《低溫冷風微量潤滑磨削加工工藝規(guī)范》文本附編制說明

ICS

CCS

團體標準

T/CIXXX-2024

低溫冷風微量潤滑磨削加工工藝規(guī)范

Cryogenicairminimumquantitylubricationgrindingprocess

specification

（征求意見稿）

2024-X-X發(fā)布2024-X-X實施

中國國際科技促進會?發(fā)布

引言

航空工業(yè)加工制造水平是體現(xiàn)國家綜合實力的一項關鍵指標。結構輕量化、高強度和

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

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

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

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

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

低溫冷風賦能的準干式冷卻潤滑技術是由低溫冷風(0°C~?60°C)與微量潤滑結合而

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

區(qū)的溫差實現(xiàn)強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具有更強

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

溫冷風技術的最大優(yōu)勢在于能實現(xiàn)介質溫度精準可控，以適應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大而對刀具粘結，降低

磨削性能。冷風和潤滑劑耦合作用下，有效抑制磨削熱產生，減輕工件表面熱損傷。

目前，低溫冷風微量潤滑技術在磨削加工中尚處于效果驗證性的實驗階段，存在著理論

框架缺失和實際操作規(guī)范不足等問題。低溫冷風微量潤滑磨削技術尚無國家、行業(yè)技術規(guī)范，

為使低溫冷風微量潤滑磨削工業(yè)金屬材料實現(xiàn)最優(yōu)效果，根據《中華人民共和國標準化法》

的有關規(guī)定，特制訂本標準。

綜上所述，研發(fā)制定低溫冷風微量潤滑磨削標準對行業(yè)發(fā)展是十分必要的。低溫冷風微

量潤滑磨削技術具有廣闊的市場前景和良好的社會效益，用于指導低溫冷風微量潤滑切磨削

工件表面完整性的主動控制。

III

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低溫冷風微量潤滑磨削加工工藝規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了低溫冷風微量潤滑磨削技術的適用范圍、規(guī)范性引用文件、符號、應用原

理、應用條件、應用系統(tǒng)組成與功能、技術要求、應用方法等。

本文件適用于金屬工件低溫冷風微量潤滑磨削。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構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：通用技術要求

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

GB/T31209-2014綠色制造低溫冷風切削技術要求

GB/T6144-2018金屬加工用液體冷卻劑—磨削液通用技術條件

GB/T32605-2016磨具用磨削液

GB4674-2009磨削機械安全規(guī)程

GB/T4127.5-2008固結磨具尺寸第5部分：平面磨削用端面磨砂輪

GB/T16769-2008金屬切削機床噪聲聲壓級測量方法

3術語和定義

下列術語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，通過旋轉砂輪將工件表面多余材料切出以達到平整的機械

加工方法。

3.2

低溫冷風Cryogenicair

低溫冷風是指干燥后常溫空氣在特殊裝置中經過壓縮機、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

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在-60°C~20℃范圍內可調。

3.3

微量潤滑MinimumQuantityLubrication

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

及潤滑。

3.4

低溫冷風微量潤滑Convectiveheattransfercoefficient

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

項流射入磨削區(qū)，實現(xiàn)冷卻和潤滑功能。

4.工作原理

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

液滴群，高速噴射到磨削區(qū)進行潤滑和冷卻。冷風與磨削區(qū)的溫差實現(xiàn)強化換熱并且高速氣

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，通過高速旋轉砂輪的攜帶作用進入砂輪/工件間接觸界面發(fā)揮抗磨減摩和

承載功能，同時低溫薄層油膜通過強化對流換熱將熱量帶離磨削區(qū)進行冷卻。如圖1所示。

圖1低溫冷風微量潤滑作用機理

4.1低溫冷風換熱

在磨削過程中，低溫冷風與磨削區(qū)的刀具/工件進行換熱時，遵循對流換熱公式：

QahlAT(1)

2

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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低溫流動液膜換熱

由于流動液膜厚度極小，工件表面過熱時，液膜與工件界面將迅速產生大量微汽泡。隨

著微汽泡持續(xù)吸收熱量，體積將逐漸增加，對液膜擾動作用加強。在一個完整換熱周期內（與

磨削區(qū)對應砂輪面積完整更迭），磨削區(qū)液膜總換熱量Qt包括液膜流動換熱量Qf和沸騰氣

泡群換熱量Qb：

QtQfQb(2)

