纳米流体微量润滑铣削模具型腔约束边界条件流场模型及切削机理

Starting from reducing the amount of milling fluid and not reducing the surface integrity of the workpiece, the mechanism of Nano-fluid microlubrication milling suitable for high efficiency milling die cavity is studied. The multi-phase flow field and temperature field of micro-lubrication milling die cavity are established under finite boundary conditions. The theoretical model and jet parameters of effective jet entry into milling area are Studied. With the help of the good lubrication property of vegetable oil and the excellent anti-wear property of nano particles, the high heat transfer and cooling ability of water and the theory of enhanced heat transfer of Nano-particles, the Nano-fluid, water and compressed gas are sprayed into the milling area in the form of jet to realize the efficient green manufacture of cooling, lubrication and dandruff. The mechanism of Nano-sized shearing oil film formed by different Nano-particles at the interface of milling tool die is studied. The new technology of microlubrication and high efficiency milling die cavity based on oil-based mixed Nano-fluid of three-phase oil-water plant is realized. Based on the theoretical and experimental research, the theory of nanometer fluid microlubrication milling die cavity is established. The influence of multiphase flow field and jet parameters on the effective lubrication cooling of milling die cavity is studied. The new technology of microlubrication and high efficiency milling die cavity based on oil-based mixed Nano-fluid of three-phase oil-water plant is realized.

从减少铣削液用量和不降低工件表面完整性入手，研究适合高效铣削模具型腔的纳米流体微量润滑铣削机理。建立有限边界条件下微量润滑铣削模具型腔的多相流流场、温度场等，研究射流有效进入铣削区域的理论模型及射流参数；借助植物油良好的润滑性能和纳米粒子超好的减摩抗磨特性，水较高的传热冷却能力和纳米粒子强化换热理论，将纳米流体、水与压缩气体混合雾化后以射流的形式喷入铣削区，实现冷却、润滑、排屑三位一体的高效绿色制造；研究不同纳米粒子在铣刀/模具型腔界面形成纳米级剪切油膜机理，探究提高微量润滑铣削的润滑、冷却性能的工艺；本研究拟通过理论和实验研究，建立纳米流体微量润滑铣削模具型腔的相关理论，研究多相流流场、射流参数等对铣削模具型腔区有效润滑冷却的影响规律，实现基于油气水三相植物油基混合纳米流体微量润滑高效铣削模具型腔的新工艺。

浇注式冷却方式广泛引用于铣削加工中，但大量使用的切削液因对环境的危害需要回收处理，为保护环境实现绿色制造，生产上冷却润滑方式已逐步从浇注式铣削向干式、低温冷却、微量润滑等方向发展。本项目从纳米粒子具有更强的冷却性能和优异摩擦学特性而发展的纳米流体微量润滑高效铣削加工工艺，有望解决目前高效铣削加工环保压力与换热能力不足的技术瓶颈。. 通过理论建模、仿真及实验结果得出：微量润滑铣削时，克服气障层的最佳入射角为刀具螺旋角，铣刀直径及铣削腔体形状对对射流参数没有影响，喷嘴靶距对实验指标影响程度最大，其次是入射角β，喷嘴仰角α在3个因素中的影响最小。最佳靶距都应在25-30 mm以内，且喷嘴与工件表面的最佳角度也都相同，都为60°~65°时最有利于切削液的输运，从而实现切削液的高利用率。. 通过前期理论分析及实验研究，揭示了植物油中的不同成分及其物理化学特性对铣削加工的润滑冷却机理，研究结果表明我国产量很大的棉籽油适合作为微量润滑铣削基础油；纳米粒子的物理化学特性对铣削加工的润滑冷却机理，研究结果表明球状的Al2O3和SiO2纳米粒子最有利于提高微量润滑铣削基础油的冷却润滑性能；0.5W%氧化铝纳米流体的冷却润滑效果进一步提升，将纳米流体微量润滑工艺用于模具铣削加工提供新的加工工艺。. 将纳米粒子与棉籽油配置成的纳米流体用于微量润滑铣削，并取得比较理想的效果，不仅能实现绿色加工，还能充分利用我国五大油料之一的棉籽油，而不用依靠主要靠进口的棕榈油做为基础油，为我国微量润滑铣削加工工艺的实践应用开拓了新的可再生资源。