[01551573]纳米粒子射流微量润滑磨削关键技术与装备

一、课题来源与背景 磨削作为精加工中重要的加工工艺,加工过程中磨粒通常为负前角切削导致消耗的能量远远大于其它形式的机加工。目前,微量润滑和纳米粒子射流微量润滑代替传统的浇注式冷却润滑已经体现出其巨大的优势和发展前景。微量润滑磨削加工是一种绿色加工技术,它是指将微量的润滑液和具有一定压力的气体混合雾化后,喷射到磨削区起到冷却润滑作用的一种磨削加工技术,冷却和排屑作用主要依靠高压气体来实现。纳米粒子射流微量润滑在微量润滑的基础上,将一定量的纳米级固体颗粒加入到可降解的微量润滑油中形成纳米流体,通过高压空气将纳米流体进行雾化,并以射流的方式送入磨削区。高压空气主要起冷却、除屑和输送流体的作用,微量润滑油起润滑的作用。 二、研究目的与意义 本成果以节能环保为战略目的,在国内首次开展纳米固体颗粒油雾射流微量润滑机理研究工作,建立磨削区三相流流体压力场和速度场数学模型,在高速精密磨床开展了镍基合金微量润滑材料去除机理实验研究,在保证加工质量和精度的前提下,大幅减少磨削液用量,实现清洁、低耗、对环境和工人没有任何伤害的低碳精密磨削加工新工艺。 三、主要论点与论据 由强化换热理论可知：固体的换热能力远远大于液体和气体;纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力,起到了冷却的作用。因此新型的纳米粒子射流微量润滑技术的出现,较好的解决了磨削区换热问题,同时纳米粒子润滑作用增强了磨削区的润滑特性。 四、创见与创新 （1）高压高速射流条件下纳米粒子间碰撞与扰动传热机理、粒子和流体间的碰撞、对流传热机理及纳米射流对磨削区的热力学作用规律; （2）高磨削区压力纳米粒子的浸润特性及纳米粒子剪切油膜形成机理,纳米粒子射流不同物理特性对砂轮/工件界面摩擦学特性; （3）将固体传热学、纳米材料学、分子动力学、多相流体动力学以及精密磨削加工综合起来,寻找一种新的微量润滑绿色磨削加工方法,实现清洁,低耗,高表面完整性的低碳精密磨削加工新工艺。 五、社会经济效益 本成果在立项时已与洁净制造企业相关,取得的研究成果陆续推广应用,获得显著经济效应与社会利益。纳米粒子射流微量润滑磨削三相流供给系统,已和青岛博捷环保工程有限公司联合生产,截止2014年12月累计新增产值2580万元,基于纳米粒子射流微量润滑磨削供给系统关键技术,利用固体强化换热的原理实现微量润滑磨削,以期实现清洁、低耗、高效和可持续的绿色磨削加工新技术,对丰富磨削加工工艺和理论具有重要科学价值,并对工业生产有实际意义和实用价值。 六、历年获奖情况 本成果现已获得“山东省研究生优秀科技创新成果奖”一等奖1项、二等奖2项,“山东省优秀硕士学位论文”2项,“山东高等学校优秀科研成果奖”三等奖1项。