MQL切削机理及其应用基础研究

随着制造科学与技术的发展,绿色制造已成为先进制造技术的主要发展方向之一。最小量润滑(Minimum Quantity Lubrication,简称MQL)技术是一种具有极大发展潜力和广阔应用前景的绿色加工技术,其理论研究与技术推广应用倍受国内外机械工程专家和学者们的高度关注。本研究在系统概述绿色切削加工技术国内外研究进展的基础上,以精密车削加工为应用背景,构建出MQL加工喷雾系统,研究了MQL切削加工中切削液的作用机理、切削加工效果及MQL加工的经济、环保、质量的综合评价方法等,其主要研究内容及创新工作为:首先,系统阐述了MQL切削加工技术,分析了其对切削液的要求,论述了MOL切削加工中切削液的作用机理,指出了影响MQL切削加工效果的主要因素,并探讨了提高MQL切削加工效果的主要方法和基本途径。其次,根据MQL切削加工技术的要求,探讨了喷雾的基本原理,构建出MQL切削喷雾系统,开展了MQL喷雾过程中切削液的雾化过程和雾滴的受力、运动及其变形等研究,并对MQL喷雾特性等进行了相关实验验证。第三,基于绿色加工条件下切削液应具备的环境友好性、储存稳定性和切削性能需求,建立了面向加工质量、生产成本、资源消耗、加工时间和环境影响的切削决策目标体系,并对目标体系中的决策向量进行了分解。利用模糊数学法,对MQL切削、传统湿切削及完全干切削进行综合评价,表明MQL切削加工技术的综合效益最优。第四,利用SB-CNC超精密数控机床进行了MQL车削45钢实验,分析了喷雾参数,喷嘴位置等对切削力、变形系数和卷屑断屑的影响,探讨了MQL切削加工中最佳切削液量的确定、微量切削液的渗透性、保持刀具锋利及边界膜的有效性等关键技术问题。第五,基于车削、钻削和铣削等实验,对MQL切削加工中的表面粗糙度和棱边(毛刺)形态进行了分析和研究,提出了改进或提高MQL切削加工质量的若干措施,为拓展MQL切削加工技术应用领域开辟了途径。本研究是国家自然科学基金(编号:50275066,50675088)、江苏省自然科学基金(编号:BK2006077)和江苏省高校重点建设实验室开放基金(编号:KXJ05019)项目的组成部分。本研究工作进一步丰富和发展了MQL切削理论,进一步拓宽了MQL技术的应用领域,具有一定的理论和实际应用价值。