离子液基和棕榈油基纳米流体在镍基高温合金微量润滑磨削界面的摩擦学机理研究

为研究离子液基和棕榈油基纳米流体在微量润滑磨削界面的摩擦学机理,以[BMIM]BF₄离子液和棕榈油为基液,采用五种纳米颗粒,分别制备了离子液基和棕榈油基纳米流体,开展了干磨、微量润滑和纳米流体微量润滑工况下镍基高温合金GH4169的磨削加工试验,对比分析了棕榈油基和离子液基纳米流体的微量润滑磨削加工性能,进一步揭示了其在磨粒/工件磨削界面抗磨减摩的摩擦学机理。研究表明,在降低磨削力方面,[BMIM]BF₄离子液的效果较棕榈油更为显著,其法向力比棕榈油低10%以上。但棕榈油在减小磨削力比和表面粗糙度方面表现得更为显著。棕榈油只在磨粒/工件磨削界面形成了物理吸附膜,而[BMIM]BF₄离子液同时形成了物理吸附膜与化学反应膜,且化学反应膜内富含低剪切强度的氟化亚铁(FeF₂)。固体纳米颗粒的润滑性能排序如下：二维层状(石墨烯、二硫化钼)>三维球形(氧化铝、铜)>一维管状(多壁碳纳米管)。一维管状碳纳米管只有其轴线与磨粒运动方向垂直时才起到“类轴承”作用,二维层状的石墨烯与二硫化钼通过发生层间剪切行为起到抗磨减摩作用,高硬度类三维球形氧化铝颗粒起到“类轴承”和机械抛光作用,低硬度类三维球形铜纳米颗粒通过发生压缩变形和铺展成膜等行为形成固体润滑膜。     

球形纳米颗粒在镍基合金纳米流体微量润滑磨削界面摩擦学机制的分子动力学研究

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（［BMIM］BF4离子液）作为纳米流体基液,以氧化铝和铜纳米颗粒分别作为高硬度类和低硬度类球形纳米颗粒的代表,用分子动力学模拟方法研究了球形纳米颗粒在镍基合金纳米流体微量润滑磨削界面减摩抗磨的摩擦学机理,并进一步揭示了纳米流体在砂轮磨粒/工件磨削界面润滑成膜的摩擦学机制。研究结果表明,在镍基合金纳米流体微量润滑磨削加工中,砂轮磨粒/工件磨削界面形成了边界润滑膜。由于铜纳米颗粒硬度远低于砂轮磨粒及镍基合金工件,会在磨粒/工件界面出现压缩、剪切、铺展和分离等一系列摩擦学行为,并形成一层固体润滑膜,这层固体膜通过减小磨粒工件之间的直接接触面积来减小切向磨削力,相较于微量润滑工况可使切向磨削力减小4.6%。由于氧化铝纳米颗粒硬度高于镍基合金工件,故在磨削过程中仍能保持原本的球形纳米结构,会在磨粒/工件界面出现滑移、滚动和抛光三种摩擦学行为,抛光划痕可增大离子液体的浸润面积,并减小磨粒工件之间的直接接触面积,“类滚珠”的滚动行为可将磨粒工件之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦,从而使切向磨削力较微量润滑工况减小6.6%。     

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.     

低温冷风微量润滑磨削钛合金换热机理与对流换热系数模型

钛合金磨削过程中工件表面热损伤已成为亟需解决的技术难题。微量润滑技术应用于钛合金磨削是实现可持续制造的发展方向,但存在热耗散和润滑减摩能力不足的技术缺陷。利用多能场辅助加工是解决以上技术难题的必然选择,低温冷风取代常温空气携带微量润滑剂,可显著提高磨削区液膜换热和润滑性能。但润滑剂物理特性演变规律及磨削区液膜换热机理等科学问题尚需揭示。基于此,研究了润滑剂低温物理特性演变规律,建立了冷风温度与润滑剂物理参数的量化映射关系。分析了低温冷风微量润滑砂轮工件界面流动液膜换热规律,建立了磨削区流动液膜换热量理论模型。进一步,建立了不同冷风条件下润滑剂对流换热系数模型。进行了流动液膜对流换热系数和低温冷风微量润滑磨削钛合金换热性能验证实验,结果显示,对流换热系数理论值与测量值吻合,冷风温度为-10 ℃时,误差为 8.5%;工件表面温度实验值和理论值变化趋势吻合,磨削深度为30 μm、冷风温度为-40 ℃时,误差为7.7%。研究结果为低温冷风微量润滑磨削钛合金提高工件表面完整性提供技术支持。     

