《低温冷风微量润滑磨削加工工艺规范》编制说明

团体标准

《低温冷风微量润滑磨削加工工艺规范》

编制说明

标准编制小组

2024年2月

《低温冷风微量润滑磨削加工工艺规范》

编制说明

一、标准制定的必要性

航空工业加工制造水平是体现国家综合实力的一项关键指标。结构轻量化、

高强度和高可靠性等要求已成为航空高端装备发展的主流趋势和终极目标。为满

足使用要求，拥有强度高、韧性强、耐高温等特性的新型金属材料应运而生。磨

削加工作为精密成型的必要工艺，占总工艺的60%以上。磨削过程中伴随着弹

塑性变形及剧烈摩擦，使磨削区长期处在高温和高应力耦合效应的影响状态下，

极易导致磨屑粘附、重铸，甚至引起工件表面烧伤，严重影响加工表面质量和精

度。因此，磨削过程中有效抑制工件表面热损伤是亟需解决的技术难题。

内混式低温冷风赋能的准干式冷却润滑技术是由低温冷风(0°C~−60°C)与

微量润滑结合而成，通过高压低温气体将微量润滑剂雾化成微米级颗粒，高速喷

射到磨削区域。冷风与磨削区的温差实现强化换热并且高速气流可将热量带离磨

削区，雾化颗粒的小尺寸效应具有更强的渗透性与润滑性。低温冷风微量润滑绿

色环保，不影响工人身体健康，满足清洁生产。低温冷风技术的最大优势在于能

实现介质温度精准可控，以适应不同塑性金属的磨削加工。合理的低温域可使工

件维持有利于磨削的硬度，防止高温使工件塑性过大而对刀具粘结，降低磨削性

能。冷风和润滑剂耦合作用下，有效抑制磨削热产生，减轻工件表面热损伤。

目前，内混式低温冷风微量润滑技术在磨削加工中尚处于效果验证性的实验

阶段，存在着理论框架缺失和实际操作规范不足等问题。内混式低温冷风微量润

滑磨削技术尚无国家、行业技术规范，为使低温冷风微量润滑磨削工业金属材料

实现最优效果，根据《中华人民共和国标准化法》的有关规定，特制订本标准。

综上所述，研发制定低温冷风微量润滑磨削标准对行业发展是十分必要的。

内混式低温冷风微量润滑磨削技术具有广阔的市场前景和良好的社会效益，用于

指导低温冷风微量润滑切磨削工件表面完整性的主动控制。

二、标准编制原则及依据

1.按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》和GB/T12-2009《标准化工作导则第2部分：标准中规范性技

