MQL切削机理及其应用基础研究

论文摘要

随着制造科学与技术的发展,绿色制造已成为先进制造技术的主要发展方向之一。最小量润滑（Minimum Quantity Lubrication,简称MQL）技术是一种具有极大发展潜力和广阔应用前景的绿色加工技术,其理论研究与技术推广应用倍受国内外机械工程专家和学者们的高度关注。本研究在系统概述绿色切削加工技术国内外研究进展的基础上,以精密车削加工为应用背景,构建出MQL加工喷雾系统,研究了MQL切削加工中切削液的作用机理、切削加工效果及MQL加工的经济、环保、质量的综合评价方法等,其主要研究内容及创新工作为:首先,系统阐述了MQL切削加工技术,分析了其对切削液的要求,论述了MOL切削加工中切削液的作用机理,指出了影响MQL切削加工效果的主要因素,并探讨了提高MQL切削加工效果的主要方法和基本途径。其次,根据MQL切削加工技术的要求,探讨了喷雾的基本原理,构建出MQL切削喷雾系统,开展了MQL喷雾过程中切削液的雾化过程和雾滴的受力、运动及其变形等研究,并对MQL喷雾特性等进行了相关实验验证。第三,基于绿色加工条件下切削液应具备的环境友好性、储存稳定性和切削性能需求,建立了面向加工质量、生产成本、资源消耗、加工时间和环境影响的切削决策目标体系,并对目标体系中的决策向量进行了分解。利用模糊数学法,对MQL切削、传统湿切削及完全干切削进行综合评价,表明MQL切削加工技术的综合效益最优。第四,利用SB-CNC超精密数控机床进行了MQL车削45钢实验,分析了喷雾参数,喷嘴位置等对切削力、变形系数和卷屑断屑的影响,探讨了MQL切削加工中最佳切削液量的确定、微量切削液的渗透性、保持刀具锋利及边界膜的有效性等关键技术问题。第五,基于车削、钻削和铣削等实验,对MQL切削加工中的表面粗糙度和棱边（毛刺）形态进行了分析和研究,提出了改进或提高MQL切削加工质量的若干措施,为拓展MQL切削加工技术应用领域开辟了途径。本研究是国家自然科学基金（编号:50275066,50675088）、江苏省自然科学基金（编号:BK2006077）和江苏省高校重点建设实验室开放基金（编号:KXJ05019）项目的组成部分。本研究工作进一步丰富和发展了MQL切削理论,进一步拓宽了MQL技术的应用领域,具有一定的理论和实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 可持续发展和绿色制造
• 1.3 绿色切削技术
• 1.3.1 干切削
• 1.3.2 绿色湿切削
• 1.3.3 水蒸汽冷却润滑切削
• 1.3.4 高压液体射流冷却润滑切削
• 1.3.5 二氧化碳冷却润滑切削
• 1.3.6 低温冷风润滑切削
• 1.3.7 液氮冷却润滑切削
• 1.3.8 最小量润滑（MQL）切削
• 1.4 MQL切削技术的国内外研究进展
• 1.4.1 MQL切削技术的国外研究进展
• 1.4.2 MQL切削技术的国内研究进展
• 1.5 MQL研究中尚存在的主要问题
• 1.6 本论文的主要研究内容及意义
• 第2章 MQL切削加工的基础知识
• 2.1 切削液的分类
• 2.1.1 油基切削液
• 2.1.2 水基切削液
• 2.1.3 气态切削剂
• 2.1.4 固态润滑剂
• 2.2 切削液的作用
• 2.3 传统切削液所带来的危害
• 2.4 MQL切削加工技术
• 2.4.1 MQL切削液的供给系统
• 2.4.2 MQL切削加工对切削液的要求
• 2.5 MQL加工中切削液的作用及性能
• 2.5.1 MQL加工中切削液的作用原理
• 2.5.2 MQL加工中切削液的润滑作用
• 2.5.3 MQL加工中切削液的冷却作用
• 2.6 影响MQL切削加工效果的主要因素及控制途径
• 2.6.1 影响MQL切削加工效果的主要因素
• 2.6.2 提高MQL切削加工效果的基本途径
• 2.7 本章小结
• 第3章 MQL切削喷雾系统的构建
• 3.1 MQL切削切削液喷雾系统的组成
• 3.1.1 MQL切削加工对喷雾系统的要求
• 3.1.2 MQL切削切削液喷雾系统的组成
• 3.2 喷雾原理及喷雾过程
• 3.2.1 喷雾原理及喷雾过程
• 3.2.2 雾化的相关指标及其影响因素
• 3.3 MQL切削液的雾滴运动和变形分析
• 3.3.1 MQL切削液雾滴的受力和运动分析
• 3.3.2 MQL切削液雾滴的变形分析
• 3.4 MQL喷雾系统的工作效果及其评价
• 3.4.1 MQL雾化系统特性 PDA实验条件
• 3.4.2 实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 MQL车削加工的实验研究
• 4.1 实验设备及实验条件
• 4.2 切削液的选取
• 4.2.1 切削液的性能
• 4.2.2 切削液的评价体系
• 4.3 切削力形成及其变化
• 4.3.1 切削力的来源
• 4.3.2 实验研究
• 4.4 MOL切削工艺效果分析
• 4.4.1 切屑变形系数
• 4.4.2 实验研究
• 4.5 MQL切削加工切屑的形成及变化
• 4.5.1 切屑形态的分类
• 4.5.2 精密车削加工中切屑的形成
• 4.5.3 实验研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 MQL切削的关键技术
• 5.1 最佳切削液量的确定
• 5.2 微量的切削液的渗透
• 5.3 刀具磨损形态及特征
• 5.3.1 刀具磨损的形态
• 5.3.2 MQL切削加工中的刀具磨损
• 5.4 润滑作用的最佳条件
• 5.4.1 边界膜的临界温度
• 5.4.2 MQL切削加工中切削温度的估算
• 5.5 本章小结
• 第6章 MQL切削加工质量及其控制方法
• 6.1 切削加工质量及其主要影响因素
• 6.2 MQL车削加工
• 6.3 MQL钻削加工
• 6.4 MOL铣削加工
• 6.5 MOL切削加工中毛刺的形成及控制
• 6.6 提高MQL切削加工质量的基本途径
• 6.7 本章小结
• 第7章 MQL切削技术的综合评价
• 7.1 MQL总体决策目标
• 7.2 模糊综合评价方法
• 7.2.1 单要素模糊综合评价
• 7.2.2 综合各方面的模糊评价
• 7.3 MOL切削技术的模糊综合评价
• 7.4 本章小结
• 第8章 研究工作结论及发展展望
• 8.1 研究工作结论
• 8.2 发展展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果