切削液油雾形成机制及影响因素的实验研究

对切削液油雾产生的机制进行理论分析,并对切削液油雾形成的影响因素进行实验研究。实验在密闭的车床内进行,利用车床的供液系统采用浇注式供给磨削液,在油雾产生密集区域内安装有磨削液雾滴粒径的测量装置,该装置中的共聚焦显微镜可观察切削液雾滴在空气中的分布,精确扫描单颗雾滴的形态轮廓,通过计算机可计算出雾滴的分布和直径尺寸。分别控制主轴转速和切削液流量,探究对所形成的油雾浓度和平均直径的影响。实验结果表明:金属加工过程中主轴转速和切削液流量对切削液油雾特性的影响显著,随着主轴转速的增加,油雾的平均直径减小,而油雾浓度却呈上升趋势;随着切削液流量的增加,油雾的平均直径变大,并且油雾浓度同样呈上升趋势。     

球墨铸铁纳米粒子射流微量润滑磨削性能的实验研究

主要对纳米粒子射流微量润滑磨削性能进行实验评价.采用K-P36数控平面磨床,选取干磨削、浇注式磨削、微量润滑磨削和纳米粒子射流微量润滑磨削4种工况条件,分别从磨削力、磨削G比率、磨削温度和表面粗糙度方面进行磨削性能评价,结果表明:纳米粒子射流微量润滑磨削改善了换热能力,与干磨削相比降低了将近150℃,干磨削得到的工件表面粗糙度Ra值为1.2μm,纳米粒子射流微量润滑磨削Ra值为0.58 μm,工件表面质量显著提高;在纳米粒子的润滑作用下,得到的磨削力较稳定,且比干磨削和微量润滑磨削得到的磨削力减小15％以上;纳米粒子射流微量润滑磨削G比率在4种工况中最高,值为33,干磨削仅为12,比其他工况增大约一倍,砂轮的磨损明显减小,延长砂轮使用寿命.     

磁流变弹性体减振单元动力学分析

针对于被动式减振器无法调和汽车运动性和舒适性之间的矛盾，建立了可用于重载环境的挤压模式磁流变弹性体减振单元，并利用等效模型和两自由度模型对1/4单轮进行动力学特性和振动特性分析。结果表明：在外加电流下，磁场强度在（300～450）mT之间时，位移均方根值可迅速衰减到13mm；磁场强度在（450～600）mT之间时，位移均方根值可迅速衰减到7.5mm，完成一个周期后，加权加速度均方根值衰减到270mm/s²；进一步仿真得到不同车速下的均方根值，可知，压缩状态下在（60～100）km/h速度段，电流为1.27A-1.7A时加速度均方根值衰减迅速；伸张状态下在（40～80）km/h速度段，施加电流为1.7A时加速度均方根值衰减迅速。通过仿真得到磁流变弹性体减振单元最优控制参数，这为控制系统设计及减振单元结构布置提供了理论基础。     

神经外科颅骨磨削温度场预测新模型

基于恒定热流密度的温度场理论计算值与实际温度值的误差较大,是当前磨削温度场理论研究的瓶颈。建立了不同冷却条件下的对流换热系数及材料内部的热传导模型,通过实时采集动态磨削力,利用高次高斯函数拟合建立了动态热流密度模型,并以此为基础建立了神经外科骨磨削温度场预测新模型。在干式磨削、喷雾式及纳米粒子射流喷雾式冷却条件下对骨磨削温度场进行了数值分析,并采用与人体颅骨力学性能最相近的新鲜牛股骨密质骨,采用羟基磷灰石纳米粒子及生理盐水进行了试验验证。结果表明,与试验测得温度值相比,采用基于恒定热流密度的温度场模型计算的温度值误差为18.8%,而采用新模型计算的温度值误差为6.6%,理论分析与试验结果吻合,即骨磨削温度场预测新模型更符合实际工况。     

电场参数对雾化特性及微量润滑磨削性能影响的实验研究

为了探究针-板电极电场参数对雾化特性微量润滑磨削性能的影响,通过调节电压幅值和电极间距进行微量润滑平面磨削实验,根据所得雾化锥角、雾滴粒径算术平均值、磨削力及表面粗糙度Ra值进行机理分析。实验结果表明静电雾化微量润滑在高压静电场的参与下,液滴荷电后会发生二次甚至多次雾化。随着电压幅值的升高,雾化锥角增大,雾滴的平均粒径减小并扩散均匀,同时润滑液的润滑性能也有所提高。在电压幅值一定,电极间距为160 mm时,获得最优的润滑性能;在电极间距一定,电压幅值为50 k V时,相比于无静电微量润滑,比切向磨削力Ft'、比法向磨削力Fn'及表面粗糙度R_a值,分别减小25.01%、15.08%、22.18%,获得最优的润滑性能。     

