切削加工中多使用切削液来减小切削力和降低切削温度,减小刀具磨损,提高表面质量和加工效率。在难加工材料切削中,切削液中还会加入极压添加剂,以提高切削液的性能。而切削液及极压添加剂会危害人体健康,污染环境。随着可持续发展战略的实施,绿色切削已成为机械加工领域的发展趋势和研究方向之一。过热水蒸气具有原料来源广泛、制备使用无污染又无须回收处理等特点,因而对过热水蒸气作冷却润滑剂的绿色切削相关技术的研究,特别是在难加工材料切削中的应用研究,具有重要的理论意义和广阔的应用价值。首先,在综述绿色切削技术发展现状的基础上,研究了过热水蒸气作绿色冷却润滑剂的作用机理。根据刀-屑接触区的毛细管假设理论及应力分布情况,提出了锥形毛细管模型和冷却润滑剂进入毛细管的空间条件,即冷却润滑剂的分子直径必须小于锥形毛细管口直径。根据边界层理论,建立了过热水蒸气在锥形毛细管中的流速、流量及温度分布的方程,分析研究了过热水蒸气在刀-屑接触区的润滑和冷却作用。这些均为过热水蒸气作切削冷却润滑剂的试验提供了理论依据。然后,为了研究过热水蒸气在切削过程中冷却润滑的作用效果,研制了试验所需的关键设备——单机和多机用过热水蒸气供气系统,都由注水、加热、控制和供气等部分组成,产生的过热水蒸气压力为0.2MPa,温度为130℃。并搭建了车床上的切削试验系统。再后,用过热水蒸气作冷却润滑剂,进行了切削45钢的刀具磨损试验研究,结果表明用过热水蒸气均比干切和乳化液时可减小刀具磨损。对前刀面上的粘结物成分和形状的分析研究,验证了前述锥形毛细管的存在。通过用过热水蒸气及4种气体作冷却润滑剂,对45钢和奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的切削试验表明,过热水蒸气可减小切削变形和切削力、降低切削温度、改善加工表面形貌并有助于断屑,还对切削力和切削温度经验公式中的指数和系数进行了分析研究。根据上述试验结果,用综合模糊评价法对过热水蒸气作切削冷却润滑剂的绿色性能进行了评价。最后,为了用过热水蒸气作冷却润滑剂实现难加工材料的绿色切削,对较难加工的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti、难加工的钛合金TC4和很难加工的镍基高温合金GH4169等3种材料进行了切削试验。结果表明,过热水蒸气可减小切削变形和切削力、降低切削温度、减小刀具磨损、提高刀具使用寿命、改善加工表面形貌、有助于断屑。建立了切削力和切削温度的经验公式,并求得了泰勒(Taylor)公式中的指数和系数,其中T的指数不仅与刀具材料有关,还与工件材料的塑性、冷却润滑条件有关。前刀面也发现了锥形毛细管的痕迹。前刀面能谱分析的结果表明过热水蒸气作冷却润滑剂可减轻硬质点磨损、粘结磨损和扩散磨损。