編制說(shuō)明

一、標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

航空工業(yè)加工制造水平是體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。結(jié)構(gòu)輕量化、

高強(qiáng)度和高可靠性等要求已成為航空高端裝備發(fā)展的主流趨勢(shì)和終極目標(biāo)。為滿

足使用要求，擁有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、耐高溫等特性的新型金屬材料應(yīng)運(yùn)而生。磨

削加工作為精密成型的必要工藝，占總工藝的60%以上。磨削過(guò)程中伴隨著彈

塑性變形及劇烈摩擦，使磨削區(qū)長(zhǎng)期處在高溫和高應(yīng)力耦合效應(yīng)的影響狀態(tài)下，

極易導(dǎo)致磨屑粘附、重鑄，甚至引起工件表面燒傷，嚴(yán)重影響加工表面質(zhì)量和精

度。因此，磨削過(guò)程中有效抑制工件表面熱損傷是亟需解決的技術(shù)難題。

內(nèi)混式低溫冷風(fēng)賦能的準(zhǔn)干式冷卻潤(rùn)滑技術(shù)是由低溫冷風(fēng)(0°C~?60°C)與

微量潤(rùn)滑結(jié)合而成，通過(guò)高壓低溫氣體將微量潤(rùn)滑劑霧化成微米級(jí)顆粒，高速噴

射到磨削區(qū)域。冷風(fēng)與磨削區(qū)的溫差實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱并且高速氣流可將熱量帶離磨

削區(qū)，霧化顆粒的小尺寸效應(yīng)具有更強(qiáng)的滲透性與潤(rùn)滑性。低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑綠

色環(huán)保，不影響工人身體健康，滿足清潔生產(chǎn)。低溫冷風(fēng)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于能

實(shí)現(xiàn)介質(zhì)溫度精準(zhǔn)可控，以適應(yīng)不同塑性金屬的磨削加工。合理的低溫域可使工

件維持有利于磨削的硬度，防止高溫使工件塑性過(guò)大而對(duì)刀具粘結(jié)，降低磨削性

能。冷風(fēng)和潤(rùn)滑劑耦合作用下，有效抑制磨削熱產(chǎn)生，減輕工件表面熱損傷。

目前，內(nèi)混式低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑技術(shù)在磨削加工中尚處于效果驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)

階段，存在著理論框架缺失和實(shí)際操作規(guī)范不足等問題。內(nèi)混式低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)

滑磨削技術(shù)尚無(wú)國(guó)家、行業(yè)技術(shù)規(guī)范，為使低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削工業(yè)金屬材料

實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效果，根據(jù)《中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化法》的有關(guān)規(guī)定，特制訂本標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，研發(fā)制定低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)發(fā)展是十分必要的。

內(nèi)混式低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的社會(huì)效益，用于

指導(dǎo)低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑切磨削工件表面完整性的主動(dòng)控制。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及依據(jù)

1.按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)

和起草規(guī)則》和GB/T12-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范性技

術(shù)要素內(nèi)容的確定方法》要求編寫。

2.參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定，在編制過(guò)程中著重考慮了科學(xué)性、適用

性和可操作性。

三、項(xiàng)目背景及工作情況

（一）任務(wù)來(lái)源

根據(jù)《中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》的有

關(guān)規(guī)定，經(jīng)中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)及相關(guān)專家技術(shù)審核，批

準(zhǔn)《低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃，項(xiàng)目計(jì)劃號(hào)

為：CI2023526。本標(biāo)準(zhǔn)由青島理工大學(xué)提出，中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)歸口。

根據(jù)計(jì)劃要求，本標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)限為4個(gè)月。

（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位是青島理工大學(xué)，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)文檔起草及相關(guān)文件

的編制等。青島即墨青理智能制造產(chǎn)業(yè)研究院、大連理工大學(xué)、上海交通大

學(xué)、南京航空航天大學(xué)、重慶大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)、漢能（青島）潤(rùn)滑

科技有限公司、上海金兆節(jié)能科技有限公司、成都工具研究所有限公司、國(guó)

華（青島）智能裝備有限公司、青島濱海學(xué)院主要參與單位，負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)中重

要技術(shù)點(diǎn)的研究和建議，并參與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的討論。

（三）標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程及相關(guān)工作計(jì)劃

（一）前期準(zhǔn)備工作

項(xiàng)目立項(xiàng)前，標(biāo)準(zhǔn)編制小組查閱、研讀相關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，廣泛搜集低溫

冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝有關(guān)材料。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)編制小組安排相關(guān)人員，

多次前往機(jī)械加工企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，與現(xiàn)場(chǎng)操作人員及安全管理人員進(jìn)行

了深入座談交流，廣泛征求標(biāo)準(zhǔn)制訂方面的意見和建議。

（二）標(biāo)準(zhǔn)起草過(guò)程

2023年12月7日由中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)向國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委

全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)平臺(tái)立交立項(xiàng)，立項(xiàng)編號(hào)為：CI2023526,并向全社會(huì)公示了十

五日。

2023年12月27日由青島理工大學(xué)以視頻的方式組織了第一次起草會(huì)議，

談?wù)摿藰?biāo)準(zhǔn)的制定要求，確定了分工和編制工作的各項(xiàng)任務(wù)完成時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

2024年1月14日組織了第二次起草會(huì)議，確定下標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的草案；

2024年2月24日將標(biāo)準(zhǔn)草案提交中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)，

通過(guò)審核，于2月27日?qǐng)?bào)送了全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，并向全社會(huì)公開征求意見30日。

（三）征求意見情況

2024年2月上旬，標(biāo)準(zhǔn)編制小組先后通過(guò)電話、郵件等多種形式征集行

業(yè)專家相關(guān)意見和建議。針對(duì)征集的意見，標(biāo)準(zhǔn)編制小組召開了研討會(huì)，將

收集到的意見進(jìn)行匯總處理分析，在充分吸納合理意見的基礎(chǔ)上，先后修改

和完成標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。于2024年2月27日形成團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)文件最終稿。

四、標(biāo)準(zhǔn)制定的基本原則

標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中，遵循了以下基本原則：

1)標(biāo)準(zhǔn)需要具有行業(yè)特點(diǎn)，指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的分析方法要積極參照采用國(guó)

家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2)標(biāo)準(zhǔn)能夠體現(xiàn)出產(chǎn)品的具有關(guān)鍵共性的技術(shù)要素。

3)標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)楫a(chǎn)品的開發(fā)、改進(jìn)指出明確的方向。

4)標(biāo)準(zhǔn)需要具有科學(xué)性、先進(jìn)性和可操作性。

5)要能夠結(jié)合行業(yè)實(shí)際情況和產(chǎn)品特點(diǎn)。

6)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)協(xié)調(diào)一致。

7）促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步。

五、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削加工工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，正文部分共分九章，

內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍、規(guī)范性引用文件、符號(hào)、應(yīng)用原理、應(yīng)用條件、應(yīng)用

系統(tǒng)組成與功能、技術(shù)要求、應(yīng)用方法等。

六、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析

1.試驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用CryoAireCEA361集成式低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑系統(tǒng)，如圖1所示，最低

制冷溫度為-50°C。噴嘴屬于內(nèi)混式結(jié)構(gòu)，采用特殊材料管道對(duì)低溫氣體輸送，

減少熱量散失。為保證潤(rùn)滑油在低溫環(huán)境中不出現(xiàn)凝固現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)有效輸運(yùn)，采

用耐低溫的特殊微量潤(rùn)滑油F30-A。F30-A為植物油基，可生物降解，含有無(wú)毒

無(wú)害添加劑，密度為850kg/m3，凝點(diǎn)為20°C，閃點(diǎn)為200°C，沸點(diǎn)為300°C。

植物油基的主要組成成分為脂肪酸和甘油三酯，其中的羧基（-COOH）和酯基

（-OH）是典型的極性基團(tuán)，在一定程度高溫環(huán)境下可與金屬工件表面發(fā)生化學(xué)

反應(yīng)生成皂化膜，緊緊吸附于工件表面起到優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。

圖1CryoAireCEA361集成式低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑系統(tǒng)

磨削實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)SCHLEIFRING公司生產(chǎn)的K-P36精密數(shù)控平面磨床。工

件安裝在YDM－III99三向測(cè)力儀的夾具上，然后測(cè)力儀固定在磨床磁力工作臺(tái)

上。為捕捉磨削力詳細(xì)信息，采樣率應(yīng)盡可能高。磨削力測(cè)力儀的采樣頻率為

1kHz，通過(guò)電荷放大器（YE5850D）和A/D數(shù)據(jù)采集卡（USB-6001）將信號(hào)輸

入PC端的“磨削力動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)”軟件中。雖然測(cè)力儀和采集卡中設(shè)置了硬件濾

