摘要
微量润滑(MQL)切削技术作为一种绿色加工工艺在机械制造领域有着广泛的应
用前景，并在难加工材料如20CrMnTi淬硬钢的加工中展现出优异的冷却润滑性能。
目前微量润滑切削中存在着切削液渗透机理研究尚未完善、工艺参数对切削性能的
影响规律不清晰、没有适用于工业生产的最优工艺参数等问题。针对上述问题，本
文研究了微量润滑毛细管渗透机理，揭示了微量润滑车削的刀具磨损机制，分析了
工艺参数对切削性能的影响，并进行了工艺参数组合的优化。本文的主要研究内容
如下：
基于毛细管渗透动力学分析，结合微量润滑切削液雾化特性和液滴沉积试验，
设计了负压微切槽毛细管渗透试验，研究了气压和流量以及微切槽横截面积对切削
液渗透速度的影响规律。结果表明，气压和流量的增大有利于切削液的雾化并促进
了切削液的渗透，而微切槽横截面积对切削液渗透速度的影响并不显著。
明确了切削区域的润滑状态，以分析微量润滑切削中的润滑油膜在接触区的作
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用机制；进行了摩擦磨损试验探究气压、流量以及刀件之间的相对滑动速度对刀具
磨损和摩擦系数的影响规律；设计了微量润滑切削和干切削加工20CrMnTi淬硬钢的
对比试验，探究微量润滑切削和干切削两种加工条件对刀具磨损的影响，并通过表
面微观形貌和EDS分析，研究了微量润滑切削下刀具的磨损机制。结果表明，增大
气压和流量能够提高微量润滑切削的润滑性能，从而使得摩擦系数和刀具磨损能够
有效降低，而干切削与微量润滑切削相比由于缺少润滑而过早出现刀具崩刃；微量
润滑切削下刀具的磨损形式主要有磨粒磨损、粘结磨损、化学磨损和涂层脱落。
设计了正交试验研究气压、流量、切削速度、进给速度和切削深度对切削温度、
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切削力、表面质量和切屑形态的影响规律；使用田口灰色关联多目标优化法对切削
温度、切削力、表面粗糙度和材料去除率进行了优化，得到了最优的参数组合，并
对其合理性进行了试验验证。结果表明，切削深度对切削温度的影响程度最大，进
给速度对切削力和表面质量影响程度最大，并且发现进给速度越大，工件表面的凹
坑、沟槽和材料堆积越明显，切屑在切削温度和切削力的双重作用下出现长短不一
的多种形态；最终得到的最优切削速度、进给速度、切削深度、气压和流量组合分
别是130m/min、0.1mm/r、0.15mm、0.55MPa和80ml/h。
关键词：微量润滑；渗透机理；刀具磨损；切削性能；工艺参数优化
I
II
ABSTRACT
Minimumquantitylubrication(MQL)cuttingtechnologyhasabroadapplication
prospectinthefieldofmechanicalmanufacturingasagreenmachiningprocessandshows
excellentcoolingandlubricatingpropertiesinthemachiningofdifficult-to-cutmaterials
suchas20CrMnTihardenedsteel.Atpresent,therearesomeproblemsinminimalquantity
lubricationcutting,suchasincompleteresearchonthepenetrationmechanismofcuttingfluid,
unclearinfluencerulesofprocessparametersoncuttingperformance,andlackofoptimal
processpar