微量润滑切削界面成膜机理及其应用

As one of the green manufacturing technologies, MQL (Minimum Quantity Lubrication) technology has attracted increasing attentions. However, the film forming mechanism of MQL has always been the blind spot in the study, which leads to a lack of scientific foundation for the process optimization studying. This project will cover the following study areas, the mechanism of both the interface friction of MQL and the film forming,the key conditions of the film forming and the film forming performance, so as to reveal the quantitative relation between the film forming performance and the processing. This study has important scientific significance and high engineering application value for reveling film forming mechanism of MQL cutting, building up the tribology theoretical system of MQL cutting and the active control implementation of the MQL machining process.

微量润滑切削技术作为一种绿色切削加工方法，日益受到重视。其界面成膜机理却鲜有人研究，导致工艺优化缺乏科学依据。本项目研究微量润滑切削界面摩擦学行为与成膜机理、成膜关键条件及成膜效果，进而建立成膜效果与加工工艺之间的量化关系。该研究对揭示微量润滑切削界面成膜机理，建立微量润滑切削摩擦学理论体系，实现微量润滑加工工艺过程的主动控制具有重要科学意义和工程应用价值。

传统切削使用大量切削液带来环境污染、危害健康和增加成本等问题，使得近年来少无切削液冷却润滑技术得到了学术界和产业界的重视。微量润滑技术作为一种典型的准干式切削方式，具有切削液用量少，可有效减少切削界面的摩擦，降低切削力，延长刀具寿命，提高加工表面质量等优点，发展前景广阔。而目前在微量润滑技术工程化应用中，界面成膜机理研究缺乏，在工艺参数的选择上存在盲目性。本项目开展了微量润滑界面摩擦学机理及成膜关键条件研究，并实现了工艺参数优化。在微量润滑界面摩擦学机理研究方面，揭示了纳米颗粒硬度与切削基液粘度的匹配关系规律，分析了不同硬度纳米颗粒对润滑表面的减摩和修复作用，并进行了实验验证；建立了微量润滑雾粒吸附模型，获得了液滴吸附边界条件，并基于此建立了复合喷雾流场CFD仿真模型，研究了微量润滑雾粒渗透过程，确定了有效成膜喷嘴方位；建立了微量润滑雾粒分布的计算力学仿真模型，研究了微量润滑喷嘴出口空气压力与雾粒的粒径和速度的关系；基于最大熵原理，建立了最佳润滑剂用量模型；基于上述机理研究，开展了切削实验验证，实现了有效成膜工艺参数优化，并开发了智能化微量润滑装置。以上研究成果目前已针对多种材料开展了试验验证，并应用于典型制造企业，解决了加工效率低、加工质量差、刀具磨损快和废液排放等难题。项目研究成果可为绿色切削微量润滑技术在制造业中的推广应用提供理论支持，对实现微量润滑加工工艺过程的主动控制具有重要科学意义和工程应用价值。