论文标题：Liquid film thickness model formed by atomized droplets during sustainable cryogenic air MQL grinding

期刊： Frontiers of Mechanical Engineering

作者：Mingzheng LIU, Changhe LI, Qinglong AN, Yanbin ZHANG, Min YANG, Xin CUI, Teng GAO, Yusuf Suleiman DAMBATTA, Runze LI

发表时间：15 Feb 2025

DOI：10.1007/s11465-025-0824-8

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青岛理工大学李长河研究团队在《Frontiers of Mechanical Engineering》2025年20卷第1期发表了题为“Liquid film thickness model formed by atomized droplets during sustainable cryogenic air MQL grinding”的研究论文。文章围绕低温冷风微量润滑（CAMQL）磨削过程中雾化液滴形成的液膜开展研究，为CAMQL技术在难加工金属磨削中的应用提供理论依据。

文章首先分析了气液混合流中气流剪切冲击和液滴冲击对液膜形成的影响，通过理论和模拟相结合的方法，分析了液滴撞击稳定流和空气撞击扰动流的边界条件，得到了驱动液膜流动的法向动量源和切向动量源。基于质量/动量连续性方程，建立了流动液膜在撞击区和非撞击区的厚度分布模型。在撞击区，液膜厚度先减小后增大，在撞击中心液膜厚度达到最小值。在-10至-50℃的低温空气温度下，液膜厚度为0.92至1.26mm。在非撞击区，液膜厚度小于撞击区的液膜边缘厚度。在-10至-50℃的低温空气温度下，液膜厚度为0.85至1.21mm。

其次，通过建立控制方程和边界条件，考虑液滴冲击稳态流和空气冲击扰动流，求解得到液膜流速和厚度分布模型。并对比不同低温空气温度下，冲击区内、外液膜厚度分布规律，发现冲击区内液膜厚度先减后增，冲击中心处最小；非冲击区液膜厚度小于冲击区边缘厚度，且随低温空气温度降低而增加。采用数字图像投影技术搭建测量实验平台，测量不同低温空气温度下有效区域内液膜厚度。实验结果与理论值趋势一致，但因实验因素存在误差，实验值小于理论值。

并建立了CBN砂轮表面形貌模型，分析任意三个相邻磨粒的几何或形态关系，建立磨粒间隙体积数学模型，得到磨削过程中，磨料间隙体积动态变化的分布域为[70.46, 78.72]mm3，磨料总体积分布域为[140.84, 155.67] mm3。进一步分析了磨料间隙体积与相应油膜体积之间的关系。在边界润滑条件下，有效增加液膜厚度将有助于增加磨料间隙中的储油量，从而提高润滑能力。

最后比较并分析了不同气流温度条件对钛合金材料磨削性能的影响。在固定的喷射参数和磨削参数下，降低气流温度有助于改善磨削效果。当气流温度为-50℃时，磨削温度、比切向磨削力、比法向磨削力、摩擦系数、比磨削能、Ra和RSm值分别比室温（20℃）时降低了54.7%、53.6%、52.5%、55.6%、47.3%、46.2%和37.8%。

关键词

可持续磨削；低温冷却；微量润滑；CAMQL；液膜厚度；形成机制

引用

Mingzheng LIU（刘明政）, Changhe LI（李长河）, Qinglong AN（安庆龙）, Yanbin ZHANG（张彦彬）, Min YANG（杨敏）, Xin CUI（崔歆）, Teng GAO（高腾）, Yusuf Suleiman DAMBATTA, Runze LI（李润泽）. Liquid film thickness model formed by atomized droplets during sustainable cryogenic air MQL grinding. Front. Mech. Eng., 2025, 20(1): 8

https://doi.org/10.1007/s11465-025-0824-8

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