[00133953]纳米粒子射流微量润滑强化换热机理及砂轮/工件界面摩擦学行为

1、课题背景 常规的机械加工由于大量使用切削液,被认为是对环境和工人健康伤害最大的加工方式之一,而且切削液的使用在机械加工中产生了巨额费用。更进一步地,由于“环保和低碳”的要求,大量切削液的使用已经成为影响零件加工制造行业发展、生态环境保护的障碍。面对人类社会可持续发展的需要,面向环境友好、资源节约的低碳制造已经势在必行。传统机加工切削液的大量使用对加工、生态环境污染严重,成本高昂;德国具有先进的微量润滑技术但实行技术垄断;我国微量润滑技术换热能力不足的技术瓶颈（特别是磨削加工）一直未获突破,严重制约了冶金、交通、汽车、航空航天等行业关键零部件的精密加工制造。针对这一难题,项目提出了“纳米流体气雾射流微量润滑清洁生产关键技术研究与应用”,并针对不同的加工工况（特别是高切削热产出的磨削工况）进行了一系列基础理论研究和装备设计研发。 2、研究目的与意义 本成果利用固体强化换热的原理,提出了一种纳米粒子参与强化换热的气雾式微量润滑磨削新方法,发展了一种清洁、高效、低耗、高表面完整性的低碳精密磨削加工新工艺,是一种面向环境友好、资源节约和能源高效利用的可持续绿色制造新方法,开发了的具有自主知识产权的微量润滑基础油及纳米流体制备关键技术、纳米粒子气雾射流微量润滑磨削润滑剂供给系统与关键技术、纳米粒子气雾射流微量润滑磨削检测装备与关键技术,为微量润滑在磨削加工中应用开辟了一条新途径。 3、主要论点与论据 由强化换热理论可知：固体的换热能力远远大于液体和气体;纳米粒子增加了磨削区流体的换热能力,起到了冷却的作用。因此新型的纳米流体微量润滑技术的出现,较好的解决了磨削区换热的瓶颈,同时纳米粒子润滑作用增强了磨削区的润滑特性。 4、创见与创新 1)建立了纳米粒子射流气、液、固三相流运动学及动力学模型、楔形接触区浇注式和纳米粒子射流微量润滑两种供液条件下的动压力理论模型,与数值仿真,对磨削区气流场进行了压力、速度仿真分析; 2)发明了微量润滑装置及润滑剂供给新方法,建立了油、气、水三相流运动学及动力学模型,在国内首次研发了一系列具有自主知识产权的技术装备; 3)研发了新型微量润滑基础油配方,满足了多种加工工况对不同微量润滑基础油的性能要求;发明了新型润滑质和新型润滑剂及其应用于微量润滑基础油的配置方法,增加了微量润滑基础油的冷却、润滑、抗压、防锈等性能; 4)发明了微量润滑磨削表面粗糙度预测方法和装置,揭示了微量润滑磨削加工工件表面形貌创成机理,建立了微量润滑磨削表面形貌和表面粗糙度预测模型。 5、社会经济效益 本项目应用于金属加工领域可以节省润滑剂使用量90%以上,节能减排和环境保护效果显著,取代传统的以润滑油/切削液淋油方式进行润滑。目前公司科技成果已经转化为生产,项目近3年累计取得直接经济效益4114万元,新增利润646万元;取得间接经济效益7371万元,新增利润1792万元。9年来,公司的项目产品销售收入年增长率均在30%左右的速度增长。按项目产品的销售情况估算,2015年后每年可减少2万吨以上废润滑油/切削液对环境的排放,随着产品销售的增长这个数字也将逐年倍增。 6、历年获奖情况 山东省高校优秀科研成果一等奖1项、三等奖1项;山东省研究生优秀科技创新成果奖一等奖1项、二等奖2项,山东省优秀研究生学位论文奖2项。