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低温冷风微量润滑加工机理和应用研究进展
1
作者 姬长贺 周宗明 +6 位作者 颜旭 宋学磊 王广 董兰 吴浩 盛锐 李长河 《表面技术》 北大核心 2025年第6期1-18,共18页
低温冷却和微量润滑是解决传统浇注式润滑中大量使用切削液问题的有效方法,然而,低温冷却和微量润滑有着各自应用的局限性。虽然低温冷风微量润滑是解决以上技术问题的有效方案,但低温冷风微量润滑参数和切削用量与加工性能之间的量化... 低温冷却和微量润滑是解决传统浇注式润滑中大量使用切削液问题的有效方法,然而,低温冷却和微量润滑有着各自应用的局限性。虽然低温冷风微量润滑是解决以上技术问题的有效方案,但低温冷风微量润滑参数和切削用量与加工性能之间的量化映射关系尚不清晰,限制了低温冷风微量润滑在工业中的推广应用。基于此,针对低温冷风微量润滑的供给系统、加工性能、机理和模型进行了系统分析与综合评价。首先,从作用形式与机理方面分析了低温冷风微量润滑在加工过程中的典型供给方式。其次,从提高换热效率和改善润滑油膜的理化性质方面揭示了低温冷风微量润滑的冷却润滑机理对切削力、刀具磨损和切屑变形等加工性能的影响。进一步地,综述了低温冷风微量润滑在机械加工中对降低切削力、抑制刀具磨损和减小切屑变形的性能作用规律。结果表明:在润滑介质供应流量为50 mL/h、低温空气压力为0.7 MPa的低温冷风微量润滑条件下磨削Ti-6Al-4V,与单一低温冷却条件相比,法向磨削力降低39%,切向磨削力降低40.9%。最后,分析了润滑条件和加工用量对切削力影响的变化规律,在平衡加工质量、加工效率和经济性的条件下得到了相对优选的磨削Ti-6Al-4V加工用量和射流供给参数。针对当前低温冷风微量润滑技术面临的挑战,提出了未来发展方向,旨在为工业应用提供理论指导和技术支持。 展开更多
关键词 磨削 切削 供给系统 切削力 低温冷风 微量润滑 机理 温度
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低温微量润滑加工技术研究进展与应用 被引量：24
2
作者 刘明政 李长河 +5 位作者 曹华军 张松 陈云 刘波 张乃庆 周宗明 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期529-550,共22页
综述了低温微量润滑技术的最新进展,阐明了研究成果中的关键科学问题。首先,系统分析了从传统设置到创新设计的低温微量润滑装备在切削中的应用形式和工艺特点。其次,揭示了低温微量润滑的冷却润滑机理及其对切削热力演变和工件表面质... 综述了低温微量润滑技术的最新进展,阐明了研究成果中的关键科学问题。首先,系统分析了从传统设置到创新设计的低温微量润滑装备在切削中的应用形式和工艺特点。其次,揭示了低温微量润滑的冷却润滑机理及其对切削热力演变和工件表面质量的影响机制。然后,基于低温微量润滑的作用机理和应用形式,系统分析了低温微量润滑在车削、铣削、磨削中针对典型难加工金属的应用性能,发现低温微量润滑技术对抑制热力耦合损伤及提高表面质量的效果优于低温或微量润滑单独使用。最后,分析了该技术的局限性并展望了其发展方向,为低温微量润滑技术的工程应用提供了参考。 展开更多
关键词 切削 低温微量润滑 应用 机理 性能
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静电雾化微量润滑粒径分布特性与磨削表面质量评价 被引量：21
3
作者 贾东洲 张乃庆 +5 位作者 刘波 周宗明 王绪平 张彦彬 毛聪 李长河 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2021年第3期89-95,共7页