波器，但原始力信號(hào)仍然包含大量噪音。多次調(diào)整濾波器參數(shù)，直到非磨削期力

信號(hào)波動(dòng)范圍在1N內(nèi)。磨削溫度測(cè)量通過(guò)使用MX100采集器（多通道）和雙極

熱電偶實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)前將熱電偶兩極焊合，為確保熱電偶絲焊合點(diǎn)處于閉合狀態(tài)以

測(cè)量磨削溫度，使用激光共聚焦顯微鏡觀察焊合點(diǎn)。將焊合后的熱電偶絲插入通

孔并填充隔熱樹脂進(jìn)行絕熱。同時(shí)，確保熱電偶絲焊合點(diǎn)與通孔終端平齊。磨削

過(guò)程中，砂輪與工件表面測(cè)量點(diǎn)的接觸時(shí)間較短（大約500ms），而實(shí)驗(yàn)所用熱

電偶的響應(yīng)時(shí)間為450~500ms。因此該熱電偶測(cè)量磨削溫度時(shí)其響應(yīng)時(shí)間滿足要

求。磨削完成后取下工件，利用表面輪廓儀（型號(hào)：TIME3220）對(duì)磨削后工件

表面粗糙度Ra值進(jìn)行測(cè)量，利用激光共聚焦顯微鏡（型號(hào)：OLS-5000）工件對(duì)

工件已加工表面的微觀形貌進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)及測(cè)量裝置，如圖2所示。

圖2實(shí)驗(yàn)及測(cè)量裝置

為保證磨削過(guò)程中砂輪磨粒銳利度相近且更有利于材料去除，以及不同工況

參數(shù)下的測(cè)量過(guò)程中砂輪磨粒狀態(tài)盡可能一致，每組測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需對(duì)CBN

砂輪進(jìn)行修銳。磨削實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示，

表1磨削實(shí)驗(yàn)參數(shù)及冷卻潤(rùn)滑條件

類別參數(shù)

磨削類型平面磨削，順磨，矩形路徑

CAMQL

流量60mL/h，

冷卻潤(rùn)滑方式氣壓0.1MPa~0.4MPa，

冷風(fēng)溫度?10°C~?50°C，

噴嘴傾角12°~16°

砂輪線速度vs30m/s

工件進(jìn)給速度vw6mm/s

磨削深度ap10μm

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1冷風(fēng)溫度

冷風(fēng)溫度對(duì)磨削力Ft/Fn、摩擦系數(shù)μc、磨削比能U、磨削區(qū)最高溫度Tmax及

工件表面質(zhì)量變化趨勢(shì)影響規(guī)律分別如圖3(a)~(f)所示。從圖中可以看出不同磨

削性能表征參數(shù)均隨冷風(fēng)溫度降低呈現(xiàn)出顯著減小的趨勢(shì)，在?50°C冷風(fēng)條件下

的法向力Fn、切向力Ft、摩擦系數(shù)μc、磨削比能U、磨削區(qū)最高溫度Tmax、Ra值及

RSm值相較于?10°C冷風(fēng)的降低幅度分別達(dá)到35.8%、36.5%、34.5%、36.1%、23.4%、

24.5%、20.2%，呈現(xiàn)出相對(duì)較高的降幅。這說(shuō)明在磨削參數(shù)vs=30m/s、vw=6mm/s、

ap=30μm一定的前提下，CAMQL輔助磨削的效果隨冷風(fēng)溫度降低呈現(xiàn)出增強(qiáng)的

趨勢(shì)。

圖3冷風(fēng)溫度對(duì)不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢(shì)影響

MQL氣壓一定時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)的霧化液滴群及氣流對(duì)液膜流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力理論上

將維持不變。當(dāng)冷風(fēng)溫度降低時(shí)，油膜的運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力將不同程度增大，

對(duì)液膜流動(dòng)速度產(chǎn)生一定程度阻礙作用導(dǎo)致液膜厚度增加。因此在砂輪有效作用

面積內(nèi)單位時(shí)間隨砂輪進(jìn)入磨削區(qū)的潤(rùn)滑油量將增加?；谀ハ鲄^(qū)邊界潤(rùn)滑理論，

油量增加將有助于有效覆蓋工件表面形成的微溝槽，起到潤(rùn)滑作用。此外，液膜

溫度與冷風(fēng)溫度正相關(guān)，液膜溫度越低，在磨削