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纳米生物润滑剂微量润滑加工物理机制研究进展

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机械工程学报 2024年第9期60卷 286-322页

作者：王晓铭李长河杨敏张彦彬刘明政高腾崔歆王大中曹华军陈云刘波青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 上海工程技术大学航空运输学院上海201620 重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 成都工具研究所有限公司成都610500 四川明日宇航工业有限责任公司什邡618400

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... 详细信息

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。

关键词：纳米生物润滑剂微量润滑切削磨削多场赋能热损伤

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

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中国机械工程 2024年第3期35卷 445-456页

作者：张宇王德祥郭峰栗心明青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 山东智连共同体轴承科技有限公司聊城252664

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF 4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... 详细信息

以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF 4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%。

关键词：磨削微量润滑纳米流体球形纳米颗粒摩擦学机制

冷等离子体耦合微量润滑微铣削CFRP加工性能与机理研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 338-350页

作者：王帅帅段振景刘吉宇李育恒王梓恒周瑜阳刘新宋金龙孙晶大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室大连116024

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)具有高强度、耐腐蚀、耐高温等优异性能,其结构具有各向异性和非均匀性,机械加工时易出现纤维撕裂、分层和脱粘等损伤,导致表面质量及使用性能难以满足实际需求。冷等离子体射流... 详细信息

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)具有高强度、耐腐蚀、耐高温等优异性能,其结构具有各向异性和非均匀性,机械加工时易出现纤维撕裂、分层和脱粘等损伤,导致表面质量及使用性能难以满足实际需求。冷等离子体射流中富含活性粒子且宏观温度较低,能有效调控材料特性且不会造成明显损伤。提出采用冷等离子体射流调控CFRP材料的表面浸润性及力学特性,结合微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)冷却介质辅助微铣削CFRP,实现高质量、低损伤加工。首先通过亲水性改性试验研究射流对CFRP表面浸润性的影响,发现射流能够在40 s内将CFRP表面接触角降低到10°以下,有效提高CFRP的浸润性。然后开展拉伸试验及单颗粒划痕试验研究射流对CFRP力学特性的影响,发现射流作用下CFRP的抗拉强度降低了约17%,同时促进了材料的脆性断裂。最后在不同冷却润滑条件下对CFRP开展微铣削试验,研究了冷等离子体射流及MQL冷却介质对材料切削加工性能的作用效果及机理;结果表明相较于干铣削,冷等离子体射流及MQL冷却介质的复合能场能作用下切削温度降低了28%,切削力降低了10%以上,表面粗糙度降低47%,有效减少已加工表面纤维脱粘、弯曲、撕裂等缺陷,在CFRP等复合材料的辅助加工中有广阔的应用前景。

关键词：碳纤维复合材料微铣削冷等离子体射流微量润滑

AlO/SiO混合纳米流体微量润滑铣削润滑性能评价

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制造技术与机床 2024年

作者：柏秀芳董兰宋宇翔胡树国李长河青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛滨海学院机电工程学院

利用不同纳米粒子组成的混合纳米流体比单一纳米粒子切削液具有更好的热物理性能，研究了纯Al2O3、纯SiO2和不同配比混合纳米流体微量润滑铣削45钢的切削性能。试验结果表明：混合纳米流体比纯SiO2铣削力降低，接触角减小，工件微观形... 详细信息

利用不同纳米粒子组成的混合纳米流体比单一纳米粒子切削液具有更好的热物理性能，研究了纯Al2O3、纯SiO2和不同配比混合纳米流体微量润滑铣削45钢的切削性能。试验结果表明：混合纳米流体比纯SiO2铣削力降低，接触角减小，工件微观形貌好。不同配比的混合纳米粒子展现出了不同的润滑效果。当Al2O3的配比小于SiO2时，Al2O3纳米粒子未完全包覆住SiO2，润滑效果较差。随着Al2O3比例增加，切削力和接触角都显著减小，工件表面质量提高。当Al2O3和SiO2的配比为3∶1时，得到的铣削力、表面粗糙度和接触角最小，工件表面质量最好。由此可见，Al2O3的含量影响了混合纳米流体的润滑效果。

