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第2卷第3期
198雾状油膜水滴冷却润滑加工法对车削的影响2007年3月

雾状油膜水滴冷却润滑加工法对车削的影响

李蓉，王爱玲，郑智贞，刘永姜，郭以伟
（中北大学山西省“先进制造技术”重点实验室，太原030051）

摘要：油膜水滴是使用冷空气、微量可自然降解油剂和少量水，经复合喷雾法形成可自然分解的、新型绿色
切削液。本文阐述了雾状油膜水滴冷却润滑原理和方法,并通过车削试验，比较和分析了不同冷却润滑加工方法
下刀具磨损和已加工表面质量，揭示出雾状油膜水滴绿色切削液的优越性。
关键词：机械加工；绿色切削液；车削试验；油膜水滴
中图分类号：TG5文献标识码：A文章编号：1673－7180(2007)03－0198－4

0引言1雾状油膜水滴冷却润滑原理与方法
机械加工中使用加工液（油性加工液和水溶性根据油脂化学、界面化学反应原理，可自然降
加工液）是为了达到润滑、冷却与洗净效果。随着解油剂的油分子具有亲水基(负离子)和疏水基(阳离
现代化加工业的高速发展，水溶性加工液（如乳化子)，油分子(脂肪酸)会一个一个地并排吸附在水的
液、可溶液和溶解液）的大量循环使用，以及加工界面上。由于油分子的扩张性，成千上万个油分子
废液的大量排放造成了严重的环境污染问题。加工吸附的结果是使水分子的界面上形成一层薄油膜，
液中不仅含有对人体有害的硫磺、磷、氯等元素的从而形成油膜附水滴（OoW）[4,5]。
极压添加剂，而且含有表面活性添加剂，当加工过
程中混入细小切屑时，导致加工液中添加物难以分
离，成为难于再回收利用的废液。要妥善处理这些
切削废液，需要很多的处理设备和大量的处理费用。
同时，高速加工中大量循环使用油性加工液(如矿物
[1,2]
油和极压油)，使发生火灾的危险加大。图1OoW形成喷嘴示意图
为了节约能源，降低成本，实现加工废液的零
排放，满足制造业对环保性的需求，日本、德国、
美国等发达国家正致力于实现这样一种目标：彻底
废除水溶性加工液的使用及最小限度地使用油性加
工液，由半干切削到最终实现干切削。1999年日本
名古屋工业大学T.NAKAMURA和T.MATSUBA两
位教授首次提出了基于生态加工（Eco-machining）
与零排放生产的油膜附水滴（OoW）的概念。使用
冷空气、微量可自然降解油剂（植物油和酯油）和

少量水，经复合喷雾法形成OoW加工液，来代替传
统的加工液[3]。
图2OoW加工液的供给方法示意图

基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金（20050204JJ）和山西省自然科学基金(20040202JJ)
通讯作者：E-mail：[e-mail]

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图1是OoW形成喷嘴示意图，图2是OoW加工验，1～4号分别为干切削、乳化液、大豆油油膜水
液的供给法示意图。微量植物油和微量水经压缩空滴、菜籽油油膜水滴，其中3、4号为绿色生态加工

气和特殊喷嘴，雾状化并形成表面吸附一层薄油膜液。

（0.1µm左右）的微小水滴(100～200µm),即油膜附2.1试验装置
水滴(OoW),又经压缩空气吹到加工面和工具表面1、雾状油膜水滴加工液供给：机械加工复合喷
上。由于油膜的扩张性和亲水性，在工件加工表面雾系统（GJS）及特殊多段式喷嘴（自行设计制造）。
和刀具表面上产生良好的润滑和冷却效果。2、机床：CA6140及附件。
2试验方法3、刀具：高速钢车刀。
在不同的冷却润滑加工方法下，将试验材料的4、测量仪器：表面粗糙度检测仪，游标卡尺，
外圆反复切削，根据切削距离和时间的变化对刀具显微镜。
磨损和已加工表面质量进行观测。2.2试验条件
在试验过程中，采用4种加工方法进行比对试试验条件如表1所列。

表1切削加工试验条件
试件45钢(HB175)d=50mml=100mm
乳化液10L/min
流量
OoW100L/min

型号高速钢M2

前角γo15°

后角αo10°

副后角αo′6°
刀具
刃倾角λs0°

主偏角κr60°

副偏角κr′10°

刀尖圆弧半径rεmm5.0
线速度v/(m/min)25
刀具
进给量f/(mm/r)0.08
磨损
背吃刀量ap/mm0.2
线速度v/(m/min)25、30、35、40、45
测粗
进给量f/(mm/r)0.08
糙度
背吃刀量ap/mm0.2

3试验结果与分析
3.1刀具磨损
在1～45分钟内刀具后刀面磨损情况，如图3
刀具磨损曲线所示。
从图3中可以看出，切削所用时间以干切削、
乳化液、菜籽油油膜水滴、大豆油油膜水滴的顺序
由少到多。在相同时间里，干切削和使用乳化液刀
具磨损为最大，而使用菜籽油油膜水滴、大豆