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Electrostatic atomization minimum quantity lubrication machining:from mechanism to application 被引量:7
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作者 Wenhao Xu Changhe Li +10 位作者 Yanbin Zhang Hafiz Muhammad Ali Shubham Sharma Runze Li Min Yang Teng Gao Mingzheng Liu Xiaoming Wang Zafar Said Xin Liu Zongming Zhou 《International Journal of Extreme Manufacturing》 SCIE EI CAS 2022年第4期58-100,共43页
Metal cutting fluids(MCFs)under flood conditions do not meet the urgent needs of reducing carbon emission.Biolubricant-based minimum quantity lubrication(MQL)is an effective alternative to flood lubrication.However,pn... Metal cutting fluids(MCFs)under flood conditions do not meet the urgent needs of reducing carbon emission.Biolubricant-based minimum quantity lubrication(MQL)is an effective alternative to flood lubrication.However,pneumatic atomization MQL has poor atomization properties,which is detrimental to occupational health.Therefore,electrostatic atomization MQL requires preliminary exploratory studies.However,systematic reviews are lacking in terms of capturing the current research status and development direction of this technology.This study aims to provide a comprehensive review and critical assessment of the existing understanding of electrostatic atomization MQL.This research can be used by scientists to gain insights into the action mechanism,theoretical basis,machining performance,and development direction of this technology.First,the critical equipment,eco-friendly atomization media(biolubricants),and empowering mechanisms of electrostatic atomization MQL are presented.Second,the advanced lubrication and heat transfer mechanisms of biolubricants are revealed by quantitatively comparing MQL with MCF-based wet machining.Third,the distinctive wetting and infiltration mechanisms of electrostatic atomization MQL,combined with its unique empowering mechanism and atomization method,are compared with those of pneumatic atomization MQL.Previous experiments have shown that electrostatic atomization MQL can reduce tool wear by 42.4%in metal cutting and improve the machined surface Ra by 47%compared with pneumatic atomization MQL.Finally,future development directions,including the improvement of the coordination parameters and equipment integration aspects,are proposed. 展开更多
关键词 CUTTING GRINDING minimum quantity lubrication electrostatic atomization biolubricant