关键词：铣削微量润滑混合纳米流体润滑性能 Al O 纳米粒子

石墨烯/铜混合纳米流体对微量润滑车削304不锈钢的影响

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工具技术 2024年第2期58卷 50-53页

作者：裴宏杰王飞朱思伟张晨阳江苏大学机械工程学院

为了揭示纳米粒子的协同作用机理,以少层石墨烯为载体,纳米铜作为负载金属粒子,在可生物降解润滑油基础上,分别采用分子水平混合和机械混合方法制备了石墨烯/铜混合纳米流体。在确定的石墨烯/铜比例及纳米粒子的质量分数条件下,进行了... 详细信息

为了揭示纳米粒子的协同作用机理,以少层石墨烯为载体,纳米铜作为负载金属粒子,在可生物降解润滑油基础上,分别采用分子水平混合和机械混合方法制备了石墨烯/铜混合纳米流体。在确定的石墨烯/铜比例及纳米粒子的质量分数条件下,进行了微量润滑切削AISI 304不锈钢的单因素试验研究。结果表明,配方合适的分子水平混合纳米流体协同润滑作用优于机械混合纳米流体,MQL加工时可降低切削温度,提高表面质量,减小刀具磨损。

关键词：混合纳米流体石墨烯纳米铜微量润滑不锈钢

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微量供油下线接触副润滑增效分析

中国机械工程 2024年

作者：李书义郭峰黄柏林金薇香港城市大学机械工程系青岛理工大学机械与汽车工程学院

线接触副中常常会出现乏油(微量供油)状态，其降低了润滑性能甚至会造成润滑失效。实验发现，亲/疏油间隔供油的功能润湿表面能够提高微量润滑有效成膜。基于此，建立有限长滚子副润滑模型，分析了间隔供油中功能表面亲/疏油带宽及其工... 详细信息

线接触副中常常会出现乏油(微量供油)状态，其降低了润滑性能甚至会造成润滑失效。实验发现，亲/疏油间隔供油的功能润湿表面能够提高微量润滑有效成膜。基于此，建立有限长滚子副润滑模型，分析了间隔供油中功能表面亲/疏油带宽及其工作参数的影响规律，并与微量润滑油均匀分布和充分供油对比。结果表明：一定量润滑油供给下间隔供油方式可以达到润滑增效的作用，但其特殊的交替供油方式则会导致接触区润滑状态呈现一定的波动性；与均匀分布供油相比，间隔供油的润滑增效情况会受到功能表面亲/疏油带宽和卷吸速度的影响，参数不恰当的选择甚至会丧失润滑增效优势；分析数据可为微量润滑增效功能表面设计提供参考，具有一定工程指导意义。

关键词：微量润滑线接触间隔供油润滑增效

基于低温微量润滑技术对7050铝合金加工质量的研究

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工具技术 2024年第2期58卷 46-49页

作者：贾雪冰袁益楚申博宇黄信达张烘州上海飞机制造有限公司

针对传统切削加工过程中大量使用切削液极易对环境和人体造成伤害等弊端,基于绿色环保理念,采用低温微量润滑技术,根据铣台阶、铣槽、制孔等典型加工特征,进行试验件的表面质量粗糙度检测与金相分析,研究7050铝合金在低温冷却条件下不... 详细信息

针对传统切削加工过程中大量使用切削液极易对环境和人体造成伤害等弊端,基于绿色环保理念,采用低温微量润滑技术,根据铣台阶、铣槽、制孔等典型加工特征,进行试验件的表面质量粗糙度检测与金相分析,研究7050铝合金在低温冷却条件下不同工艺参数对其加工质量的影响。结果表明:在-10℃以下的温度范围内,获得的盲孔表面粗糙度较好;在-60℃~0℃低温微量润滑加工条件下不会对7050铝合金材料的切削加工表面产生过热或过冷影响;在相同低温温度下,内冷孔刀具加工的表面质量较优。

