不同冷却工况下的磨削钛合金温度场模型及验证

为克服普通纳米流体微量润滑在磨削区换热能力不足的技术瓶颈,提出了低温风冷+纳米流体微量润滑的新工艺,并建立了温度场有限差分模型。对低温风冷+纳米流体微量润滑、低温风冷、纳米流体微量润滑三种冷却方式下的磨削温度场进行了数值仿真,结果表明低温风冷+纳米流体微量润滑的换热能力最强,低温风冷次之,纳米流体微量润滑最弱。在三种不同冷却方式下对钛合金Ti-6Al-4V平面磨削温度场进行了实验,工件表面最高温度相对误差小于5%,验证了理论模型的正确性。     

微量润滑赋能雾化与供给系统关键技术研究进展

传统金属切削液会对环保、人体健康及制造成本产生负面影响,难以满足绿色制造的发展需求。微量润滑是一种介于浇注式和干式加工的润滑剂绿色供给技术,利用压缩空气将少量可降解的生物润滑剂雾化,形成微液滴,从而起到润滑和抗磨减摩的作用。然而,尚无相关研究针对雾化微液滴精准输运技术的规律进行总结,无法为微量润滑供给参数提供科学指导。为此,综述了微量润滑赋能雾化和供给系统关键技术的研究进展。揭示了微量润滑两相流气动雾化液滴粒径和雾化锥角随供给参数的演变规律,提出了静电雾化微量润滑赋能供给新方法,分析了静电赋能雾化性能调控机制和荷电流体渗透特性,阐述了超声赋能雾化液滴均一化机理和工艺参数优化策略。进一步分析了基于流体动力学模型的刀具/砂轮–工件界面流场分布规律,阐明了喷嘴结构对液滴输运的影响规律,为喷嘴位姿参数的选取提供了理论支撑。此外,论述了喷嘴位姿参数化调控装置的研究进展,解决了润滑介质参数化供给难题。最后,展望了微量润滑复合增效和智能供给关键技术,以期为微量润滑技术的工程应用提供理论支持和技术指导。     

生物润滑剂微量润滑磨削GH4169镍基合金性能实验评价

目的 改善蓖麻油的综合润滑性能,尝试与黏度较小、流动性好的其他植物油混合,探究混合植物油同纯蓖麻油磨削GH4169镍基合金时的润滑性能差异.方法 先进行1︰1混合植物油的探索性实验,以比磨削能、比磨削力、表面粗糙度、磨削温度为筛选参数,对筛选出的3个较优组同纯蓖麻油做对比,得出最优组,从脂肪酸角度分析润滑性能改善原因,并测量油膜接触角,进行验证.由于脂肪酸种类及含量的差异造成了润滑性能的不同,通过调节最优组的不同体积配比,改变其油液的脂肪酸含量占比,对相同的评价参数做进一步实验探究,分析脂肪酸含量占比变化对润滑性能的影响程度,最后根据表面微观形貌进行验证性分析.结果 探索性实验得到的3个较优组分别为棕榈油、大豆油、玉米油同蓖麻油的混合组,发现随着这3组的不饱和脂肪酸含量依次提高,微液滴的接触角逐步减小.蓖麻油/大豆油在3组中的磨削温度最低,为100.7℃;表面微观形貌最优;接触角最合适,为70°;不饱和脂肪酸含量占比(质量分数)最合适,为66.5％.经过不同体积配比,进一步发现,随着不饱和脂肪酸占比逐步增大,润滑性能的评价参数在整体趋势上均阶段性地先减小、后增大,但在相邻的每种配比之间,各参数并不随不饱和脂肪酸占比的逐步增大而出现明显规律性.结论 油液中的脂肪酸种类、含量占比对润滑性能的改善起着不可或缺的作用.硬脂酸促进皂化反应,提高成膜能力,不饱和脂肪酸C=C双键结构能够降低油膜密度,提高油液流动性.蓖麻油同其他植物油混合后,均不同程度地提高了不饱和脂肪酸比例,提高了油膜流动性,因此合适的不饱和脂肪酸占比可以兼顾液滴成膜能力和流动性.通过调小不饱和脂肪酸含量占比的变化幅度,发现不饱和脂肪酸占比可以阶段性对润滑性能的改善程度进行调控,但对润滑性能的精确调控还受到其他多种因素的制约.     

静电雾化机理及微量润滑铣削7075铝合金表面质量评价

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、Rsm),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lz=9.7 mm,射流点到铣刀边缘的距离ly=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、Rsm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=0.221 μm、Rsm=0.037 μm)。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。     

SG砂轮磨削镍基合金GH4169砂轮磨损机理与磨削性能的实验评价

目的 减少磨削镍基合金GH4169过程中砂轮磨损和堵塞现象,提高工件表面质量.方法 采用WA和SG砂轮磨削镍基合金GH4169,通过观察磨削前后砂轮表面微观形貌,研究两种砂轮表面材料粘附、堵塞以及磨粒破碎等主要磨损机制.从磨削力、工件表面形貌、磨削比能3个方面评价两种砂轮的磨削性能,并探究磨削参数对砂轮磨削力、工件表面形貌、磨削比能的影响规律.结果 在去除相同体积材料时,SG砂轮的磨削力较小,所消耗的能量较WA砂轮低21.5％,SG砂轮所加工工件表面的粗糙度明显低于WA砂轮所加工工件表面的粗糙度,两者表面粗糙度差值均在1μm以上.SG砂轮表面材料粘附现象较轻,WA砂轮表面出现了大面积的材料粘附,造成了砂轮堵塞.结论 SG磨粒因内部致密的微小晶粒所决定的微破碎机制,使SG砂轮在磨削镍基合金GH4169过程中保持了锋利的磨削刃,减少了砂轮表面的材料粘附,同时也获得了良好的工件表面质量.另外,SG磨粒较WA磨粒具有更佳的力学性能,使其在去除相同体积材料时所消耗的能量更少.     

静电雾化微量润滑粒径分布特性与磨削表面质量评价

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R_a和R_Sm分别为0.377 μm 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。      

冷风微量润滑纳米粒子体积分数对钛合金磨削性能的影响

采用两步法制备6种不同体积分数的氧化铝纳米流体,对Ti-6Al-4V钛合金进行磨削加工试验。结果表明:磨削区最高温度由氧化铝体积分数为0.5%时的193.6 ℃逐渐降低至1.5%时的最小值183.5 ℃,而当氧化铝体积分数进一步增大时,温度逐渐提升至3.0%时的196.3 ℃;体积分数由0.5%增加至2.5%,比磨削能由74.8 J/mm3下降至最小值64.73 J/mm3;而当体积分数继续增加至3.0%时,比磨削能上升至69.33 J/mm3。黏度随氧化铝纳米粒子的增加而增加,并在体积分数为3.0%时达到235.8 mPa·s。接触角随体积分数的增加先下降,并在体积分数为2.5%时达到最低值45.85°。纳米粒子在基础油中的分散性改变了纳米流体的抗磨减摩与换热性能,进一步影响了磨削性能。      

低温微量润滑加工技术研究进展与应用

综述了低温微量润滑技术的最新进展,阐明了研究成果中的关键科学问题.首先,系统分析了从传统设置到创新设计的低温微量润滑装备在切削中的应用形式和工艺特点.其次,揭示了低温微量润滑的冷却润滑机理及其对切削热力演变和工件表面质量的影响机制.然后,基于低温微量润滑的作用机理和应用形式,系统分析了低温微量润滑在车削、铣削、磨削中针...