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绿色制造是先进制造技术的重要组成部分。作为践行节能减排的关键技术-微量润滑(Minimum Quantity Lubrication,MQL)加工具有能耗少、绿色化、成本低的优势,是先进加工技术的主要发展方向,备受国内外机械工程专家和学者们的高度关注。本研究采用理论分析、数值计算和实验验证的方法,对MQL切削加工中油滴的喷射方向、输送路径与形式、渗透与吸附特性、纳米流体的润滑及作用机理等开展深入系统的理论与实验研究,其主要内容及工作如下:(1)基于MQL切削试验,获得了微量切削液的最佳喷射方位,发现了切削负梯度压力区。通过车削实验,发现了切削负梯度压力现象,利用边界层理论分析和CFD仿真计算,得到车削楔形区压力和流速分布规律,揭示出微量润滑切削负梯度压力区的形成机制。实验表明,相比前刀面和副后刀面喷射,主后刀面效果最佳。(2)基于流体雾化理论,建立了MQL油滴动力学和运动学模型,分析了MQL装置结构,对MQL雾化特性进行了PDA测试,得到了不同油品、油量、空气流量、截距对油滴大小、速度和数量影响的雾化分布规律。(3)建立了界面树状毛细管渗透和吸附物理模型及其数学模型,揭示了雾化渗透和气相渗透作用过程。研制了切削液渗透量检测实验装置,并进行了渗透油量实验,揭示了扭矩、粗糙度、喷射时间、空气流量、油量、截距、油品等对渗透油量的影响与变化规律。(4)基于吸附理论和边界润滑理论,建立了气态吸附速度模型和气态多分子层吸附模型。测定了三羟甲基丙烷三油酸酯、植物油6000、聚乙二醇400的生物降解性、氧化安定性和安置稳定性,测量其接触角及平衡时间,计算出表面张力,并进行了切削实验比较验证,揭示出油品特性对MQL性能的影响。(5)开展了混合纳米添加剂和石墨烯片层对MQL加工影响的研究。对于不同含量纳米石墨烯、纳米铜粉、油酸及三油酸甘油酯(基础油)的纳米流体,进行了MQL正交切削实验,揭示了不同纳米粒子及其含量对切削力、切削温度、刀具磨损和表面粗糙度的影响与变化规律。采用较佳比例纳米流体进行了单因素实验,揭示了多层、少层及单层石墨烯,以及TiAlN涂层和TiN涂层对MQL性能的影响及其变化规律。(6)分析了切削力与表面粗糙度、工件表面硬度、切屑变形之间的相关性。通过AIC准则和极大似然法拟合出最佳变量边缘分布函数及Copula函数,采用Kendall秩相关系数来定量地评价与讨论了切削力与表面粗糙度、加工表面硬度和切屑变形系数之间的相关关系,并进行了假设检验。本研究作为国家自然科学基金“微细切削加工中毛刺形成机理及控制技术研究”(№.51075192)和国家重大专项“高速数控切削过程监控与评定方法”(№.2013ZX04009031-008)的部分工作,所研制的切削液渗透量检测实验装置、发现的切削加工负梯度压力区现象及形成机制、所揭示的油滴喷射雾化特性和渗透润滑机理及对切削参数进行的相关性分析等举措,将进一步丰富和发展微量润滑加工理论及金属切削理论,并为企业实现绿色智能加工提供了理论与实验依据。