摘要
静电微量润滑技术利用高压静电对切削液荷电，并在压缩空气的作用下产生荷电气雾，提高了切削液滴的润湿性、渗透性和沉积吸附性，较传统微量润滑具有更好的润滑冷却能力和加工性能。但是，静电微量润滑常以纯油性切削液为润滑介质，低电导率的切削液制约了静电微量润滑的荷电性能，影响了荷电气雾的润滑冷却和油雾抑制能力。针对上述问题，本文开展了基于纳米流体的静电微量润滑技术研究，通过油基纳米流体切削液和水基复合纳米流体切削液的配方设计与制备，有效改善了润滑介质的荷电能力；论文在分析纳米流体荷电特性、物理性能和雾化特性的基础上，系统研究了荷电纳米流体气雾的摩擦学性能、换热性能、吸附特性及切削加工性能，揭示了荷电纳米流体气雾的润滑冷却机理、油雾抑制机制以及切削工艺规律，获得了一种润滑冷却性能好、油雾浓度低和加工质量高的新型绿色切削加工技术，为微量润滑提供了切实可行的技术升级替代方案。论文主要的研究工作有： （1）在分析纳米粒子促进油基切削液的导电性能以及不同维度复合纳米粒子提高水基切削液润滑性的基础上，以增黏剂种类、分散剂种类、pH值和超声分散时间为优化对象，以吸光度和沉降稳定性为评判指标，研究了纳米粒子在切削液中的分散规律和稳定性，建立了适用于静电微量润滑的油基/水基纳米流体的制备方法。 （2）搭建了静电微量润滑试验装置，研究了纳米流体的荷电特性，荷电纳米流体的物理性能和雾化特性，分析了静电微量润滑系统主控参数对纳米流体切削液黏度、表面张力和接触角的影响，探究了高压静电对油基/水基纳米流体润湿性及渗透性的影响规律。研究了纳米流体切削液渗透毛细管的动力学过程，分析了纳米流体液滴表面张力和接触角对毛细渗透的影响，揭示了荷电纳米流体切削液的毛细渗透增效机理。 （3）开展了荷电纳米流体气雾的摩擦学性能研究，结合SEM和EDS对摩擦副的磨斑形貌和元素成份进行了测试分析，探究了纳米粒子在摩擦边界的润滑性能，揭示了荷电油基/水基纳米流体切削液气雾的润滑增效机理。搭建了稳态换热试验平台，开展了纳米流体气雾的稳态换热特性研究，分析了荷电对纳米流体气雾换热能力的影响，揭示了荷电纳米流体气雾的换热特性。 （4）试验研究了荷电纳米流体气雾在接地金属表面的沉积性能，开展了铣削加工环境下荷电纳米流体气雾在机床内空气质量（PM10、PM2.5）的测试研究，揭示了基于油基/水基纳米流体切削液的EMQL工艺的油雾抑制机理。 （5）研究了荷电纳米流体气雾润滑冷却在车/铣削不锈钢材料时的切削性能。以切削温度、刀具磨损、切削力和工件表面粗糙度为考核指标，研究了荷电纳米流体气雾的润滑冷却机理和切削加工性能。分析了不同润滑工况下刀具的磨损形貌，考察了不同工艺条件下荷电纳米流体气雾润滑冷却对加工质量的控制作用，获得并实现了最小切削液用量的工艺要求，以工艺试验结果验证了研究成果的有效性。 （6）在理论研究的支持下，完成了静电微量润滑工程样机的研发和荷电纳米流体气雾润滑冷却技术在机加工车间的可靠性验证。该项技术已与多家机加工厂商达成合作意向，并成功应用在双面铣削及高速圆锯切的实际加工当中。
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