针对微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)依靠的高压气体雾化微液滴粒径细化程度低、易飞逸飘散,有效利用率低以及对环境和人员健康产生危害的问题,提出气辅式静电微量润滑(electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)... 针对微量润滑(minimum quantity lubrication,MQL)依靠的高压气体雾化微液滴粒径细化程度低、易飞逸飘散,有效利用率低以及对环境和人员健康产生危害的问题,提出气辅式静电微量润滑(electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)雾化新方法。开展多工况雾化性能对比试验,并对镍基合金磨削表面质量进行评价。结果表明:润滑剂荷电后雾化性能得到显著提高,在降低液滴平均体积粒径和分布跨度的同时,降低了悬浮可吸入小液滴(PM10)的质量浓度,且电压越高PM10质量浓度越低。当电压为35 kV时,润滑剂的雾化效果最理想,平均体积粒径和分布跨度分别降低了27.343%和41.456%,PM10质量浓度降低了5.065个百分点。磨削试验结果表明:相较气动雾化微量润滑,静电雾化微量润滑获得了更为理想的工件表面质量;当电压为35 kV时,工件表面粗糙度Ra和RSm分别为0.377μm和0.084 mm;干磨削工件表面质量极差,出现大量黏附和剥落现象,甚至有大面积的表面材料撕裂,因此干磨削不适用于高温镍基合金加工。 展开更多
关键词 微量润滑 静电雾化 雾化特性 磨削加工 镍基高温合金 磨削表面质量
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微量润滑赋能雾化与供给系统关键技术研究进展 被引量：22
4
作者 王晓铭 李长河 +5 位作者 张彦彬 杨敏 周宗明 陈云 刘波 王大中 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1-14,共14页
传统金属切削液会对环保、人体健康及制造成本产生负面影响,难以满足绿色制造的发展需求。微量润滑是一种介于浇注式和干式加工的润滑剂绿色供给技术,利用压缩空气将少量可降解的生物润滑剂雾化,形成微液滴,从而起到润滑和抗磨减摩的作... 传统金属切削液会对环保、人体健康及制造成本产生负面影响,难以满足绿色制造的发展需求。微量润滑是一种介于浇注式和干式加工的润滑剂绿色供给技术,利用压缩空气将少量可降解的生物润滑剂雾化,形成微液滴,从而起到润滑和抗磨减摩的作用。然而,尚无相关研究针对雾化微液滴精准输运技术的规律进行总结,无法为微量润滑供给参数提供科学指导。为此,综述了微量润滑赋能雾化和供给系统关键技术的研究进展。揭示了微量润滑两相流气动雾化液滴粒径和雾化锥角随供给参数的演变规律,提出了静电雾化微量润滑赋能供给新方法,分析了静电赋能雾化性能调控机制和荷电流体渗透特性,阐述了超声赋能雾化液滴均一化机理和工艺参数优化策略。进一步分析了基于流体动力学模型的刀具/砂轮–工件界面流场分布规律,阐明了喷嘴结构对液滴输运的影响规律,为喷嘴位姿参数的选取提供了理论支撑。此外,论述了喷嘴位姿参数化调控装置的研究进展,解决了润滑介质参数化供给难题。最后,展望了微量润滑复合增效和智能供给关键技术,以期为微量润滑技术的工程应用提供理论支持和技术指导。 展开更多
关键词 微量润滑 雾化 切削 磨削 流场 喷嘴
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生物润滑剂微量润滑磨削GH4169镍基合金性能实验评价 被引量：20