术要素内容的确定方法》要求编写。

2.参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用

性和可操作性。

三、项目背景及工作情况

（一）任务来源

根据《中国国际科技促进会标准化工作委员会团体标准管理办法》的有

关规定，经中国国际科技促进会标准化工作委员会及相关专家技术审核，批

准《低温冷风微量润滑磨削加工工艺规范》团体标准制定计划，项目计划号

为：CI2023526。本标准由青岛理工大学提出，中国国际科技促进会归口。

根据计划要求，本标准完成时限为4个月。

（二）标准起草单位

本标准的主要起草单位是青岛理工大学，负责标准文档起草及相关文件

的编制等。青岛即墨青理智能制造产业研究院、大连理工大学、上海交通大

学、南京航空航天大学、重庆大学、上海工程技术大学、汉能（青岛）润滑

科技有限公司、上海金兆节能科技有限公司、成都工具研究所有限公司、国

华（青岛）智能装备有限公司、青岛滨海学院主要参与单位，负责标准中重

要技术点的研究和建议，并参与标准内容的讨论。

（三）标准研制过程及相关工作计划

（一）前期准备工作

项目立项前，标准编制小组查阅、研读相关国内外文献，广泛搜集低温

冷风微量润滑磨削加工工艺有关材料。同时，标准编制小组安排相关人员，

多次前往机械加工企业进行现场调研，与现场操作人员及安全管理人员进行

了深入座谈交流，广泛征求标准制订方面的意见和建议。

（二）标准起草过程

2023年12月7日由中国国际科技促进会标准化工作委员会向国家标准委

全国标准服务平台立交立项，立项编号为：CI2023526,并向全社会公示了十

五日。

2023年12月27日由青岛理工大学以视频的方式组织了第一次起草会议，

谈论了标准的制定要求，确定了分工和编制工作的各项任务完成时间节点。

2024年1月14日组织了第二次起草会议，确定下标准内容的草案；

2024年2月24日将标准草案提交中国国际科技促进标准化工作委员会，

通过审核，于2月27日报送了全国标准平台，并向全社会公开征求意见30日。

（三）征求意见情况

2024年2月上旬，标准编制小组先后通过电话、邮件等多种形式征集行

业专家相关意见和建议。针对征集的意见，标准编制小组召开了研讨会，将

收集到的意见进行汇总处理分析，在充分吸纳合理意见的基础上，先后修改

和完成标准内容。于2024年2月27日形成团体标准文件最终稿。

四、标准制定的基本原则

标准编制过程中，遵循了以下基本原则：

1)标准需要具有行业特点，指标及其对应的分析方法要积极参照采用国

家标准和行业标准。

2)标准能够体现出产品的具有关键共性的技术要素。

3)标准能够为产品的开发、改进指出明确的方向。

4)标准需要具有科学性、先进性和可操作性。

5)要能够结合行业实际情况和产品特点。

6)与相关标准法规协调一致。

7）促进行业健康发展与技术进步。

五、标准主要内容

本标准规定了低温冷风微量润滑磨削加工工艺规范标准，正文部分共分九章，

内容包括标准的适用范围、规范性引用文件、符号、应用原理、应用条件、应用

系统组成与功能、技术要求、应用方法等。

六、主要试验（或验证）情况分析

1.试验设备

实验采用CryoAireCEA361集成式低温冷风微量润滑系统，如图1所示，最低

制冷温度为-50°C。喷嘴属于内混式结构，采用特殊材料管道对低温气体输送，

减少热量散失。为保证润滑油在低温环境中不出现凝固现象而实现有效输运，采

用耐低温的特殊微量润滑油F30-A。F30-A为植物油基，可生物降解，含有无毒

无害添加剂，密度为850kg/m3，凝点为20°C，闪点为200°C，沸点为300°C。

植物油基的主要组成成分为脂肪酸和甘油三酯，其中的羧基（-COOH）和酯基

（-OH）是典型的极性基团，在一定程度高温环境下可与金属工件表面发生化学

反应生成皂化膜，紧紧吸附于工件表面起到优异的润滑性能。

图1CryoAireCEA361集成式低温冷风微量润滑系统

磨削实验采用德国SCHLEIFRING公司生产的K-P36精密数控平面磨床。工

件安装在YDM－III99三向测力仪的夹具上，然后测力仪固定在磨床磁力工作台

上。为捕捉磨削力详细信息，采样率应尽可能高。磨削力测力仪的采样频率为

1kHz，通过电荷放大器（YE5850D）和A/D数据采集卡（USB-6001）将信号输

入PC端的“磨削力动态测试系统”软件中。虽然测力仪和采集卡中设置了硬件滤

波器，但原始力信号仍然包含大量噪音。多次调整滤波器参数，直到非磨削期力

信号波动范围在1N内。磨削温度测量通过使用MX100采集器（多通道）和双极

热电偶实现。实验前将热电偶两极焊合，为确保热电偶丝焊合点处于闭合状态以

测量磨削温度，使用激光共聚焦显微镜观察焊合点。将焊合后的热电偶丝插入通

孔并填充隔热树脂进行绝热。同时，确保热电偶丝焊合点与通孔终端平齐。磨削

过程中，砂轮与工件表面测量点的接触时间较短（大约500ms），而实验所用热

