微量润滑在机械加工中的应用研究进展

微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)被视为一种能够改善浇注式和干切削技术缺陷的绿色可持续加工技术,在机械加工领域应用越来越广泛。综述了微量润滑的基本原理及应用。首先,分析了微量润滑及其系统以及在车削、铣削、磨削、钻削加工中的性能表现,微量润滑在铣削SKD 61钢时,刀具侧面磨损能减少60%。其次,阐述了微量润滑的进展及分类,并详细分析了纳米流体微量润滑(nanofluid minimum quantity lubrication,NMQL)、低温微量润滑(cryogenic minimum quantity lubrication,CMQL)、多场赋能微量润滑的冷却润滑机理。结果表明,在磨削钛合金时,纳米流体静电雾化微量润滑相对于微量润滑,磨削温度降低了40%。在机械加工中,微量润滑提升了冷却润滑效果,降低了成本和切削液用量,并改善了表面粗糙度、切削力和刀具磨损等方面的加工性能。

针状电极静电雾化机理与实验研究

为改善微量润滑切削加工中微液滴飞移飘散、切削液利用率低等技术问题,探讨针状电极高压电场对微液滴粒径变化和粒径分布的影响规律。结合润滑剂荷电特性和针状电极电场分布特征建立锥射流雾化模型,并利用数值分析软件对模型进行求解,设计静电雾化效果观测实验以验证针状电极锥射流雾化机理。研究结果表明,雾滴粒径随气压和电压的升高均出现降低的趋势,在0.1 MPa时粒径细化最为明显,总体降低了34.67%,同时分布跨度R.S值降低了20%,实验结果与雾化模型计算值基本符合,三种气压条件下,随着电压升高PM10和PM2.5百分比浓度也有不同程度的降低。因此,高压电场对雾滴粒径具有明显的细化作用,还能明显抑制PM10和PM2.5细小颗粒的产生。

纳米生物润滑剂微量润滑磨削性能研究进展

微量润滑是针对浇注式和干磨削技术缺陷的理想替代方案,为了满足高温高压边界条件下磨削区抗磨减摩与强化换热需求,进行了纳米生物润滑剂作为微量润滑的雾化介质探索性研究。然而,由于纳米生物润滑剂的理化特性与磨削性能之间映射关系尚不清晰,纳米生物润滑剂作为冷却润滑介质在磨削中的应用仍然面临着严峻的挑战。为解决上述需求,本文基于摩擦学、传热学和工件表面完整性对纳米生物润滑剂的磨削性能进行综合性评估。首先,从基液和纳米添加相的角度阐述了纳米生物润滑剂的理化特性。其次,结合纳米生物润滑剂独特的成膜和传热能力,分析了纳米生物润滑剂优异的磨削性能。结果表明,纳米生物润滑剂优异的传热和极压成膜性能显著改善了磨削区的极端摩擦条件,相比于传统微量润滑,表面粗糙度值(Ra)可降低约10%~22.4%。进一步地,阐明了多场赋能调控策略下,磨削区纳米生物润滑剂浸润与热传递增效机制。最后,针对纳米生物润滑剂的工程和科学瓶颈提出了展望,为纳米生物润滑剂的工业应用和科学研究提供理论指导和技术支持。

纳米生物润滑剂微量润滑加工物理机制研究进展

纳米生物润滑剂作为替代矿物型润滑介质的绿色微量润滑剂,已成为学术界与工业界的研究与关注焦点。然而,纳米生物润滑剂微量润滑加工物理学作用机制尚不清楚,难以为其工业化应用提供精准指导与选用原则。为解决上述需求与技术问题,综述了纳米生物润滑剂组分及物理特性,揭示了纳米增强相、基础流体、添加剂对加工性能的影响规律,阐述了纳米增强相在纳米生物润滑剂中的动力学行为与分散机制。其次,揭示了多能场雾化机制、切/磨削区流场分布及微液滴浸润动力学行为,发明了微量润滑新型供给与雾化装置。进一步地,分析了切/磨削加工材料去除热物理机制,研究了先进的多场赋能热损伤抑制策略,构建了纳米生物润滑剂微量润滑加工技术体系。结果表明,纳米生物润滑剂在热源抑制与热耗散特性调控方面效果显著,多场赋能纳米生物润滑剂微量润滑可作为浇注式加工的替代工艺,采用断续有序的凹槽织构砂轮辅助质量分数为2.5%的MWCNTs-棕榈油纳米生物润滑剂微量润滑磨削单晶镍基高温合金DD5,与传统的浇注式磨削工艺相比,磨削力可降低12%,磨削温度可降低9%,表面粗糙度值可降低6%。展望了纳米生物润滑剂发展路线图,为工业界与学术界提供技术支持与理论指导。