5
作者 施壮 郭树明 +7 位作者 刘红军 李长河 张彦彬 杨敏 陈云 刘波 周宗明 聂晓霖 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期71-84,共14页
目的改善蓖麻油的综合润滑性能,尝试与黏度较小、流动性好的其他植物油混合,探究混合植物油同纯蓖麻油磨削GH4169镍基合金时的润滑性能差异。方法先进行1︰1混合植物油的探索性实验,以比磨削能、比磨削力、表面粗糙度、磨削温度为筛选参... 目的改善蓖麻油的综合润滑性能,尝试与黏度较小、流动性好的其他植物油混合,探究混合植物油同纯蓖麻油磨削GH4169镍基合金时的润滑性能差异。方法先进行1︰1混合植物油的探索性实验,以比磨削能、比磨削力、表面粗糙度、磨削温度为筛选参数,对筛选出的3个较优组同纯蓖麻油做对比,得出最优组,从脂肪酸角度分析润滑性能改善原因,并测量油膜接触角,进行验证。由于脂肪酸种类及含量的差异造成了润滑性能的不同,通过调节最优组的不同体积配比,改变其油液的脂肪酸含量占比,对相同的评价参数做进一步实验探究,分析脂肪酸含量占比变化对润滑性能的影响程度,最后根据表面微观形貌进行验证性分析。结果探索性实验得到的3个较优组分别为棕榈油、大豆油、玉米油同蓖麻油的混合组,发现随着这3组的不饱和脂肪酸含量依次提高,微液滴的接触角逐步减小。蓖麻油/大豆油在3组中的磨削温度最低,为100.7℃;表面微观形貌最优;接触角最合适,为70°;不饱和脂肪酸含量占比(质量分数)最合适,为66.5%。经过不同体积配比,进一步发现,随着不饱和脂肪酸占比逐步增大,润滑性能的评价参数在整体趋势上均阶段性地先减小、后增大,但在相邻的每种配比之间,各参数并不随不饱和脂肪酸占比的逐步增大而出现明显规律性。结论油液中的脂肪酸种类、含量占比对润滑性能的改善起着不可或缺的作用。硬脂酸促进皂化反应,提高成膜能力,不饱和脂肪酸C=C双键结构能够降低油膜密度,提高油液流动性。蓖麻油同其他植物油混合后,均不同程度地提高了不饱和脂肪酸比例,提高了油膜流动性,因此合适的不饱和脂肪酸占比可以兼顾液滴成膜能力和流动性。通过调小不饱和脂肪酸含量占比的变化幅度,发现不饱和脂肪酸占比可以阶段性对润滑性能的改善程度进行调控,但对润滑性能的精确调控还受到其他多种因素的制约。 展开更多
关键词 磨削 植物油 微量润滑 理化特性 表面微观形貌 比磨削力
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静电雾化机理及微量润滑铣削7075铝合金表面质量评价 被引量：8
6
作者 吴喜峰 许文昊 +4 位作者 马浩 周宗明 刘波 崔歆 李长河 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期337-350,共14页
目的针对传统气动雾化微量润滑雾化性能差、环境气雾浓度高以及参数化可控性差的技术难题,设计了静电雾化微量润滑铣削供给系统。研究了铣刀工件约束界面的气流场并进行了静电雾化微量润滑(Electrostatic Minimum Quantity Lubrication,... 目的针对传统气动雾化微量润滑雾化性能差、环境气雾浓度高以及参数化可控性差的技术难题,设计了静电雾化微量润滑铣削供给系统。研究了铣刀工件约束界面的气流场并进行了静电雾化微量润滑(Electrostatic Minimum Quantity Lubrication,EMQL)机理分析与7075铝合金铣削表面质量评价。方法通过分析铣刀工件约束界面气流场的分布情况,对气流场中的涡流场速度分布情况进行了理论建模,基于圆周涡流与进入涡流的动力学特征建立了喷嘴最佳射流位姿模型。