静电喷雾微量润滑技术及其切削加工机理研究

In order to solve the problems of lubricating and cooling in cutting processing, a new green cutting technology of electrostatic spraying assisted minimal quantity lubrication is proposed. With the characteristic of smaller diameter and surface tension, better adsorbability and ionized air flow, this cutting technology can improve the property of lubricating and cooling in cutting processing. Firstly, through the establishment of equipment of electrostatic spraying assisted minimal quantity lubrication, the charging and atomization mechanism of cutting fluid are analyzed. Secondly, the adsorbability, penetrability, heat transmissibility and flow field of the charged droplets are researched to reveal the mechanism of lubricating and cooling of electrostatic spraying assisted minimal quantity lubrication. Finally, compared with the traditional pouring lubrication and minimal quantity lubrication, the cutting processing characteristics and the ambient air quality characteristics of electrostatic spraying assisted minimal quantity lubrication are studied. Through the research of this project, a novel lubrication process will be achieved, the performances of cutting lubricating and cooling will be improved, and health damage to workers will also be resolved at certain extent.

为了使刀具在加工过程中能够更好地得到润滑和冷却，结合静电喷雾技术和微量润滑技术，提出一种静电喷雾微量润滑的绿色切削加工新技术，利用静电喷雾荷电液滴粒径小、表面张力降低、吸附性好以及离子空气流的特点，提高雾化切削液的润滑和冷却性能。首先，在建立静电喷雾微量润滑实验装置的基础上，开展切削液荷电雾化机理的研究，获得喷雾装置主控参数对切削液荷电、雾化性能的影响。其次，通过荷电切削液滴的沉积性、渗透性、传热性和雾化流场等研究，揭示静电喷雾微量润滑的润滑、冷却机理。最后，研究基于静电喷雾微量润滑的切削加工特点，对比传统浇注式润滑冷却和微量润滑下的切削加工技术，实验评价静电喷雾微量润滑的润滑性能和冷却性能，以及静电雾化切削液对切削环境空气质量的影响。通过本项目的研究，将实现一种新颖的静电喷雾微量润滑绿色切削技术，在一定程度上提高切削加工中切削液的润滑性能和冷却效率，并缓解雾化切削液对加工场所的空气污染。

提出一种静电辅助喷雾润滑冷却新技术----静电微量润滑技术（Electrostatic Minimum Quantity Lubrication, EMQL），利用静电喷雾荷电液滴具有粒径尺寸减小、粒径均匀性好、表面张力降低和吸附性好等特点，改善了液滴的润湿性，提高了雾化润滑液的润滑和冷却效果，增强了切削加工性能，并可有效降低加工环境的油雾浓度。本研究为解决目前喷雾润滑切削加工中存在的冷却、润滑和环境油雾浓度问题提供了一种的新方案。主要研究有：.设计开发了静电微量润滑试验装置，分析了切削液在高压静电场中的荷电特性，开展了荷电切削液液滴的表面张力、接触角和粘度的测试分析，研究了高压静电荷电后切削液的物性变化特点；分析了大气液比条件下荷电切削液的雾化特性，研究了静电微量润滑系统主控参数对切削液荷电雾化性能的影响；采用四球和球盘摩擦测试仪研究了静电微量润滑的润滑特性，分析了测试系统主控参数和静电微量润滑作用参数对荷电切削液的润滑性能的影响，利用X射线光电子能谱（XPS）分析了磨损表面主要化学元素状态，采用阴离子作用机理（NIRAM）解释了喷雾润滑冷却和静电微量润滑边界摩擦润滑条件下的润滑机理；搭建了喷雾雾滴瞬态和稳态换热试验平台，研究了静电微量润滑的冷却换热性能；采用重量分析法对静电微量润滑铣削加工中心内部的油雾浓度PM 10、PM 2.5进行测量，研究了静电微量润滑工艺参数对切削环境空气质量的影响；利用建立的静电微量润滑加工系统进行了难加工材料304不锈钢的车/铣削加工试验研究，考察了不同工艺条件下静电微量润滑对刀具寿命、切削力、切削温度、加工质量和环境油雾浓度的作用效果，分析了静电微量润滑刀具的磨损形态和切削加工机理，为静电微量润滑技术运用于生产实践奠定了理论基础。