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Prediction model of volume average diameter and analysis of atomization characteristics in electrostatic atomization minimum quantity lubrication 被引量:7
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作者 Dongzhou JIA Changhe LI +5 位作者 Jiahao LIU Yanbin ZHANG Min YANG Teng GAO Zafar SAID Shubham SHARMA 《Friction》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期2107-2131,共25页
Minimum quantity lubrication(MQL)is a relatively efficient and clean alternative to flooding workpiece machining.Electrostatic atomization has the merits of small droplet diameter,high uniformity of droplet size,and s... Minimum quantity lubrication(MQL)is a relatively efficient and clean alternative to flooding workpiece machining.Electrostatic atomization has the merits of small droplet diameter,high uniformity of droplet size,and strong coating,hence its superiority to pneumatic atomization.However,as the current research hotspot,the influence of jet parameters and electrical parameters on the average diameter of droplets is not clear.First,by observing the shape of the liquid film at the nozzle outlet,the influence law of air pressure and voltage on liquid film thickness(h)and transverse and longitudinal fluctuations are determined.Then,the mathematical model of charged droplet volume average diameter(VAD)is constructed based on three dimensions of the liquid film,namely its thickness,transverse wavelength(λ_(h)),and longitudinal wavelength(λ_(z)).The model results under different working conditions are obtained by numerical simulation.Comparisons of the model results with the experimental VAD of the droplet confirm the error of the mathematical model to be less than 10%.The droplet diameter distribution span value Rosin–Rammler distribution span(R.S)and percentage concentrations of PM10(particle size of less than 10μm)/PM2.5(particle size of less than 2.5μm)under different working conditions are further analyzed.The results show that electrostatic atomization not only reduces the diameter distribution span of atomized droplets but also significantly inhibits the formation of PM10 and PM2.5 fine-suspension droplets.When the air pressure is 0.3 MPa,and the voltage is 40 kV,the percentage concentrations of PM10 and PM2.5 can be reduced by 80.72%and 92.05%,respectively,compared with that under the pure pneumatic atomization condition at 0.3 MPa. 展开更多
关键词 minimum quantity lubrication(MQL) electrostatic atomization volume average diameter(VAD) atomization characteristics
