[01374550]基于热/力效应的纳米粒子气雾射流微量润滑系统关键技术及应用

纳米粒子气雾射流微量润滑磨削以微量润滑技术为基础,依据固体强化换热原理,并基于固体颗粒传热能力在适当条件下远大于液体和气体的事实,提出将纳米级固体粒子、润滑液与压缩气体混合雾化后、以静电辅助射流的形式喷切削区,实现有固体纳米粒子参与强化换热的微量润滑新工艺;是一种面向环境友好、资源节约和能源高效利用的可持续绿色制造新方法。项目应用前,传统机加工切削液的大量使用对加工、生态环境污染严重,成本高昂;德国具有先进的微量润滑技术但实行技术垄断;我国微量润滑技术换热能力不足的技术瓶颈一直未获突破,严重制约了冶金、交通、汽车、航空航天等行业关键零部件的精密加工制造。因此,急需研发具有自主知识产权的纳米粒子气雾射流微量润滑磨削关键技术与装备。 项目组在国家自然科学基金、国家企业创新基金和省、市、自治区计划等项目支持下,以产、学、研结合的创新科研模式,历时7年取得如下发明成果： 1、植物性可降解、绿色环保的新型微量润滑基础油制备关键技术。研发了30种植物性可降解、绿色环保的新型微量润滑基础油配方,具备优异润滑性能、冷却性能、极压抗磨性能等优点;分别满足了多种加工工况、多种工件材料对不同微量润滑基础油的性能要求;实验研究了以植物油作为微量润滑基础油的冷却润滑机理,揭示了切削区换热机理及的热/力学作用规律。 2、纳米粒子气雾射流微量润滑切削润滑剂可控输运关键技术。针对高能量密度产出的磨削加工工况,建立了纳米粒子射流气、液、固三相流运动学及动力学模型,进行了纳米粒子气雾微量润滑磨削区流场建模仿真与实验研究;研发了切削液供给、静电辅助技术装备与5套雾化喷嘴。 3、纳米粒子气雾射流微量润滑加工工艺。实现了难加工材料的高效低碳精密加工制造。与传统加工方法对比,润滑液消耗量减少至1/1000;工件表面粗糙度Ra = 0.274 ～ 0.35μm。与干式加工方法对比,比磨削能降低30-38%;G比率提高32-48%;摩擦系数降低35-48%;由切削液传出能量分配比率提高14-28%。 4、刀具/工件约束空间流场分布规律及工件表面粗糙度预测关键技术。建立了纳米粒子射流气、液、固三相流运动学及动力学模型、楔形接触区浇注式和纳米粒子射流微量润滑两种供液条件下的动压力理论模型与数值仿真;发明了微量润滑磨削表面粗糙度预测方法和装置,揭示了微量润滑磨削加工工件表面形貌创成机理,建立了微量润滑磨削表面形貌和表面粗糙度预测模型。 基于以上发明,构建了微量润滑和纳米流体气雾射流微量润滑装备生产线,并在国内500多家企业应用。近三年取得直接经济效益5356万元。引领了精密制造润滑剂供给改革潮流,大幅提高了国际竞争力。 获授权发明专利45项、PCT专利6项（其中2项获得美国、韩国国家专利）、实用新型专利28项、软件著作权7项;出版学术著作2部,发表SCI/EI 收录论文77篇（JCR-1区8篇、JCR-2区16篇）,制定国家标准2项。西安交通大学卢秉恒院士、东北大学修世超教授等评价：“项目具有显著的创造性和实用价值,整体上达到国内领先,国际先进水平”;中科院和教育部查新均得出结果：“该项目具有新颖性”;获得“长城质量保证中心”质量管理体系认证、两项“国家火炬计划项目”、两项“上海市高新技术转化项目”、2015年青岛市技术发明二等奖、“上海市专利试点企业”等。