纳米流体微量润滑磨削热力学作用机理

　　《纳米流体微量润滑磨削热力学作用机理》是以纳米流体微量润滑磨削热力学作用规律及表面微观形貌评价为主线，汇集著者多年来从事纳米流体微量润滑磨削绿色制造工艺的新研究成果，在《中国制造2025》及绿色制造国际大趋势的背景下，结合国内外洁净精密制造技术的新发展趋势，在国家自然科学基金（51575290; 51975305; 51905289）以及山东省重点研发计划项目的支持下开展的研究工作的成果。《纳米流体微量润滑磨削热力学作用机理》主要内容包括纳米流体微量润滑磨削力理论模型及不同润滑工况下磨削力预测模型、不同润滑工况的速度效应及材料去除力学行为、纳米流体微液滴粒径概率密度分布规律及对流换热机理、纳米流体对流换热系数测量系统设计、纳米流体喷雾式冷却生物骨微磨削温度场动态模型、冷风纳米流体微量润滑磨削温度场模型仿真与实验研究、纳米流体微量润滑磨削加工机理及表面微观形貌创成机理与量化表征等内容。

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目录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 浇注式磨削加工 1
1.1.2 干式磨削加工 3
1.1.3 低温冷却磨削加工 3
1.1.4 微量润滑磨削加工 4
1.1.5 纳米流体微量润滑磨削加工 4
1.1.6 纳米流体微量润滑磨削热力学作用规律 4
1.1.7 纳米流体微量润滑磨削热力参数测量方法 5
1.1.8 研究意义 8
1.2 磨削热力学作用规律研究现状 8
1.2.1 国内研究现状 8
1.2.2 国外研究现状 12
1.3 纳米流体微量润滑磨削力理论建模研究现状 13
1.3.1 单颗磨粒运动学与材料去除机制 14
1.3.2 单颗磨粒力学模型 14
1.3.3 普通砂轮几何学与运动学建模 15
1.4 纳米流体微量润滑磨削热理论建模研究现状 16
1.4.1 磨削温度场的定义 16
1.4.2 磨削温度场的求解方法 16
1.4.3 热源分布模型 17
1.4.4 磨削区热分配系数模型 19
1.5 研究难题描述与说明 20
参考文献 21
第2章 基于材料断裂去除和塑性堆积原理的不同润滑工况下磨削力预测模型 29
2.1 引言 29
2.2 单颗磨粒磨削力模型 29
2.2.1 磨粒与工件干涉机理及切削深度 30
2.2.2 切削力模型 36
2.2.3 耕犁力模型 38
2.2.4 摩擦力模型 38
2.3 普通砂轮模型及动态有效磨粒 42
2.3.1 磨削区磨粒突出高度 42
2.3.2 静态有效磨粒 43
2.3.3 动态有效磨粒及其切削深度 44
2.4 普通砂轮磨削力模型及预测 46
2.4.1 磨削力模型建立 46
2.4.2 磨削力预测 47
2.5 磨削力实验验证 48
2.5.1 实验设置 48
2.5.2 预测值与实验值对比分析 48
2.5.3 磨削力变化趋势分析 49
2.6 结论 50
参考文献 50
第3章 不同润滑工况的速度效应及材料去除力学行为 52
3.1 引言 52
3.2 不同润滑工况高速磨削材料去除力学行为 52
3.2.1 磨粒与工件干涉几何学模型 52
3.2.2 成屑区力学作用机理及材料应变率 58
3.2.3 磨屑、划痕形成机理 61
3.3 单颗磨粒高速磨削实验方法 65
3.3.1 实验平台搭建 65
3.3.2 以往单颗磨粒实验方法论述 67
3.3.3 不同润滑工况单颗磨粒高速磨削实验方法 69
3.4 实验结果及讨论 70
3.4.1 磨屑形貌及材料去除机理 70
3.4.2 塑性堆积现象及影响因素 75
3.4.3 不同润滑工况及速度效应对单位磨削力的影响 77
3.5 结论 79
参考文献 79
第4章 纳米流体微液滴粒径概率密度分布规律及对流换热机理 81
4.1 引言 81
4.2 纳米流体喷雾式冷却对流换热机理研究现状 81
4.2.1 磨削区纳米流体换热机理研究现状 82
4.2.2 喷雾式冷却对流换热系数研究现状 83
4.3 纳米流体喷雾式冷却对流换热系数理论模型 85
4.3.1 纳米流体雾化机理及液滴粒径概率密度分布规律 85
4.3.2 微磨具周围气流场对液滴分布规律的影响 87
4.3.3 喷雾边界理论模型 88
4.3.4 有效换热液滴粒径概率密度统计 90
4.3.5 纳米流体喷雾式冷却对流换热系数模型 92
4.4 结论 95
参考文献 95
第5章 纳米流体喷雾式冷却对流换热系数测量系统设计与实验评价 97
5.1 引言 97
5.2 对流换热系数测量装置研究现状 97
5.2.1 管内对流换热系数瞬态测量 97
5.2.2 窄环隙流道强迫对流换热系数测量 99
5.2.3 内斜齿螺旋槽管内对流换热系数测量 99
5.3 纳米流体热物理特性参数表征 100
5.3.1 医用纳米流体的制备 100
5.3.2 热物理特性参数表征 100
5.4 纳米流体喷雾式冷却对流换热系数测量系统设计及搭建 104
5.4.1 实验原理 104
5.4.2 测量系统设计及搭建 105
5.4.3 实验装置测量误差 107
5.5 实验结果分析与讨论 107
5.5.1 实验结果 107
5.5.2 分析与讨论 108
5.6 结论 112
参考文献 112
第6章 纳米流体喷雾式冷却生物骨微磨削温度场动态模型 114
6.1 引言 114
6.2 磨削温度场的定义 115