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针状电极静电雾化机理与实验研究
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作者 马浩 杨敏 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第3期84-87,共4页
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,... 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。 展开更多
关键词 静电雾化 微量润滑 针状电极 锥射流 多场赋能。
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冷风静电微量润滑换热特性及其钛合金铣削加工性能研究 被引量:1
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作者 吴锡转 刘福财 +3 位作者 张若冲 胡晓冬 姚伟强 许雪峰 《高技术通讯》 CAS 2023年第8期872-882,共11页
针对钛合金铣削温度高、刀具寿命短的问题,提出并开展了基于冷风静电微量润滑(CAEMQL)技术的钛合金加工新方法研究。在构建冷风静电微量润滑系统的基础上,研究了冷风荷电气雾的换热特性和钛合金铣削性能,通过刀具磨损揭示了刀具延寿机... 针对钛合金铣削温度高、刀具寿命短的问题,提出并开展了基于冷风静电微量润滑(CAEMQL)技术的钛合金加工新方法研究。在构建冷风静电微量润滑系统的基础上,研究了冷风荷电气雾的换热特性和钛合金铣削性能,通过刀具磨损揭示了刀具延寿机理。结果表明,与微量润滑、静电微量润滑和冷风微量润滑相比,冷风静电微量润滑具有更高的临界热流密度和更好的稳态换热性能;与微量润滑相比,冷风静电微量润滑下的切向铣削力Fx下降了21%,法向铣削力Fz下降了17%,铣削温度下降33%,工件表面粗糙度Ra值减少26%;冷风静电微量润滑下切屑自由面的褶皱高度降低,切屑背面划痕减少;低温压缩空气和荷电切削液协同作用抑制了刀具的粘着磨损,刀具寿命提高41%。 展开更多
关键词 冷风静电微量润滑(CAemql) 钛合金 换热特性 铣削性能 切屑形貌 刀具磨损
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静电雾化机理及微量润滑铣削7075铝合金表面质量评价 被引量:5
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作者 吴喜峰 许文昊 +4 位作者 马浩 周宗明 刘波 崔歆 李长河 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期337-350,共14页
目的针对传统气动雾化微量润滑雾化性能差、环境气雾浓度高以及参数化可控性差的技术难题,设计了静电雾化微量润滑铣削供给系统。研究了铣刀工件约束界面的气流场并进行了静电雾化微量润滑(Electrostatic Minimum Quantity Lubrication,... 目的针对传统气动雾化微量润滑雾化性能差、环境气雾浓度高以及参数化可控性差的技术难题,设计了静电雾化微量润滑铣削供给系统。研究了铣刀工件约束界面的气流场并进行了静电雾化微量润滑(Electrostatic Minimum Quantity Lubrication,EMQL)机理分析与7075铝合金铣削表面质量评价。方法通过分析铣刀工件约束界面气流场的分布情况,对气流场中的涡流场速度分布情况进行了理论建模,基于圆周涡流与进入涡流的动力学特征建立了喷嘴最佳射流位姿模型。研究了EMQL的荷电与雾化机理,在此基础上,进行了不同润滑条件下的铣削7075铝合金实验,包括干切削、浇注式、EMQL。测量了不同润滑条件下的铣削力、铣削表面粗糙度(Ra、R_(sm)),此外,对2种参数条件下EMQL获得的加工表面轮廓进行了自相关分析。最后,分析了荷电润滑剂在切削区的微观作用机制。结果在实验铣削参数条件下,进入涡流的诱导半径为0.007 m,最佳位姿参数设定如下:射流点到工件表面的距离l_(z)=9.7 mm,射流点到铣刀边缘的距离l_(y)=11.5 mm,喷嘴与工件水平方向的夹角γ≈40°。与干切加工相比,EMQL获得的铣削力降低了15%、18.6%;此外,与干切削相比,30 kV条件下的EMQL获得的Ra、R_(sm)分别降低了15.5%、25%,并且相比于20 kV的电压,30 kV的EMQL铣削表面轮廓自相关分析曲线显示出更优异的表面质量;浇注式润滑获得了最佳的表面质量(Ra=0.221μm、R_(sm)=0.037μm)。结论荷电液滴能够提升摩擦界面毛细管的渗透性能,并且毛细渗透长度可以在提升电压的条件下增加,在高电压条件下的EMQL相比于低电压条件下的EMQL展现出更好的铣削性能。 展开更多
关键词 铣削 静电雾化微量润滑 7075铝合金 气流场 喷嘴位姿 表面质量
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基于静电微量润滑技术的磨削加工性能试验研究 被引量:9
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作者 林建斌 吕涛 +2 位作者 黄水泉 胡晓冬 许雪峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第23期2783-2791,2798,共10页
