[01356769]纳米流体换热减摩微量润滑磨削的热力学作用新机制

纳米粒子射流微量润滑磨削是一种清洁、高效、低耗、高表面完整性的精密加工新工艺,是实现制造业“绿色化”的必由之路。然而存在以下科学难题：高比能导致微量润滑换热能力不足,砂轮/工件复杂空间可降解纳米流体润滑剂输运成膜、减摩抗磨、强化换热等科学本源问题尚未解决,高温高压高速约束界面纳米粒子射流微量润滑磨削尺寸效应、速度效应影响下的材料去除机制及力学行为亟待揭示。 针对以上科学难题,在国家自然科学基金、科技部创新基金等项目支持下,历经10余年国际合作与产学研攻关,主要科学发现如下： 1)率先揭示了可降解润滑剂理化特性对磨削区成膜性能和摩擦学特性的影响机制。研究了高速高温高压界面润滑剂分子结构、物理特性对磨削性能作用规律;提出了可降解润滑剂制备理论与方法并编入《现代机械设计手册》。 2)揭示了砂轮/工件楔形空间毛细管形成机制及微液滴迁移成膜机理。研究了楔形约束界面动态宏观毛细管/微织构网络、微观毛细管形成机制;揭示了动态毛细管微液滴迁移成膜机理和工件表面形貌,并构建了微液滴输运动力学模型。 3)研究了磨削区纳米流体强化换热机制并构建尺寸效应下动态温度场数学模型。发现了纳米流体参数影响下的纳米流体物理特性变化规律,揭示了纳米粒子/基础油微纳界面纳米粒子布朗运动对换热性能的提升机制,构建了尺寸效应下磨削区动态温度场数学模型,预测误差由10.8%降低至6.6%。 4)揭示了纳米粒子射流微量润滑减摩抗磨机理、材料去除机制并构建了磨削力新模型。研究了高温高压界面纳米流体对热/力边界、材料去除机理及本构的影响机理,提出了以切削效率作为耕犁与切削的判据,构建了基于材料去除和塑性堆积耦合的磨削力新模型,预测误差由10.28%降低至4.19%。 项目发表SCI/EI收录论文110篇,JCR（1-2）区43篇,包括领域国际顶级期刊Int J Mach Tool Manu 3篇,J Clean Prod 10篇。3篇ESI高被引（其中1篇连续10期高被引）、2篇ESI前3%,论文总被引1600余次。8篇代表性论文均为JCR1区,他引总次数372次（Google数据）;WOS检索SCI他引248次,不仅如此,论文还得到中国科学引文数据库（CSCD）和会议录引文索引数据库（CPCI）的引用与关注;引文源自30个国家80种国际期刊。基于理论研究授权国外发明专利6项、中国发明专利103项,制定了仅有2项准干式切削技术国家标准,成果编入《现代机械设计手册》。研究成果获得山东省高等学校科学技术奖1等奖、中国机械工业科学技术2等奖、上银优秀机械博士论文奖。国际生产工程研究院院士、Int J Mach Tool Manu主编Dragos Axinte教授、澳大利亚工程院院士Zhang L.C、ASME会员Steven Y. Liang教授、哈尔滨工业大学张飞虎教授等国内外著名学者借鉴项目成果：可降解润滑剂强化换热、减摩抗磨理论、尺寸效应下动态温度场模型“速度效应下磨削力新模型等支撑理论建模、实验结果验证及评价表征”,并给出了高度评价：“预测结果很好的吻合了实验测量”、“能够预测延-脆转变临界最大未变形切屑厚度与润滑工况间规律”、“混合纳米粒子能够提升难加工材料成形精度和表面质量”。