在金屬加工中切削熱主要來源于金屬的塑性變形，切削區(qū)的冷卻過程就是固體與流體之間的傳熱過程。
低溫微量潤滑的冷卻作用是通過低溫油霧與加工區(qū)進行復雜的熱交換，將全部或大部分切削熱帶走而實現(xiàn)強力冷卻降溫。加工區(qū)的切削熱，若忽略微小的損失，可以簡單的認為加工過程中輸入的總能量全部轉(zhuǎn)化為切削熱，輸出的總能量即為主運動消耗的功率。
Q
切=F
z·V=P
m（1）
公式中：Q
切為單位時間內(nèi)切削區(qū)產(chǎn)生的切削熱量（J/s）；
F
z為主切削力（N）；V為切削速度（m/s）；
P
m為切削功率（N·m/s）。雖然切削加工時換熱方式比較復雜，但仍可認為遵守牛頓換熱公式，即
q=h（T
w－T
f）（2）
公式中：q為熱流密度（W/m2）；
h為換熱系數(shù)（W/m2
K）；
T
w為壁面溫度（K）；
T
f為流體溫度（K）。
牛頓冷卻公式中，換熱系數(shù)h包括所有影響換熱的因素，而油霧冷卻在加工區(qū)的實際換熱過程比較復雜，因此，換熱系數(shù)h難以確定。建議按照沸騰中的Rohsenow經(jīng)驗公式計算加工區(qū)換熱的平均熱流密度，即
q
s=μ
L·h
fg [g（ρ
L－ρ
r）/ g
L·σ ]
1/2 [G
PL·ΔT /C
sf·h
hg·P
1.7 ·r
L ]（3）
式中：q
s為換熱的平均熱流密度（W/m2 ）；μ
L為流體動力粘度（N·s/m2
）；h
fg為流體汽化潛熱（J/kg），g為重力加速度（m/s2
）；ρ
L和ρ
r分別為流體和蒸汽密度（kg/m3）；g
L為比例常數(shù)（kg·m/N·s2
）；σ為液體表面張力（N/m2
）；G
PL為液體定壓比熱（J/kg）；C
sf為鋼表面與液體都組合系數(shù)（無量綱）；P
rL為液體的普朗特常數(shù)（無量綱）；ΔT為過yw度（K），ΔT=T
w－T
s；T
w為壁面溫度（K）；T
s為液體飽和溫度（K）。
整個當量平面上的換熱量為
Q
換=q
s·A
當量（4）
由于流體與固體分子之間的吸引力和流體粘度作用，在固體表面就有一個流體滯流層，從而增加了熱阻。滯流層越厚，熱阻越大，而滯流層的厚度主要取決于流體的流動性即粘度。固體-流體的傳熱過程見圖
根據(jù)Rohsenow的熱流密度經(jīng)驗公式，潤滑油粘度較大，平均熱流密度較大，但是流動性差，循環(huán)速度慢，從摩擦表面帶走的熱量的速度也就慢，故冷卻效果一般；氣體粘度較小，流動性強，換熱速度快，換熱面積大，但平均熱流密度小，帶走的熱量較少，冷卻效果也不好。氣液兩相流體的動力粘度可表示為
μ=μ
f－（μ
f－μ
g）·x
（5）
式中：μ
f為流體的動力粘度；μ
g為氣體的動力粘度；x為質(zhì)量系數(shù)，x=w
f/（w
f·w
g），w
f為液相質(zhì)量流量，w
g為氣相質(zhì)量流量。
顯然式中，μ
g<μ<μ
f，即氣液兩相混合流體的粘度μ介于單相液體的粘度與氣體粘度之間。故油霧的熱流密度介于潤滑油與氣體之間，但流動性比潤滑油好，換熱速度快，故油霧的冷卻效果較好。因此，油霧冷卻實際上綜合了氣液兩種流體的降溫效果的優(yōu)點。而對于傳統(tǒng)切削液，低速時由于較好的換熱及流動性可以起到良好的冷卻作用，但是在高速加工下，傳統(tǒng)切削液已經(jīng)無法發(fā)揮本身的作用。
低溫微量潤滑通過降低油霧的溫度，增大金屬表面和油霧之間的溫差ΔT，進一步提高換熱的平均熱流密度q
s，從而達到更有效的冷卻效果。同時，高壓高速流動的油霧能夠及時將切屑沖走，并帶走大量的熱量，進一步增強了降溫效果。
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