电偶的响应时间为450~500ms。因此该热电偶测量磨削温度时其响应时间满足要

求。磨削完成后取下工件，利用表面轮廓仪（型号：TIME3220）对磨削后工件

表面粗糙度Ra值进行测量，利用激光共聚焦显微镜（型号：OLS-5000）工件对

工件已加工表面的微观形貌进行分析。实验及测量装置，如图2所示。

图2实验及测量装置

为保证磨削过程中砂轮磨粒锐利度相近且更有利于材料去除，以及不同工况

参数下的测量过程中砂轮磨粒状态尽可能一致，每组测量实验结束后需对CBN

砂轮进行修锐。磨削实验参数如表1所示，

表1磨削实验参数及冷却润滑条件

类别参数

磨削类型平面磨削，顺磨，矩形路径

CAMQL

流量60mL/h，

冷却润滑方式气压0.1MPa~0.4MPa，

冷风温度−10°C~−50°C，

喷嘴倾角12°~16°

砂轮线速度vs30m/s

工件进给速度vw6mm/s

磨削深度ap10μm

2.实验结果

2.1冷风温度

冷风温度对磨削力Ft/Fn、摩擦系数μc、磨削比能U、磨削区最高温度Tmax及

工件表面质量变化趋势影响规律分别如图3(a)~(f)所示。从图中可以看出不同磨

削性能表征参数均随冷风温度降低呈现出显著减小的趋势，在−50°C冷风条件下

的法向力Fn、切向力Ft、摩擦系数μc、磨削比能U、磨削区最高温度Tmax、Ra值及

RSm值相较于−10°C冷风的降低幅度分别达到35.8%、36.5%、34.5%、36.1%、23.4%、

24.5%、20.2%，呈现出相对较高的降幅。这说明在磨削参数vs=30m/s、vw=6mm/s、

ap=30μm一定的前提下，CAMQL辅助磨削的效果随冷风温度降低呈现出增强的

趋势。

图3冷风温度对不同磨削性能表征参数变化趋势影响

MQL气压一定时稳定状态的雾化液滴群及气流对液膜流动的驱动力理论上

将维持不变。当冷风温度降低时，油膜的运动粘度和表面张力将不同程度增大，

对液膜流动速度产生一定程度阻碍作用导致液膜厚度增加。因此在砂轮有效作用

面积内单位时间随砂轮进入磨削区的润滑油量将增加。基于磨削区边界润滑理论，

油量增加将有助于有效覆盖工件表面形成的微沟槽，起到润滑作用。此外，液膜

温度与冷风温度正相关，液膜温度越低，在磨削区极短接触时间内承受高温作用

的能力越强，有效避免氧化、解吸附现象，使润滑油膜厚度维持有效承载作用状

态。因此，磨削力、摩擦系数及磨削比能显著降低。低温高粘度油膜将有效减小

磨削热的产生量，同时增加磨削区的换热量，在叠加作用下显著降低磨削温度，

进而一定程度抑制磨削热软化和粘附现象，改善工件质量。

2.2气压

气压对磨削力Ft/Fn、摩擦系数μc、磨削比能U、磨削区最高温度Tmax及工件

表面质量变化趋势影响规律分别如图4(a)~(f)所示。从图中可以看出，在气压

0.1MPa~0.4MPa范围内不同磨削性能表征参数均随气压增大呈现出显著减小的

趋势。然而当气压超过0.4MPa后，性能表征参数随气压增大出现升高趋势。在

0.1MPa气压条件下的法向力Fn、切向力Ft、摩擦系数μc、磨削比能U、磨削区最

高温度Tmax、Ra值及RSm值相较于0.4MPa气压的降低幅度分别达到30.7%、35.1%、

29.8%、32.4%、20.7%、21.4%、12.2%，与冷风温度的影响相比，降幅出现一定

程度减小，表明气压对磨削性能的影响强度相对较弱。在磨削参数vs=30m/s、

vw=6mm/s、ap=30μm一定的前提下，CAMQL辅助磨削的效果随气压增大呈现出

先增强后减弱的趋势。

图4气压对不同磨削性能表征参数变化趋势影响

冷风温度一定时喷嘴出口的润滑油温度将降低到对应低温值，由于高速雾滴

群在工件表面成膜时间极短，可认为液膜温度近似等于喷嘴出口处的油温且短时

间内在极小范围内保持相对稳定。因此，低温油膜的运动粘度和表面张力相应保

持稳定，在不同气压下对流动液膜的粘滞力将相对不变。当气压增大时，雾滴群

及气流速度将不同程度增大，对液膜流动的驱动力增加，引起液膜铺展面积增大

且厚度相对降低。但液膜流动速度增加，单位时间内流入磨削区的油量依然逐级

增加但增长率逐级减小。

2.3喷嘴倾角

喷嘴倾角对磨削力Ft/Fn、摩擦系数μc、磨削比能U、磨削区最高温度Tmax及

工件表面质量变化趋势影响规律分别如图5(a)~(f)所示。从图中可以看出，不同

磨削性能表征参数均随喷嘴倾角增大呈现出先快速减小后缓慢增大的趋势，在倾

角16°时均达到最小值。在16°倾角条件下的法向力Fn、切向力Ft、摩擦系数μc、

磨削比能U、磨削区最高温度Tmax、Ra值及RSm值相较于12°倾角的降低幅度仅有

2.5%、7.5%、2.7%、4.2%、5.9%、6.3%、5.2%，与冷风温度和气压的影响相比，

降幅大幅度减小，表明喷嘴倾角在特性范围内对磨削性能的影响强度较低。

图5喷嘴倾角对不同磨削性能表征参数变化趋势影响

在磨削参数vs=30m/s、vw=6mm/s、ap=30μm一定的前提下，CAMQL辅助磨

削的效果随倾角增大呈现出先增强后减弱