磨削温度场建模及热传递分析与实验验证

以磨削原理为基础,分别建立了干磨削、湿磨削和纳米粒子射流微量润滑磨削的温度场理论模型,分别对各种冷却条件下的温度场进行热量的传递分析。借鉴强化换热理论,分析了纳米粒子射流的导热特性,并对纳米粒子射流微量润滑磨削温度场能量的分配进行分析,理论推导出由砂轮/工件界面传入工件的能量比例系数及工件平均表面温度,用4种冷却方式进行磨削实验,分别通过红外热像仪和测力仪测得工件的表面温度和切向磨削力,并计算出传入工件的能量比例系数,证实浇注式磨削能量比例系数最低,其次为纳米粒子射流微量润滑磨削,分别为40.06%和46.47%。     

微量润滑磨削悬浮微粒分布特性研究

基于机械加工中产生的空气悬浮微粒对环境和健康的危害,讨论了悬浮微粒大小与其在人体沉积部位的关系。结合微粒特性讨论了悬浮微粒对健康的危害,并对常见的相关疾病进行了举例说明。分析机械加工过程空气悬浮微粒产生的机理,并重点对微量润滑磨削工况下,雾化喷嘴形成的空气悬浮微粒进行分布特性研究。研究了射流参数(喷嘴出口直径、压缩空气压强、磨削液流量率及气液流量比)与雾滴微粒粒径的关系。分析了喷雾雾滴分布的规律,给出了喷雾微粒数量和体积分布函数。     

钛合金生物润滑剂电牵引磨削性能及表面形貌评价

微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)雾化液滴易发生飞移飘散,不仅对环境和工人健康产生威胁,同时降低了润滑剂的有效利用率,是目前MQL磨削的瓶颈问题。创新提出了气流场与静电场耦合作用下,雾化液滴平均粒径及粒径分布精准可控的静电雾化微量润滑(Electrostatic MQL,EMQL)磨削新工艺。为了探究电压对于液滴迁移活性的影响规律,对比分析了MQL与不同电压EMQL工况下润滑剂雾化及荷电特性,结果表明相较于MQL工艺,电压为40kV时雾化液滴体积平均粒径减小了29.56%、粒径分布跨度R.S值降低了47.85%,40 kV时液滴荷质比为0.302 mC/kg。为了揭示EMQL钛合金Ti-6Al-4V磨削润滑机理,进行了干磨削、浇注式、MQL和EMQL四种润滑工况磨削试验,结果表明：相比于干磨削、浇注式及MQL工况,EMQL工况下获得了最小切向磨削力和法向磨削力分别为28.53N和77.18N,摩擦因数分别降低了29.39%、9.31%和13.95%,比磨削能分别下降了51.34%、18.40%和30.11%。利用激光共聚焦显微镜观察工件表面形貌...     

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。      

MoS_2/CNTs混合纳米流体微量润滑磨削加工表面质量试验评价

结合国内外对混合纳米流体微量润滑磨削的研究现状,研究二硫化钼和碳纳米管混合纳米流体微量润滑磨削镍基合金的工件表面质量。以工件表面粗糙度Ra值、表面轮廓曲线的自相关分析和工件表面微观形貌,作为表面质量表征参数。试验结果表明:纳米流体微量润滑由于纳米粒子高的强化换热能力从而避免了工件烧伤;混合纳米流体由于起到了"物理协同作用",较单一纳米流体得到了最低的表面粗糙度Ra值(0.311μm)和磨削温度峰值(52.8℃);随纳米流体质量分数的增加,表面粗糙度Ra值呈现上升趋势,这是由于质量分数的增加改变了微量润滑雾滴与工件的接触角,从而改变了浸润面积;而摩擦因数和磨削温度峰值在6%取得最低值后呈上升趋势,这是由于纳米粒子的团聚破坏了纳米流体性能。通过工件表面轮廓曲线的自相关分析进一步验证,纳米粒子在磨削区起到"润滑作用"和"微加工"作用,从而提高了加工精度。因此,综合磨削性能、表面粗糙度和自相关分析,选择混合纳米流体质量分数6%为纳米流体的优选质量分数。