在构建静电微量润滑(EMQL)磨削加工系统的基础上,分析了不同荷电电压下润滑液液滴的荷质比和润湿渗透性能,研究了正负荷电电压下静电微量润滑技术的磨削加工特性。通过分析工件表层的显微硬度和显微组织,揭示了静电微量润滑技术的磨削... 在构建静电微量润滑(EMQL)磨削加工系统的基础上,分析了不同荷电电压下润滑液液滴的荷质比和润湿渗透性能,研究了正负荷电电压下静电微量润滑技术的磨削加工特性。通过分析工件表层的显微硬度和显微组织,揭示了静电微量润滑技术的磨削加工作用机理。结果表明:荷电液滴的表面张力与润湿角减小,液滴的渗透性和润湿性提高。与传统微量润滑(MQL)相比,荷电液滴更易在砂轮-工件接触面渗透铺展,提升了润滑与换热能力,在正荷电静电微量润滑条件下,工件表层显微组织中的铁素体相对含量增加,工件表层显微硬度降低,磨削加工性能更好。 展开更多
关键词 微量润滑 静电微量润滑 水基润滑液 显微硬度 显微组织 磨削性能
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静电喷雾润滑液滴的粒径分布特性研究 被引量:5
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作者 孔魁 胡志强 +2 位作者 姚伟强 黄水泉 许雪峰 《机电工程》 CAS 2013年第12期1472-1476,共5页
为掌握静电喷雾润滑液滴的粒径分布特性,将图像识别检测技术应用到荷电润滑液滴的粒径测量中。开展了采集图像中液滴区域的特征抽取和识别分析,建立了液滴的平面二维直径和空间三维直径的转换关系,提出了一种实用的气雾液滴粒径分布特... 为掌握静电喷雾润滑液滴的粒径分布特性,将图像识别检测技术应用到荷电润滑液滴的粒径测量中。开展了采集图像中液滴区域的特征抽取和识别分析,建立了液滴的平面二维直径和空间三维直径的转换关系,提出了一种实用的气雾液滴粒径分布特性的检测方法。在建立液滴采集装置的基础上,进行了气雾不同截面液滴的采集和识别试验。实验结果表明,随着静电电压升高,喷雾索特平均直径减小,雾滴颗粒趋于均匀,雾化质量明显改善;在距喷嘴60 mm^140 mm的3个截面上,随着距离的增加,雾滴索特平均直径增大,雾滴趋于发散。 展开更多
关键词 静电喷雾 微量润滑 粒径 Matlab 图像处理 索特平均直径
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静电雾化微量润滑粒径分布特性与磨削表面质量评价 被引量:18
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作者 贾东洲 张乃庆 +5 位作者 刘波 周宗明 王绪平 张彦彬 毛聪 李长河 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2021年第3期89-95,共7页
针对微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)依靠的高压气体雾化微液滴粒径细化程度低、易飞逸飘散,有效利用率低以及对环境和人员健康产生危害的问题,提出气辅式静电微量润滑(electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)... 针对微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)依靠的高压气体雾化微液滴粒径细化程度低、易飞逸飘散,有效利用率低以及对环境和人员健康产生危害的问题,提出气辅式静电微量润滑(electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)雾化新方法。开展多工况雾化性能对比试验,并对镍基合金磨削表面质量进行评价。结果表明:润滑剂荷电后雾化性能得到显著提高,在降低液滴平均体积粒径和分布跨度的同时,降低了悬浮可吸入小液滴(PM10)的质量浓度,且电压越高PM10质量浓度越低。当电压为35 kV时,润滑剂的雾化效果最理想,平均体积粒径和分布跨度分别降低了27.343%和41.456%,PM10质量浓度降低了5.065个百分点。磨削试验结果表明:相较气动雾化微量润滑,静电雾化微量润滑获得了更为理想的工件表面质量;当电压为35 kV时,工件表面粗糙度Ra和RSm分别为0.377μm和0.084 mm;干磨削工件表面质量极差,出现大量黏附和剥落现象,甚至有大面积的表面材料撕裂,因此干磨削不适用于高温镍基合金加工。 展开更多
关键词 微量润滑 静电雾化 雾化特性 磨削加工 镍基高温合金 磨削表面质量
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微量润滑喷嘴电晕电极的电场特性及其对油雾荷电性能的影响研究 被引量:1
9
作者 王争 李中亚 +2 位作者 万家傲 易芳 许雪峰 《机电工程》 CAS 2016年第3期253-258,279,共7页
针对静电气雾微量润滑系统的电晕电极产生的高压静电场影响润滑油雾的荷电性能,以及电晕电极的结构形式决定了电场的强度和分布的问题,对不同电晕电极数量及布置型式对空间电场强度的影响展开了分析。利用Ansoft Maxwell软件对不同结构... 针对静电气雾微量润滑系统的电晕电极产生的高压静电场影响润滑油雾的荷电性能,以及电晕电极的结构形式决定了电场的强度和分布的问题,对不同电晕电极数量及布置型式对空间电场强度的影响展开了分析。利用Ansoft Maxwell软件对不同结构形式电晕电极的空间电场强度进行了仿真,并建立了电晕静电气雾微量润滑油雾荷电性能测试系统,研究了不同电极结构形式对油雾荷质比的影响。研究结果表明,对比多电晕电极,单电晕电极具有结构简单、电场强度高以及高场强集中分布于润滑油锥状气雾区域的特点。电晕电极的空间电场仿真结果与油雾荷质比实验结果基本符合,单电晕电极的油雾荷质比优于多电晕电极,适用于电晕静电气雾微量润滑系统。 展开更多
关键词 静电气雾微量润滑 电晕电极结构形式 电场仿真 荷质比