微量润滑平面磨削接触区换热机理的研究

磨削接触区材料去除厚度是不一致的,同时,在微量润滑过程中,雾滴之间的运动特征存在差异且易受其他因素的影响,致使整个接触区的磨削温度分布呈现出非线性,换热机理也异常复杂。从雾化机理出发,对影响换热效果的两个关键因素--雾滴直径和雾滴速度进行了分析。依据雾滴在不同壁温处表现出的不同换热特性,将磨削区划分为无沸腾换热、核态沸腾换热、过渡沸腾换热和稳定膜态沸腾换热四个不同的换热区域,建立了微量润滑磨削区的换热系数数学模型。在此基础上,运用有限元技术对微量润滑磨削表面的温度场进行了仿真分析,采用单级热电偶技术测量了磨削温度,发现磨削区仿真温度值与实验测量值吻合较好,表明通过该理论获得的微量润滑磨削表面换热系数是可信的。     

基于有限元法的微量润滑绿色磨削温度场分析

运用有限元法分析推导出微量润滑磨削温度场的数学模型,并通过ANSYS软件对磨削温度场进行了仿真,得出了微量润滑磨削温度场的分布.与实验值相比较,有限元法分析结果具有一定的精度,为深入研究微量润滑磨削温度提供了一条有效途径.     

基于FLUENT的微量润滑磨削流场仿真研究

为了对微量润滑参数进行优化,提高微量润滑的冷却润滑效果,对砂轮流场和流场中磨削液雾滴轨迹进行了分析,对影响磨削液有效流量的因素进行了研究.基于二维仿真模型,应用k-ε湍流模型,通过FLUENT软件对砂轮流场进行了仿真研究,获得了不同参数条件下的流场分布;应用离散相模型对磨削液雾滴运动轨迹进行了仿真,得到了不同参数条件下...     

微量润滑技术作用机理研究

基于生态及环保的需求,切削加工中的绿色制造技术及微量润滑(MQL)技术成为当今研究的焦点.依据实验结果及微量润滑技术的研究现状,分析了微量润滑技术的具体优势,探讨了微量润滑(MQL)技术的渗透机理、冷却机理及切削机理.     

不同离子液体润滑条件下BCN薄膜摩擦学性能研究

利用中频磁控溅射技术,分别溅射硼靶和石墨靶,在单晶硅衬底上制备BCN薄膜;采用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行分析;在1-正丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(L104)和1-正己基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(L-P206)离子液体润滑条件下,利用CSM摩擦磨损试验机考察BCN薄膜/钢球摩擦副的摩擦磨损性能;利用电化学腐蚀方法考察薄膜在离子液中的耐腐蚀性能.实验结果表明:所制备的BCN薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;在离子液体润滑剂润滑下,BCN薄膜表现出良好的抗磨减摩性能和抗腐蚀性能;与L-P206离子液润滑剂相比,BCN薄膜在L104离子液体润滑剂润滑下的摩擦学性能更好,这可能与L104离子液体自身的分子结构及其腐蚀性弱有关.     

纳米粒子射流微量润滑磨削的冷却性能分析

结合国内外研究现状,主要分析了纳米粒子射流微量润滑的冷却性能,实验对比了浇注式磨削、干磨削、MQL磨削和纳米粒子射流MQL磨削的工件表面温度,结果显示纳米粒子射流MQL具有较好的冷却效果,其应用前景广阔.     

基于静电微量润滑技术的磨削加工性能试验研究

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。     

基于微量润滑磨削的双喷口喷嘴雾化仿真分析

为了减小磨削时砂轮表面气障层的影响,提高磨削液润滑和冷却的效果,设计了一种双喷口结构的喷嘴。分析了微量润滑雾化机理,采用二级雾化理论建立了雾化数学模型,对双喷口喷嘴的雾化过程进行了仿真分析,并对仿真结果进行了验证。研究结果表明：双喷口喷嘴能有效减小雾滴直径,提高磨削液的雾化效果;辅助喷口雾滴可以扰乱砂轮表面的空气环流,减小气障层对主喷口雾滴流向的影响,促使主喷口喷出的雾滴能顺利进入磨削区。     

静电喷雾润滑液滴的粒径分布特性研究

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.     

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。