【摘要】：納米粒子射流微量潤滑磨削技術是一種高效、低耗、清潔、低碳的精密加工生產(chǎn)新方式,新工藝最大限度增加了微量潤滑磨削的換熱能力和潤滑性能,解決了微量潤滑換熱能力不足的技術瓶頸,為微量潤滑在新型材料、難加工材料的磨削加工應用開辟了一條新途徑。然而,納米粒子射流微量潤滑磨削主要存在以下瓶頸問題:以植物油為基礎油的磨削區(qū)油膜形成機理、納米流體物理性能對減摩抗磨及換熱機理的評價工藝評價體系、低速/高速磨削工況下的材料去除機理、不同潤滑工況對磨粒切削成屑的力學行為影響等科學本源問題還未解決,更無法在技術應用中實現(xiàn)冷卻潤滑性能的主動參數(shù)化控制。針對以上瓶頸問題,論文開展了植物油基納米粒子射流微量潤滑磨削機理的研究工作,對植物油作為微量潤滑基礎油、混合納米粒子微量潤滑等新工藝的磨削區(qū)摩擦學特性和強化換熱特性進行了理論研究和實驗驗證,并且對低速/高速磨削工況下的材料去除機理和力學行為進行了揭示,以此為基礎建立了磨削力模型。論文主要包括以下內(nèi)容:(1)揭示了以植物油作為納米粒子射流微量潤滑基礎油的磨削機理,研究了不同植物油分子結構和納米流體物理特性對磨削區(qū)成膜機理及減摩抗磨特性的影響規(guī)律,分析了砂輪/工件楔形空間納米流體邊界層換熱機理及影響因素,建立了植物油納米流體對磨削區(qū)冷卻潤滑性能影響的評價體系,為植物油的應用提供了理論依據(jù);進行了45鋼工件材料磨削加工實驗,觀測磨削力、比磨削能、磨削熱、工件表面粗糙度等磨削性能參數(shù)驗證規(guī)律;(2)揭示了不同納米粒子分子式結構對磨削機理的影響機制,針對難加工材料高溫鎳基合金的磨削加工,率先提出混合納米粒子微量潤滑磨削的新方法,揭示混合納米粒子“物理協(xié)同作用”對磨削區(qū)的減摩抗磨增益機理;進一步探索混合納米粒子的配比對“物理包覆”現(xiàn)象的影響并得出最優(yōu)納米流體參數(shù);以典型混合納米粒子MoS_2/CNTs作為研究對象進行高溫鎳基合金GH4196 NMQL磨削加工實驗并對潤滑性能進行評價;(3)揭示了不同質量分數(shù)對納米流體物理特性影響機制,結合植物油和混合納米粒子的優(yōu)異性能,進一步提出植物油基混合納米粒子射流微量潤滑磨削加工方法,探索了不同納米流體濃度對納米流體物理特性(粘度、接觸角)的影響機制,采用工件表面形貌自相關分析方法對工件表面形貌微觀特性進行分析,定量表征工藝參數(shù)對磨削性能和工件表面質量的影響規(guī)律;(4)揭示了砂輪/工件楔形約束空間材料去除機理及基本力學行為,率先建立了基于材料斷裂去除及塑性堆積原理的磨削力模型;揭示了磨削區(qū)動態(tài)有效磨粒干涉材料運動學機理并建立了動態(tài)有效磨粒切削深度計算公式,結合單顆磨粒磨削力模型實現(xiàn)不同潤滑工況下(干磨削、微量潤滑、納米粒子射流微量潤滑)的磨削力精準預測;進行了不同磨削參數(shù)和潤滑工況下的磨削加工實驗并測量磨削力,對磨削力模型預測結果進行了驗證;(5)研究了不同潤滑工況下“速度效應”對材料去除行為的影響機理,建立了單顆磨粒干涉材料運動學公式及磨屑三維模型,探究了磨屑剪切滑移區(qū)變形機理及應變率的變化規(guī)律;揭示了應變率強化效應、應變硬化效應和熱軟化效應耦合作用下的磨屑形成機制和塑性堆積機理;進行了不同磨削速度、不同潤滑工況(干磨削、微量潤滑、納米粒子射流微量潤滑)下的單顆磨粒切削實驗,觀測磨屑形態(tài)、切削效率和磨削力對理論進行驗證。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG580.1
【圖文】：

傳統(tǒng)澆注式潤滑引起的問題如圖 1-1 所示。圖1-1 傳統(tǒng)澆注式潤滑存在的問題Fig. 1-1 Concerns of using traditional cutting fluids in machining

目前研究者們以減少切削液用量/摒棄切削液、采用“綠色介質”代替切削液兩種思路為基本依據(jù)，提出了多種綠色加工方法，如圖 1-2 所示。圖1-2 不同綠色制造方法及特點Fig. 1-2 Different kinds of green manufacturing method and there characteristics1.2.1 干式磨削加工干式切削技術作為一種綠色加工技術，最早應用于汽車工業(yè)。最初，德國Aachen 工業(yè)大學的 F. Klocke 教授于 1997 年 CIRP 會議上對“干切削”進行了主題報告，報告稱：干式加工在機械加工中的成功應用，為綠色加工技術帶來了新

機械、日發(fā)精機、雷德數(shù)控等。a) 滾齒加工 b）鋁合金薄壁件銑削加工圖1-3 納米粒子射流微量潤滑技術應用典型案例Fig. 1-3 Typical application cases of nanofluids minimum quantity lubrication隨著本項目技術的逐漸成熟，在金屬加工的應用領域也在不斷的擴展。早期和國外同行一樣只能應用于鋁合金的鋸切加工；隨著納米粒子射流微量潤滑技術的進一步開發(fā)，目前已經(jīng)完全成熟地應用于齒輪加工的滾齒、銑齒、插齒、剃齒等，還成熟應用于車削、攻絲、銑孔等難加工的領域。特別是成功應用于航空航天、軌道交通、高端零部件精密制造等行業(yè)。典型應用效果如圖 1-3 所示。表1-1 沖壓生產(chǎn)線/沖壓加工工藝技術應用效果Table 1-1 Technology application effect of stamping process項目 傳統(tǒng)潤滑方式 納米粒子射流微量潤滑潤滑劑消耗（kg/天） 17/臺 180ml/臺刀具使用壽命（天） 170 260潤滑劑支出（萬元） 330/年 4.3/年工作環(huán)境 臟亂差、油煙嚴重 安全、整潔后處理 廢液處理經(jīng)濟支出大 無后處理表1-2 插齒加工工藝技術應用效果Table 1-2 Technology application effect of gear s

【參考文獻】

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本文編號：2778407