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凝胶因子牵引分散纳米流体的摩擦及铣削加工性能
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作者 潘凯航 丁卓立 +5 位作者 夏雨 林新建 张浩杰 张若冲 张世强 许雪峰 《润滑与密封》 CAS 2024年第11期74-81,共8页
氧化石墨烯纳米流体具有良好的导电性能,可显著改善静电微量润滑工况下油基切削液的荷电能力,提高荷电润滑液滴在加工区域的润湿、渗透和沉积性能,改善气雾润滑冷却能力。为提高氧化石墨烯纳米流体的分散性能,提出引入凝胶因子牵引分散... 氧化石墨烯纳米流体具有良好的导电性能,可显著改善静电微量润滑工况下油基切削液的荷电能力,提高荷电润滑液滴在加工区域的润湿、渗透和沉积性能,改善气雾润滑冷却能力。为提高氧化石墨烯纳米流体的分散性能,提出引入凝胶因子牵引分散油酸修饰氧化石墨烯(GO/OA)基纳米流体的新方法,分析凝胶因子质量分数对纳米流体分散性能的影响规律,研究GO/OA纳米流体荷电性能随荷电电压的变化规律,通过四球摩擦试验及铣削加工试验,探讨凝胶因子牵引分散纳米流体的铣削加工性能。结果表明:通过凝胶因子对GO/OA的牵引分散作用,可使得所制备纳米流体可静置稳定分散长达12个月;随荷电电压增加,GO/OA纳米流体的荷质比显著升高,表现出良好的荷电性能;与传统微量润滑相比,纳米流体在荷电电压为-4 kV下表现出最优的润滑效果;在静电微量润滑铣削工况下,含有质量分数0.06%GO/OA的纳米流体润滑时切削力、工件表面粗糙度和刀具磨损均最小,铣削加工性能更好。 展开更多
关键词 纳米流体 牵引分散 荷电性能 静电微量润滑 铣削加工
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静电雾化微量润滑研究进展与应用 被引量:10
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作者 许文昊 李长河 +6 位作者 张彦彬 杨敏 周宗明 陈云 刘波 张乃庆 许雪峰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期110-138,共29页
微量润滑作为替代浇注式供液冷却的可行性方案之一,得到了数十年的发展。然而,气动雾化微量润滑雾滴的表面能逐渐降低;射流的穿透力、吸附力和浸润性能不足,雾滴的漂移和飞溅丧失严重,加大了对环境的污染。静电雾化微量润滑是解决工业... 微量润滑作为替代浇注式供液冷却的可行性方案之一,得到了数十年的发展。然而,气动雾化微量润滑雾滴的表面能逐渐降低;射流的穿透力、吸附力和浸润性能不足,雾滴的漂移和飞溅丧失严重,加大了对环境的污染。静电雾化微量润滑是解决工业生产应用面临技术瓶颈和环保压力的有效方式。首先,系统综述了静电雾化微量润滑关键装置、赋能原理与绿色雾化介质(纳米生物润滑剂)。其次,揭示了微液滴的雾化性能对切削区浸润性能的影响机制,并从荷电液滴静力学的角度阐述了静电雾化微量润滑优异的雾化性能,通过表征雾化介质的荷电性能分析了不同参数对雾化能力的影响机制。进一步地,基于纳米生物润滑剂的脂肪酸分子结构、黏度等理化性质,以及荷电液滴表面状态、空间多能场等,揭示了静电雾化微量润滑改善液滴浸润、渗透以及成膜性能的作用机制,并综述了其在车削、铣削、磨削等工况下对降低刀具磨损、提高加工表面质量的优异性能。在此基础上分析得到:静电雾化优异的雾化特性以及纳米生物润滑剂独特的润滑传热机制,不仅降低了加工环境油雾浓度,还提升了微量润滑的加工性能,具体表现在,与传统微量润滑相比PM2.5/PM10降低约6.2%~68.3%,刀具寿命增加约48.1%~100%,Ra降低约12.6%~39.3%。最后,展望了未来的发展趋势,以此希望为制造业双碳转型提供技术支撑和理论参考。 展开更多
关键词 切削 磨削 微量润滑 纳米生物润滑剂 静电雾化 可持续制造
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静电微量润滑气雾特性及其切削加工性能研究 被引量:12
12
作者 吕涛 黄水泉 +2 位作者 胡晓冬 冯伯华 许雪峰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期129-138,共10页
静电微量润滑(Electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)技术可显著提高荷电润滑液滴在加工区域的润湿、渗透和沉积性能,改善气雾的润滑冷却能力,降低切削环境油雾浓度。在构建静电微量润滑切削加工系统的基础上,分析了EMQL下... 静电微量润滑(Electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)技术可显著提高荷电润滑液滴在加工区域的润湿、渗透和沉积性能,改善气雾的润滑冷却能力,降低切削环境油雾浓度。在构建静电微量润滑切削加工系统的基础上,分析了EMQL下荷电电压对润滑油液滴粒径、分布、润湿性和沉积性的影响。研究了EMQL的稳态换热能力,加工环境油雾浓度和切削性能。最后通过刀具磨损分析,揭示了EMQL切削加工时的作用机理。结果表明:荷电后润滑油液滴的粒径减小,分布更加均匀,润湿和沉积性提高。与传统MQL比较,EMQL下的切削温度降低了~14%,环境油雾浓度减小了~8%,刀具磨损下降了~37%,工件表面质量提高了~28%。EMQL加工时,润湿渗透性能改善的小粒径润滑油液滴易在刀具-工件接触面吸附,渗透和铺展,利于切削界面的润滑与换热,车削加工性能更好。 展开更多
关键词 静电微量润滑 润湿性 沉积性 稳态换热 油雾浓度 切削性能
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