研究了EMQL的荷电与雾化机理,在此基础上,进行了不同润滑条件下的铣削7075铝合金实验,包括干切削、浇注式、EMQL。测量了不同润滑条件下的铣削力、铣削表面粗糙度(Ra、R_(sm)),此外,对2种参数条件下EMQL获得的加工表面轮廓进行了自相关分析。最后,分析了荷电润滑剂在切削区的微观作用机制。结果在实验铣削参数条件下,进入涡流的诱导半径为0.007 m,最佳位姿参数设定如下:射流点到工件表面的距离l_(z)=9.7 mm,射流点到铣刀边缘的距离l_(y)=11.5 mm,喷嘴与工件水平方向的夹角γ≈40°。与干切加工相比,EMQL获得的铣削力降低了15%、18.6%;此外,与干切削相比,30 kV条件下的EMQL获得的Ra、R_(sm)分别降低了15.5%、25%,并且相比于20 kV的电压,30 kV的EMQL铣削表面轮廓自相关分析曲线显示出更优异的表面质量;浇注式润滑获得了最佳的表面质量(Ra=0.221μm、R_(sm)=0.037μm)。结论荷电液滴能够提升摩擦界面毛细管的渗透性能,并且毛细渗透长度可以在提升电压的条件下增加,在高电压条件下的EMQL相比于低电压条件下的EMQL展现出更好的铣削性能。 展开更多
关键词 铣削 静电雾化微量润滑 7075铝合金 气流场 喷嘴位姿 表面质量
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纳米生物润滑剂微量润滑磨削性能研究进展 被引量：7
7
作者 宋宇翔 许芝令 +5 位作者 李长河 周宗明 刘波 张彦彬 Yusuf Suleiman Dambatta 王大中 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1-19,I0005,共20页
微量润滑是针对浇注式和干磨削技术缺陷的理想替代方案,为了满足高温高压边界条件下磨削区抗磨减摩与强化换热需求,进行了纳米生物润滑剂作为微量润滑的雾化介质探索性研究。然而,由于纳米生物润滑剂的理化特性与磨削性能之间映射关系... 微量润滑是针对浇注式和干磨削技术缺陷的理想替代方案,为了满足高温高压边界条件下磨削区抗磨减摩与强化换热需求,进行了纳米生物润滑剂作为微量润滑的雾化介质探索性研究。然而,由于纳米生物润滑剂的理化特性与磨削性能之间映射关系尚不清晰,纳米生物润滑剂作为冷却润滑介质在磨削中的应用仍然面临着严峻的挑战。为解决上述需求,本文基于摩擦学、传热学和工件表面完整性对纳米生物润滑剂的磨削性能进行综合性评估。首先,从基液和纳米添加相的角度阐述了纳米生物润滑剂的理化特性。其次,结合纳米生物润滑剂独特的成膜和传热能力,分析了纳米生物润滑剂优异的磨削性能。结果表明,纳米生物润滑剂优异的传热和极压成膜性能显著改善了磨削区的极端摩擦条件,相比于传统微量润滑,表面粗糙度值(Ra)可降低约10%~22.4%。进一步地,阐明了多场赋能调控策略下,磨削区纳米生物润滑剂浸润与热传递增效机制。最后,针对纳米生物润滑剂的工程和科学瓶颈提出了展望,为纳米生物润滑剂的工业应用和科学研究提供理论指导和技术支持。 展开更多
关键词 磨削 微量润滑 纳米生物润滑剂 多场赋能 表面完整性 理化特性
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大型风电传动齿轮成形铣削刀具刃形曲线设计 被引量：10
8
作者 李昊罡 王晓铭 +4 位作者 张泽晨 刘波 周宗明 陈云 李长河 《制造技术与机床》 北大核心 2023年第2期57-65,共9页