對于流動液膜，其換熱量Qf計算式為：

f

QfNufAfTwTf(3)

hf

2

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

流動液膜的努舍爾數(shù)可近似表示為：

11

23

Nuf0.322RefPrf(4)

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

普朗特數(shù)，Prf=μf·ρf/λf。

對于液膜核態(tài)沸騰，過熱工件表面會持續(xù)產生氣泡成核點，成核點吸收熱量，形成微氣

泡。過熱表面的成核點數(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°。

對于任意單個氣泡，首先在成核點上生成，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，當氣泡即將脫離工件表面時應用Fritz公式可求得氣泡

直徑為：

f

db0.0208s(6)

gfg

因此，單個氣泡從氣核處生成到成長脫離所吸收的熱量為：

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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低溫冷風微量潤滑磨削應符合GB/T31210.1、GB/T31210.2、GB/T31209-2014、GB

4674-2009的相關要求。

5.2實施低溫冷風微量潤滑磨削時，應嚴格執(zhí)行相關安全操作規(guī)程。

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

等方式實現(xiàn)。

5.4產品結構及使用應滿足安全防護要求，產品結構應便于加工、操作、安裝及維護，產品

結構應緊湊，與機床總體結構協(xié)調一致。

5.5低溫冷風微量潤滑磨削加工結束后，應及時對被加工零件、刀具及相關工位器具實施防

銹處理。低溫冷風微量潤滑應具有相應的防霜、防濕、防銹、清潔和排屑措施。

6.低溫冷風要求

6.1低溫冷風設備放置于磨床旁邊干燥地面上，確保設備盡可能靠近磨床安裝。低溫冷風供

應管盡可能短且保持直線布置，避免過度彎折。

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

接入三相電源、零線、地線，測試電壓是否正確，三相電源是否無誤。確認入口和出口軟管

已連接牢固。

6.3連接空氣輸運軟管到氣源，壓縮氣體必須要經過干燥處理，避免空氣中水分冷凝導致輸

運管路堵塞。低溫冷風由壓縮空氣源經特殊裝置中壓縮機、蒸發(fā)器制冷后生成。

6.4將噴嘴固定于機床的合適位置，可采用磁鐵座或進行打孔、攻牙后用螺釘固定。基于霧

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

效進入磨削區(qū)。

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

輸送應選用金屬管接頭，選用耐油、耐壓軟管及其他與工作介質相容的材料。

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

輸送低溫氣流時，應使用泡沫包裹耐低溫軟管，外用網罩保護的結構。

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

1)環(huán)境溫度：0℃~+30℃；

2)相對濕度：0%~90%，無冷凝；

3)存儲溫度：+5℃~+30℃；

4)冷卻方式：自然冷卻。

5）進氣管徑：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低溫冷風磨削使用的壓縮空氣源應滿足如下條件:

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。如果低溫設備長時間不使用，需關閉系統(tǒng)及所有供氣截止閥。

關閉時不需要對系統(tǒng)進行泄壓。

6.10檢修設備前，務必先切斷電源，身體不要靠近溫度較高部位和溫度較低的部分。當調

節(jié)或修理低溫冷風設備的電氣系統(tǒng)暴露的帶電部分時，應踩在絕緣體上工作，不要接觸設備

其它部分。

6.11在冷風入口和出口附近工作時，請務必小心并戴上手套，以防止凍傷。操作員的面部

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

6.12轉運設備時，設備不能傾斜和劇烈地震動。運輸過程中，注意人身安全。長時間不用

時，泄壓及將油箱排空，防止造成管路堵塞。低溫冷風設備在無人看管時要關閉并鎖上機箱

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

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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.微量潤滑要求

7.1微量潤滑系統(tǒng)使用前，應放空壓力氣源中殘留的油和水，并在系統(tǒng)進氣口與氣源輸出口

之間，安裝前置油水過濾裝置。微量潤滑系統(tǒng)應盡可能靠近機床或置于機床上，四周應預留

檢修空間。

7.2確認所使用的微量潤滑切削油品種及性質，并嚴格按照說明書使用。在使用前，應該確

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

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

左、右傾斜45°，并在每個位置分別保持10~20s，觀察滲漏情況。

7.4連接電源與壓縮氣源，微量泵電機調至額定轉速，調壓閥調至最高工作壓力，目測檢查

各管路及其連接處有無氣、液滲漏現(xiàn)象。

7.5微量潤滑系統(tǒng)空運轉條件下，噪聲聲壓級應不大于85dB(A)，噪聲測量方法按GB/T

16769的規(guī)定進行。

7.6使用微量潤滑切削油時，應該確保使用場所的通風狀況良好。開啟通風設備，保持空氣

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

于安全環(huán)境中。

7.7在操作過程中，操作人員必須戴好防護用品，避免被微量潤滑切削油粒子射到眼睛、皮

膚和呼吸道等部位。防護用品包括戴眼鏡、口罩、手套、防護服等。

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

環(huán)境潤滑劑應滿足如下條件:

1)安全性：植物油基，可生物降解，含無毒無害添加劑；

2)凝點：<?10℃；

3)沸點：>300℃；

4)閃點：>200℃。

7.9微量潤滑磨削射流參數(shù)應滿足如下條件:

1)氣壓：0.1MPa~0.4MPa；

2)氣液比：0.4~0.5；

3)潤滑劑流量：60mL~100mL。

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8.磨削加工要求

8.1平面磨削加工應符合GB4674-2009標準。

8.2檢查加工所用的機床設備，準備好各種附件，按機床按規(guī)定進行潤滑和試運行。

8.3工件裝夾前應將定位面、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，應在適當位置添加擋塊，以

防磨削時工件飛出或傾倒。

8.5根據工件的材料、硬度、精度和表面粗糙度的要求，合理選用砂輪牌號，應符合GB/T

4127.5-2008標準。裝夾砂輪時，必須在修砂輪前平衡，并在砂輪裝好后進行空轉試驗。

8.6在精磨開始前，應無進給量多次走刀，至無火花為止。精磨前工件的表面粗糙度Ra值

應小于6.3um。批量加工時中，必須進行首件檢查，合格后方可能繼續(xù)加工。

8.7用磁力夾具吸住進行加工的工件，加工后應進行退磁。工件加工后應做到無屑、無水、

無贓物，并在規(guī)定的位置擺好，以免碰傷。

9、低溫冷風微量潤滑磨削技術要求

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

一般不應低于?60°C，特殊要求時，可以使用更低溫度的介質進行磨削。

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

潤滑劑輸運管道在低溫氣流中的長度為30cm。

9.3低溫冷風磨削時，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低溫冷風微量潤滑磨削時，低溫冷風微量潤滑噴嘴組件可以設置多個噴出口，從不同角

度、不同方向噴入磨削區(qū)。

9.5低溫冷風微量潤滑噴嘴裝置安裝定位后，應在噴射出口處測量冷風溫度。檢測時，在氣

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

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

0.2°C內時，可進行讀數(shù)。

9.6低溫冷風微量潤滑裝置應具備隨時關停啟動功能、溫度調節(jié)功能、壓力報警功能和必要

的顯示功能。

9.7低溫冷風微量潤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)工件進給速度：6mm/s~8mm/s；

3)磨削深度：10μm~30μm；

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附錄A

下表為氣源壓力一定時，泵的頻率與接通時間不同組合時，對應單泵油量的參考值。

氣源MPa頻率Hz接通時間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

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附錄B

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

參數(shù)量化映射關系。

冷風溫度噴嘴傾角氣壓砂輪線速度進給速度磨削深度

°C°MPam/smm/sμm

-30160.426410

-30160.428810

-30160.430610

-40160.426620

-40160.428420

-40160.330820

-50160.326830

-50160.328630

-50160.330430

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附錄C

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

響規(guī)律。

圖2冷風溫度對不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢影響

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圖3氣壓對不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢影響

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圖4噴嘴傾角對不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢影響

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《低溫冷風微量潤滑磨削加工工藝規(guī)范》

編制說明

一、標準制定的必要性

航空工業(yè)加工制造水平是體現(xiàn)國家綜合實力的一項關鍵指標。結構輕量化、

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

足使用要求，擁有強度高、韌性強、耐高溫等特性的新型金屬材料應運而生。磨

削加工作為精密成型的必要工藝，占總工藝的60%以上。磨削過程中伴隨著彈

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

極易導致磨屑粘附、重鑄，甚至引起工件表面燒傷，嚴重影響加工表面質量和精

度。因此，磨削過程中有效抑制工件表面熱損傷是亟需解決的技術難題。

內混式低溫冷風賦能的準干式冷卻潤滑技術是由低溫冷風(0°C~?60°C)與

微量潤滑結合而成，通過高壓低溫氣體將微量潤滑劑霧化成微米級顆粒，高速噴

射到磨削區(qū)域。冷風與磨削區(qū)的溫差實現(xiàn)強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具有更強的滲透性與潤滑性。低溫冷風微量潤滑綠

