以单晶镍基高温合金DD98材料为研究对象,搭建微量润滑冷却系统微铣削平台。对比微量润滑和干切削冷却条件下,微铣削工艺参数对表面粗糙度的影响机制和规律。结果表明在微量润滑冷却条件下,单晶高温合金的表面粗糙度获得较大提升;两种不同冷却方式条件下,微铣削表面粗糙度均随着主轴转速的升高而减小,随着进给速度的增加在克服尺度效应后缓慢增大,随着背吃刀量的增加而增大。

为了体现制造成熟度对微量润滑装置的优化效果,采用制造成熟度评价方法对微量润滑装置进行分析评价,并结合具体应用阐述了微量润滑的优势。在采用制造成熟度评价方法得出现有微量润滑装置的喷嘴位置会降低微量润滑效果结论的基础上,对喷嘴参数和结构进行了优化,使得微量润滑装置更加满足工业生产的要求。最后使用制造成熟度评价方法对优化后的喷嘴进行了评价,结果表明优化后的喷嘴比优化前的喷嘴在切削生产中的润滑效果更好,生产效率更高。

油膜附水滴(OilsonWater,OoW)作为典型的增效微量润滑(Minimal Quantity Lubrication,MQL)技术,具有和大量浇注冷却油近乎相同的冷却性以及优异的润滑性能。基于OoW技术机制,开发功能先进的MQL产品,用于滚齿生产,并在实践中优化了加工参数。产品应用结果表明,滚齿MQL具有降低加工油烟、提高刀具寿命、扩大干切机床加工模数范围及降低二氧化碳排放等优异性能。该项技术的研发对传统齿轮行业升级改造、新型准干式切削机床开发以及建设绿色工厂具有重要意义。

为降低飞机钛合金蒙皮的止裂孔气动钻削轴向力,构建了气动钻削力试验测试系统,开展了钻削力正交试验和参数优选试验。试验表明,各因素对气动钻削轴向力从大到小的影响顺序为速度进给比值(v/f)、钻头形状和润滑条件。以材料为W6Mo5Cr4V2Al的S型钻头钻削2mm厚度钛合金TC4板材,可将马达切削转速调整至445~865r/min范围,并采用复合雾滴喷射润滑(CMJ),当润滑参数为雾化供气压力为0.4MPa,用油量为60~80m L/h,用水量为80~120m L/h时效果较佳。

针对商用微量润滑装置无法满足战场环境修理工作要求的问题,设计开发了基于纯气体驱动的复合油雾喷射(Combined Mist-jet,CMJ)润滑集成箱。为获得稳定的微小流量发生量,采用气动频率发生器、脉冲式微量泵等构建的供油回路和基于固定节流孔的节流特性的供水回路,实现微小润滑介质的稳定发生、喷射用量的快速调节和精确显示,并通过微小流量标定试验提高喷射参数精度。该集成箱开发与实现为CMJ技术在飞机钛合金结构修理中的应用奠定了基础。

为了符合绿色制造的发展方向,微量润滑技术逐步取代传统浇注式技术,而应用该技术的前提是设计出优良的微量润滑装置。在研究微量润滑技术以及国内常见微量润滑装置的基础上,设计一种新型微量润滑装置,并阐述精密雾化喷嘴、密封式缸体、润滑油循环系统等设计原理,最后通过切削实验与干切削和传统微量润滑装置进行对比。实验结果表明此装置在工业切削领域的可应用性,并且相比传统微量润滑装置有更好的切削效果。

金属切削液在加工中主要起到冷却、润滑、防锈和清洗的作用,由复杂化学配方组合而成的切削液,已经衍生出数以百计不同功能来满足工程师对不同加工条件的需求。针对切削液种类多、组分多和含量少的特点,指出切削液使用中存在存放时间短、储存要求高、运输成本高和废液处理贵的问题,提出基于微量润滑的在线混合技术即切削液在使用中根据加工对象的变化及加工精度的要求,实现各组分按照配方在线混合、即用即配、精量供给。深入分析在线混合需要解决的主要问题即切削液多组分在线混合、微流量精确控制、脉动条件下均匀混合和多组分微流量混合均匀性研究。基于微量润滑的在线混合为解决现有金属加工中切削液所存在的问题、提高切削液的有效利用和环境保护,具有重要的理论价值和实际应用价值。

纳米流体微量润滑(NFMQL)是一种全新的微量润滑(MQL)增效技术,为了解其对不锈钢切削的效果,分别在干切削、浇注润滑、MQL和Al_(2)O_(3)颗粒的NFMQL条件下对SUS304不锈钢进行车削,比较切削力、切削温度、光洁度和刀具寿命的差异。实验结果显示:NFMQL冷却润滑效果要好于MQL,但比浇注润滑差;NFMQL比MQL更容易获得较小的切削力和切削温度、光洁度以及更长的刀具工作寿命,NFMQL对光洁度和刀具寿命改善显著。NFMQL改善不锈钢切削性能,适合在不锈钢切削中应用。

针对大量使用切削液对环境和工人健康造成极大的伤害,结合国内外纳米流体微量润滑的研究现状,选取干式、浇注式、微量润滑和纳米流体微量润滑四种工况在加工中心进行铣削试验,分别从铣削力、铣削温度和表面粗糙度三个方面进行了润滑性能研究。实验结果显示,纳米流体微量润滑条件下获得的铣削力最小,在x,y,z三个方向上比干式铣削分别降低了15%,19%和14%。纳米流体微量润滑铣削温升峰值接近浇注式铣削,比干铣削降低了41.8℃。纳米流体微量润滑铣削获得的表面粗糙度最小,表面质量最好,比干式铣削分别降低了50%和63.5%。因此,纳米流体微量润滑可以为铣削提供更好的润滑条件,可以替代浇注式成为绿色环保的铣削加工方式。

为了解决现有微量润滑系统气油控制无法联动及油雾分散不均的问题,提供了一种微量润滑冷却系统,可以实现油、气的联动输入,节省人力和时间,提高效率,且油、气分管输送,使得油雾更加均匀地喷洒至刀具及工件加工部位。