基于成形原理加工齿轮廓形的盘铣刀是生产大型风电传动齿轮的必备刀具。然而,受加工原理误差影响,传统齿轮盘铣刀只能针对特定模数和齿数齿轮进行加工,刀具通用性差。传统刀具廓形不能够保证被加工齿轮的加工精度与使用寿命,无法最大程... 基于成形原理加工齿轮廓形的盘铣刀是生产大型风电传动齿轮的必备刀具。然而,受加工原理误差影响,传统齿轮盘铣刀只能针对特定模数和齿数齿轮进行加工,刀具通用性差。传统刀具廓形不能够保证被加工齿轮的加工精度与使用寿命,无法最大程度发挥成形铣削的原理优势。基于此建立了齿轮渐开线实际廓形曲线数学模型,分析了共轭齿条顶角相对运动轨迹,建立了齿根过渡曲线方程,依据齿根过渡圆弧空间相对位置,重构了不同形式齿廓曲线的设计方式;基于逆向投影法,以被加工齿轮的各项参数为变量,建立了刀片刃形曲线数学模型,根据刀片空间包络原理,重构了可转位齿轮盘铣刀廓形曲线设计方式;进行了齿轮齿廓及刀片刃形曲线数值分析,研究了大型风电传动齿轮齿廓曲线以及可转位齿轮盘铣刀刀片刃形曲线的主要形式,研究结果为大型齿轮廓形成型加工提供技术支持。 展开更多
关键词 齿轮 成形铣削 可转位盘铣刀 刀具廓形 刃形曲线
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汽车轮毂洁净制造自动化生产线设计 被引量：10
9
作者 徐帅强 张彦彬 +2 位作者 周宗明 刘波 李长河 《制造技术与机床》 北大核心 2022年第4期32-37,共6页
汽车轮毂制造在交通领域占有重要地位,然而现有汽车轮毂生产线存在依赖工人操作效率低、采用浇注式冷却润滑污染环境等问题,不符合“十四五”规划高端装备和绿色制造发展要求。基于此,开展了汽车轮毂自动化洁净生产线设计工作。依据轮... 汽车轮毂制造在交通领域占有重要地位,然而现有汽车轮毂生产线存在依赖工人操作效率低、采用浇注式冷却润滑污染环境等问题,不符合“十四五”规划高端装备和绿色制造发展要求。基于此,开展了汽车轮毂自动化洁净生产线设计工作。依据轮毂毛坯件结构特性,开发了融合料架、转运机械手和输送辊道的上下料系统,形成串联式可拓展的密集型生产线布局;采用轴向吸盘夹持爪进行工件的定点抓取实现精准高效输运。设计了车削内外圆专用夹具,气动同步回路控制4组卡爪同时动作实现自定心。根据工件材料计算车削力并设计夹紧力。加工单元中嵌入微量润滑供给装备,代替传统浇注式实现了绿色制造。以平均生产节拍为参考,自动化生产线生产效率提升22%以上。 展开更多
关键词 汽车轮毂 自动化 生产线 洁净制造
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铝合金轮毂柔性夹具设计与分析 被引量：8
10
作者 刘德伟 刘红军 +4 位作者 周宗明 陈云 刘波 张乃庆 李长河 《工具技术》 北大核心 2022年第10期75-82,共8页
铝合金轮毂严格的加工要求、多样化的形式和巨大的市场需求促使其生产模式逐步向智能化发展,传统铝合金轮毂夹具柔性不足,是制约铝合金轮毂产线智能化的重要因素。因此设计了一种铝合金轮毂柔性夹具,通过舵机驱动曲柄滑块机构使定位元... 铝合金轮毂严格的加工要求、多样化的形式和巨大的市场需求促使其生产模式逐步向智能化发展,传统铝合金轮毂夹具柔性不足,是制约铝合金轮毂产线智能化的重要因素。因此设计了一种铝合金轮毂柔性夹具,通过舵机驱动曲柄滑块机构使定位元件与轮毂内圆表面相接触实现轮毂自定位,使用同样的机构实现夹具夹紧装置的行程调节使夹具适应不同尺寸轮毂的夹紧以实现夹具的柔性化;通过斜楔机构和气缸驱动的曲柄滑块机构使夹紧元件压紧在轮毂轮缘表面实现夹具的夹紧功能;建立了夹具的物理模型;分析了夹具的定位误差和夹紧可靠性。 展开更多
关键词 铝合金轮毂 加工工艺 夹具 定位 夹紧
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