关键词：低温微量润滑表面质量

绿色纳米切削液低温微量润滑拉削性能及参数优化研究

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绿色纳米切削液低温微量润滑拉削性能及参数优化研究

作者：崔一鸣杭州电子科技大学

学位级别：硕士

涡轮盘是航空发动机工作的关键零部件之一,拉削加工是涡轮盘加工的关键加工工艺。但是拉削加工存在着负载大、散热难等问题,这严重影响着加工表面质量。加工中的减载降温手段通常是施加切削液,而传统的浇注切削液加工往往伴随着严重的... 详细信息

涡轮盘是航空发动机工作的关键零部件之一,拉削加工是涡轮盘加工的关键加工工艺。但是拉削加工存在着负载大、散热难等问题,这严重影响着加工表面质量。加工中的减载降温手段通常是施加切削液,而传统的浇注切削液加工往往伴随着严重的环境与健康问题。随着人们对环境资源保护的重视,基于纳米流体的低温微量润滑(Cryogenic Minimum Quantity Lubrication,CMQL)的技术开始被广泛研究。调研发现,在合适的微量润滑参数下会有更好的加工效果,而对于拉削的微量润滑参数研究更是少之又少。针对以上研究空白,本文开展了如下的研究工作:首先,以高纯度芝麻油作为基液,氧化铝材料作为纳米颗粒制备了纳米流体,研究了十二烷基苯磺酸钠表面活性剂浓度对该纳米流体的稳定性、运动粘度、表面张力以及热传导性能等理化性质的影响机理。表面活性剂能够有效增强纳米流体的稳定性,而且随着活性剂浓度的升高,其稳定性越高。与此同时粘度与表面接触角变大,热传导性能也有所下降。其次,搭建了低温微量润滑拉削实验系统,将制备得到的纳米流体用作切削液,以入射流量、入射气压、表面活性剂浓度以及温度为参数变量展开了拉削实验。研究了润滑参数对拉削负载、温度以及表面完整性的影响规律及机理。通过与干式拉削进行对比,在MQL与低温MQL的条件下,拉削负载分别降低了9.8%与12.5%,表面粗糙度分别降低了38.7%与44.5%。通过对不同润滑参数下结果的对比,随着润滑参数水平的增加,拉削负载、温度以及加工表面的粗糙度、显微硬度基本呈下降趋势。拉削加工的表面的残余应力呈压应力,随着润滑参数水平的增加残余压应力有不同的变化情况。最后,基于拉削实验的参数设置及实验结果,设计并进行了正交实验,通过方差分析发现入射流量对拉削负载以及表面粗糙度的影响程度最大,建立了微量润滑参数下的拉削负载与表面粗糙度数学模型。基于快速精英多目标算法(NSGA-II)对润滑参数进行了多目标优化,得到了最优帕累托解集。并基于解集中的参数进行实验验证,实验与优化结果误差最大不超过2.5%,证明了低温微量润滑拉削工艺优化方法的可行性。

关键词：绿色纳米切削液微量润滑涡流管拉削加工参数优化

微量润滑在GH4169高温合金车削加工中的应用

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机电信息 2024年第1期 81-85页

作者：王进同陶亮贵州博信机械制造有限公司贵州安顺561116 贵州理工学院机械工程学院贵州贵阳550003

为提高GH4169高温合金的可加工性,引入了微量润滑(MQL)技术开展该材料的车削加工试验。以表面粗糙度和切削温度为性能指标,分析干切削和MQL切削条件下工艺参数对已加工表面粗糙度和切削温度的影响规律。结果表明:工件表面粗糙度值均随... 详细信息

为提高GH4169高温合金的可加工性,引入了微量润滑(MQL)技术开展该材料的车削加工试验。以表面粗糙度和切削温度为性能指标,分析干切削和MQL切削条件下工艺参数对已加工表面粗糙度和切削温度的影响规律。结果表明:工件表面粗糙度值均随转速的增加而降低,随进给量的增加而增大,随背吃刀量的增加而增大;切削温度则随工件转速、进给量、背吃刀量的增加而上升;相比于干切削加工,MQL切削加工能够获得粗糙度值更小的工件表面,且切削温度更低。该研究方法对于提升GH4169高温合金产品质量和实现绿色切削具有积极的作用。

关键词：微量润滑高温合金绿色切削粗糙度切削温度