色環(huán)保，不影響工人身體健康，滿足清潔生產。低溫冷風技術的最大優(yōu)勢在于能

實現(xiàn)介質溫度精準可控，以適應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大而對刀具粘結，降低磨削性

能。冷風和潤滑劑耦合作用下，有效抑制磨削熱產生，減輕工件表面熱損傷。

目前，內混式低溫冷風微量潤滑技術在磨削加工中尚處于效果驗證性的實驗

階段，存在著理論框架缺失和實際操作規(guī)范不足等問題。內混式低溫冷風微量潤

滑磨削技術尚無國家、行業(yè)技術規(guī)范，為使低溫冷風微量潤滑磨削工業(yè)金屬材料

實現(xiàn)最優(yōu)效果，根據《中華人民共和國標準化法》的有關規(guī)定，特制訂本標準。

綜上所述，研發(fā)制定低溫冷風微量潤滑磨削標準對行業(yè)發(fā)展是十分必要的。

內混式低溫冷風微量潤滑磨削技術具有廣闊的市場前景和良好的社會效益，用于

指導低溫冷風微量潤滑切磨削工件表面完整性的主動控制。

二、標準編制原則及依據

1.按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構

和起草規(guī)則》和GB/T12-2009《標準化工作導則第2部分：標準中規(guī)范性技

術要素內容的確定方法》要求編寫。

2.參照相關法律、法規(guī)和規(guī)定，在編制過程中著重考慮了科學性、適用

性和可操作性。

三、項目背景及工作情況

（一）任務來源

根據《中國國際科技促進會標準化工作委員會團體標準管理辦法》的有

關規(guī)定，經中國國際科技促進會標準化工作委員會及相關專家技術審核，批

準《低溫冷風微量潤滑磨削加工工藝規(guī)范》團體標準制定計劃，項目計劃號

為：CI2023526。本標準由青島理工大學提出，中國國際科技促進會歸口。

根據計劃要求，本標準完成時限為4個月。

（二）標準起草單位

本標準的主要起草單位是青島理工大學，負責標準文檔起草及相關文件

的編制等。青島即墨青理智能制造產業(yè)研究院、大連理工大學、上海交通大

學、南京航空航天大學、重慶大學、上海工程技術大學、漢能（青島）潤滑

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

華（青島）智能裝備有限公司、青島濱海學院主要參與單位，負責標準中重

要技術點的研究和建議，并參與標準內容的討論。

（三）標準研制過程及相關工作計劃

（一）前期準備工作

項目立項前，標準編制小組查閱、研讀相關國內外文獻，廣泛搜集低溫

冷風微量潤滑磨削加工工藝有關材料。同時，標準編制小組安排相關人員，

多次前往機械加工企業(yè)進行現(xiàn)場調研，與現(xiàn)場操作人員及安全管理人員進行

了深入座談交流，廣泛征求標準制訂方面的意見和建議。

（二）標準起草過程

2023年12月7日由中國國際科技促進會標準化工作委員會向國家標準委

全國標準服務平臺立交立項，立項編號為：CI2023526,并向全社會公示了十

五日。

2023年12月27日由青島理工大學以視頻的方式組織了第一次起草會議，

談論了標準的制定要求，確定了分工和編制工作的各項任務完成時間節(jié)點。

2024年1月14日組織了第二次起草會議，確定下標準內容的草案；

2024年2月24日將標準草案提交中國國際科技促進標準化工作委員會，

通過審核，于2月27日報送了全國標準平臺，并向全社會公開征求意見30日。

（三）征求意見情況

2024年2月上旬，標準編制小組先后通過電話、郵件等多種形式征集行

業(yè)專家相關意見和建議。針對征集的意見，標準編制小組召開了研討會，將

收集到的意見進行匯總處理分析，在充分吸納合理意見的基礎上，先后修改

和完成標準內容。于2024年2月27日形成團體標準文件最終稿。

四、標準制定的基本原則

標準編制過程中，遵循了以下基本原則：

1)標準需要具有行業(yè)特點，指標及其對應的分析方法要積極參照采用國

家標準和行業(yè)標準。

2)標準能夠體現(xiàn)出產品的具有關鍵共性的技術要素。

3)標準能夠為產品的開發(fā)、改進指出明確的方向。

4)標準需要具有科學性、先進性和可操作性。

5)要能夠結合行業(yè)實際情況和產品特點。

6)與相關標準法規(guī)協(xié)調一致。

7）促進行業(yè)健康發(fā)展與技術進步。

五、標準主要內容

本標準規(guī)定了低溫冷風微量潤滑磨削加工工藝規(guī)范標準，正文部分共分九章，

內容包括標準的適用范圍、規(guī)范性引用文件、符號、應用原理、應用條件、應用