6.3 磨削温度场的求解方法 116
6.3.1 解析法求解磨削温度场 116
6.3.2 有限差分法求解磨削温度场 116
6.4 边界条件 119
6.4.1 第一类边界条件 120
6.4.2 第二类边界条件 120
6.4.3 第三类边界条件 120
6.5 金属材料普通砂轮磨削恒定热源分布模型 121
6.5.1 矩形热源分布模型 121
6.5.2 三角形热源分布模型 121
6.5.3 抛物线形热源分布模型 122
6.5.4 综合热源分布模型 122
6.6 硬脆生物骨材料延性域去除动态热流密度模型 124
6.6.1 球形磨头有效切削磨粒数统计 126
6.6.2 骨材料塑性剪切去除消耗的能量 126
6.6.3 骨材料粉末去除消耗的能量 128
6.6.4 硬脆生物骨延性域去除动态热流密度模型 129
6.7 磨削区热分配系数模型 131
6.7.1 磨粒点额热分配系数模型 132
6.7.2 砂轮热分配系数模型 132
6.7.3 磨粒与磨削液复合体热分配系数模型 132
6.7.4 砂轮/工件系统热分配系数模型 133
6.7.5 考虑磨削区对流换热的热分配系数模型 133
6.8 生物骨干磨削热损伤域 134
6.9 结论 135
参考文献 136
第7章 不同工况下钛合金磨削正交实验设计及信噪比与灰色关联度分析 138
7.1 引言 138
7.2 实验设计 138
7.3 结果与讨论 141
7.3.1 单指标信噪比分析 141
7.3.2 多指标灰色关联度分析 146
7.4 验证性实验 147
7.4.1 工件表面质量分析 148
7.4.2 工件材料去除率分析 151
7.5 结论 152
参考文献 153
第8章 冷风纳米流体微量润滑磨削温度场数值仿真与实验验证 154
8.1 引言 154
8.2 磨削温度场数值仿真 154
8.2.1 磨削温度场数学模型 154
8.2.2 仿真参数的确定 157
8.2.3 数值仿真结果 161
8.3 实验验证 162
8.4 实验结果分析与讨论 167
8.4.1 单位磨削力 167
8.4.2 不同工况冷却性能评价 168
8.4.3 沸腾换热分析 169
8.4.4 工件和磨屑表面特征对冷却换热的影响 170
8.5 结论 172
参考文献 173
第9章 冷风纳米流体微量润滑磨削比磨削能与摩擦系数实验研究 174
9.1 引言 174
9.2 实验设计 174
9.3 实验结果 174
9.3.1 比磨削能 174
9.3.2 摩擦系数 175
9.4 实验结果分析与讨论 176
9.4.1 不同工况润滑性能评价 176
9.4.2 温度对润滑性能的影响 177
9.4.3 雾化角分析 179
9.4.4 表面粗糙度和表面形貌 181
9.5 结论 182
参考文献 183
第10章 涡流管冷流比对冷风纳米流体微量润滑磨削换热机理的影响 184
10.1 引言 184
10.2 磨削温度场数值仿真 184
10.2.1 磨削温度场数学模型 184
10.2.2 仿真参数的确定 184
10.3 数值仿真结果 186
10.4 实验设计 186
10.5 实验结果和分析 188
10.5.1 比磨削能 188
10.5.2 纳米流体黏度对换热性能的影响 189
10.5.3 纳米流体表面张力和接触角对换热性能的影响 190
10.5.4 雾化效果和沸腾换热对换热性能的影响 191
10.6 结论 193
参考文献 194
第11章 纳米流体体积分数对冷风纳米流体微量润滑磨削换热性能的影响 195
11.1 引言 195
11.2 实验设计 195
11.3 实验结果分析与讨论 195
11.3.1 磨削温度 195
11.3.2 比磨削能 196
11.3.3 纳米流体黏度和接触角对换热性能的影响 197
11.3.4 纳米粒子分散性对换热性能的影响 199
11.4 结论 200
参考文献 201
第12章 Al2O3和SiC混合纳米流体微量润滑磨削加工机理及表面微观形貌评价方法 203
12.1 引言 203
12.2 混合纳米流体微量润滑机理 203
12.2.1 Al2O3和SiC纳米粒子的热物理特性 203
12.2.2 基油微量润滑机理 203
12.2.3 混合纳米粒子润滑机理 205
12.3 混合纳米流体微量润滑性能评定参数 206
12.3.1 磨削力 206
12.3.2 微观摩擦系数 208
12.3.3 比磨削能 209
12.3.4 工件的去除参数 209
12.3.5 工件的表面质量 209
12.4 磨削加工表面均一性研究 210
12.4.1 工件表面轮廓自相关分析 210
12.4.2 工件表面轮廓互相关分析 211
12.4.3 工件表面轮廓的功率谱密度分析 211
12.5 结论 212
参考文献 212
第13章 不同配比的Al2O3和SiC混合纳米流体对微量润滑磨削性能的影响规律 214
13.1 引言 214
13.2 实验设计 214
13.3 实验结果分析 217
13.3.1 磨削力比 217
13.3.2 比磨削能 219
13.3.3 工件的表面粗糙度 221
13.4 实验结果讨论 223
13.4.1 纯Al2O3纳米流体与纯SiC纳米流体的润滑机理 223
13.4.2 Al2O3和SiC混合纳米粒子的物理协同作用分析 225
13.4.3 工件表面形貌和轮廓支撑长度率曲线 226
13.5 结论 227
参考文献 228