铸铝合金攻丝过程中的纳米流体微量润滑技术研究

发布时间：2020-08-15 15:25

【摘要】：油基切削液是机械加工工艺的血液。传统的油基切削液由矿物油复配一定比例的化学添加剂组成,但由于矿物油难以降解而化学添加剂又大多对人体具有致癌作用,其使用对生态环境以及工人健康造成了严重危害。出于保护环境与节约能源的目的,研究以新型油基切削液为核心的绿色切削加工技术日益受到了重视。基于此,本文首先通过利用绿色植物油替代矿物油作为切削液基础油,同时以石墨烯纳米片作为极压添加剂,基于超声分散技术制备了纳米流体切削液;其次,成功研制了微量润滑系统(MQL)作为纳米流体切削液的供液装置,并对其三维喷雾流场进行了数值模拟。最后通过搭建攻丝扭矩试验台,对纳米流体微量润滑技术在攻丝加工中的应用作了系统的试验研究。研究结果表明:(1)通过对比纯植物油MQL加工方式发现,采用纳米流体MQL加工方式获得的攻丝扭矩有显著降低,不同浓度的纳米流体减载效果以0.5-wt%为最佳,此时采用蓖麻油基、菜籽油基、玉米油基纳米流体MQL加工方式获得均值扭矩同比纯植物油MQL加工分别降低了11.4%、16.4%和17.7%;(2)在纯植物油MQL、纳米流体MQL和乳化液浇注润滑三种加工方式中,采用乳化液浇注加工获得的螺纹表面光洁度最高,纳米流体MQL加工次之,纯植物油MQL加工为最低。采用纳米流体MQL加工技术的优势体现在抑制螺纹表面缺陷上;(3)在高速切削下采用纳米流体MQL加工相比传统的乳化液浇注加工技术有一定优势。在20 m/min的切削速度下采用0.5-wt%蓖麻油基、菜籽油基与玉米油基纳米流体MQL加工方式获得的均值扭矩同比乳化液浇注加工分别降低了3.31%、3.89%与5.84%。(4)理化性质实验表明:纳米流体的40℃运动粘度值要高于纯植物油基液,且纳米流体液滴在合金钢表面的稳态润湿角也相应低于纯植物油基液,这表明纳米流体具有比植物油更加优异的承载与润湿能力。纳米流体微量润滑技术作为常规矿物油基切削液浇注式润滑的替代技术,不仅能够极大地减少切削液的消耗量,同时还能降低切削负载和提高工件表面质量,因此其开发与应用具有非常广阔的发展前景。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG501.5
【图文】：

湿式,加工法,乳化液,负面影响

杭州电子科技大学硕士学位论文第 1 章绪论研究背景及意义作为金属切削工艺系统的核心组成部分，其广泛应用于与磨削等机加工领域[1]。目前，我国的传统制造型企业在用湿式切削法（如图 1.1 所示），即通过连续不断地向加此来减小加工过程中的切削变形、提高工件加工效率以[2,3]。

微量润滑,供液,雾化效果,植物油

杭州电子科技大学硕士学位论文2016 年，巴西圣约翰大学的 Filho 等[21]通过应用微量润滑供液装置考察了雾状植物油在 A306 铝合金挤压攻丝过程中的润滑性能，研究还进行了乳化液湿式攻丝实验作为对比。研究结果表明一种名为 ECOCUT 的精炼型植物油即使在雾化状态下其润滑效果（以攻丝扭矩作为评价标准）仍要同比优于采用浇注式供给的乳化液。

形貌,润滑材料,层状结构

(a) 偏移式层状结构(石墨) (b) 对齐式层状结构(氮化硼)图 1.3 两种层状结构润滑材料2015 年，中国学者石琛等[32]研究发现通过在菜籽油中添加 MoS2纳米粒以有效改善试件在四球摩擦磨损试验中的表面磨损形貌。为了验证 MoS2纳子的抗磨减摩作用，同年中国学者 Zhang 等[33]又将 MoS2纳米粒子添加到油中并将其用作 45 号钢磨削加工过程中的切削液。其实验结果表明，含有 MoS2粒子的大豆油相比纯大豆油确实可以有效降低磨削力并减小工件的粗糙度，但是 MoS2粒子的添加浓度不宜过高，这是因为浓度过高时 MoS粒子之间容易发生团聚现象。研究具体指出 MoS2纳米粒子在大豆油中的浓体以 6-wt%为最佳。2016 年，印度学者 Kumar 等[34]利用超声搅拌法制备了多层碳纳米管与葵油的混合液。其研究发现分散当多层碳纳米管分散在葵花籽油中后，其在基板上形成的稳态润湿角要远远小于纯葵花籽油的稳态润湿角，这说明碳管可提高葵花籽油的润湿性能。同年，美国学者 Berman 等[35]研究发现，在条件下通过将石墨烯纳米片添加到由纳米金刚石与类金刚石碳构成的摩擦

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