系統(tǒng)組成與功能、技術要求、應用方法等。

六、主要試驗（或驗證）情況分析

1.試驗設備

實驗采用CryoAireCEA361集成式低溫冷風微量潤滑系統(tǒng)，如圖1所示，最低

制冷溫度為-50°C。噴嘴屬于內混式結構，采用特殊材料管道對低溫氣體輸送，

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

用耐低溫的特殊微量潤滑油F30-A。F30-A為植物油基，可生物降解，含有無毒

無害添加劑，密度為850kg/m3，凝點為20°C，閃點為200°C，沸點為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，在一定程度高溫環(huán)境下可與金屬工件表面發(fā)生化學

反應生成皂化膜，緊緊吸附于工件表面起到優(yōu)異的潤滑性能。

圖1CryoAireCEA361集成式低溫冷風微量潤滑系統(tǒng)

磨削實驗采用德國SCHLEIFRING公司生產的K-P36精密數(shù)控平面磨床。工

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

上。為捕捉磨削力詳細信息，采樣率應盡可能高。磨削力測力儀的采樣頻率為

1kHz，通過電荷放大器（YE5850D）和A/D數(shù)據采集卡（USB-6001）將信號輸

入PC端的“磨削力動態(tài)測試系統(tǒng)”軟件中。雖然測力儀和采集卡中設置了硬件濾

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

信號波動范圍在1N內。磨削溫度測量通過使用MX100采集器（多通道）和雙極

熱電偶實現(xiàn)。實驗前將熱電偶兩極焊合，為確保熱電偶絲焊合點處于閉合狀態(tài)以

測量磨削溫度，使用激光共聚焦顯微鏡觀察焊合點。將焊合后的熱電偶絲插入通

孔并填充隔熱樹脂進行絕熱。同時，確保熱電偶絲焊合點與通孔終端平齊。磨削

過程中，砂輪與工件表面測量點的接觸時間較短（大約500ms），而實驗所用熱

電偶的響應時間為450~500ms。因此該熱電偶測量磨削溫度時其響應時間滿足要

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

表面粗糙度Ra值進行測量，利用激光共聚焦顯微鏡（型號：OLS-5000）工件對

工件已加工表面的微觀形貌進行分析。實驗及測量裝置，如圖2所示。

圖2實驗及測量裝置

為保證磨削過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)下的測量過程中砂輪磨粒狀態(tài)盡可能一致，每組測量實驗結束后需對CBN

砂輪進行修銳。磨削實驗參數(shù)如表1所示，

表1磨削實驗參數(shù)及冷卻潤滑條件

類別參數(shù)

磨削類型平面磨削，順磨，矩形路徑

CAMQL

流量60mL/h，

冷卻潤滑方式氣壓0.1MPa~0.4MPa，

冷風溫度?10°C~?50°C，

噴嘴傾角12°~16°

砂輪線速度vs30m/s

工件進給速度vw6mm/s

磨削深度ap10μm

2.實驗結果

2.1冷風溫度

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

工件表面質量變化趨勢影響規(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)均隨冷風溫度降低呈現(xiàn)出顯著減小的趨勢，在?50°C冷風條件下

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冷風的降低幅度分別達到35.8%、36.5%、34.5%、36.1%、23.4%、

24.5%、20.2%，呈現(xiàn)出相對較高的降幅。這說明在磨削參數(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溫度降低呈現(xiàn)出增強的

趨勢。

圖3冷風溫度對不同磨削性能表征參數(shù)變化趨勢影響

MQL氣壓一定時穩(wěn)定狀態(tài)的霧化液滴群及氣流對液膜流動的驅動力理論上

將維持不變。當冷風溫度降低時，油膜的運動粘度和表面張力將不同程度增大，

對液膜流動速度產生一定程度阻礙作用導致液膜厚度增加。因此在砂輪有效作用

面積內單位時間隨砂輪進入磨削區(qū)的潤滑油量將增加?；谀ハ鲄^(qū)邊界潤滑理論，

油量增加將有助于有效覆蓋工件表面形成的微溝槽，起到潤滑作用。此外，液膜

溫度與冷風溫度正相關，液膜溫度越低，在磨削