内容简介
多场赋能洁净精密制造工艺是实现清洁切削的最有效方法，即通过制备高性能润滑剂提升冷却润滑性能，通过多能场辅助提升润滑剂活性。本书主要介绍了环保型切削液中的生物失效机制问题，生物理化特性演变机制与添加剂性能提升原理，纳米生物润滑剂制备参数、理化特性和加工性能的量化关系，磁场赋能、超声赋能、静电雾化赋能、低温赋能及冷等离子体赋能等多能场辅助加工技术，多场赋能洁净精密制造力热耦合理论研究与加工性能评价。
本书适宜精密制造相关领域的技术人员参考。
目录
第1章绿色制造工艺及赋能技术发展001
1.1浇注式研究现状001
1.2干式加工研究现状002
1.3微量润滑研究现状002
1.4微量润滑赋能技术研究现状003
1.4.1织构刀具辅助003
1.4.2磁场赋能005
1.4.3超声赋能006
1.4.4低温赋能008
参考文献010
第2章环保型切削液生物失效机制与制备循环净化技术014
2.1传统切削液概述014
2.1.1制备014
2.1.2功能014
2.1.3分类015
2.1.4添加剂016
2.2传统切削液的生物稳定性017
2.2.1微生物种类017
2.2.2微生物对生物稳定性的影响019
2.2.3传统杀菌剂021
2.2.4新型杀菌剂024
2.3绿色切削液031
2.3.1防锈剂031
2.3.2杀菌剂033
2.3.3极压剂034
2.3.4基础油036
2.4切削液的循环净化技术037
2.4.1废弃切削液过滤机制及方法037
2.4.2微生物去除机制及方法044
2.4.3循环净化再生装备049
2.5小结051
参考文献052
第3章生物润滑剂理化特性演变机制与抗氧化改性提升技术060
3.1生物润滑剂的特性060
3.1.1生物润滑剂的理化特性060
3.1.2生物润滑剂的限制063
3.1.3生物润滑剂的应用现状067
3.2抗氧化性能提升机制068
3.2.1化学改性068
3.2.2抗氧化剂073
3.3极压抗磨性能提升机制077
3.3.1传统添加剂的作用机制077
3.3.2传统添加剂的应用效果078
3.3.3纳米添加剂的作用机制080
3.3.4纳米添加剂的应用效果081
3.4小结085
参考文献086
第4章切削区气流场分布规律演变机制与切削性能量化表征094
4.1切削区气流场模型094
4.1.1物理建模094
4.1.2模拟结果095
4.1.3气流场演变规律分析099
4.2喷嘴位姿对切削性能影响108
4.2.1实验设置108
4.2.2实验材料108
4.2.3正交实验设计110
4.3航空铝合金切削性能111
4.3.1切削力111
4.3.2表面粗糙度112
4.3.3切屑形貌114
4.4气流场对切削性能影响机制115
4.4.1正交实验极差分析115
4.4.2正交实验方差分析117
4.4.3润滑剂作用机制118
4.5小结120
参考文献121
第5章难加工材料微量润滑切削材料去除机制与工件表面完整性123
5.1微量润滑辅助复合材料钻削加工表面完整性123
5.1.1碳纤维增强复合材料钻削加工表面完整性123
5.1.2复合材料及叠层结构钻削加工损伤135
5.2微量润滑辅助铝基复合材料加工表面完整性138
5.3微量润滑辅助钛合金铣削加工表面完整性141
5.3.1钛合金铣削加工表面形貌141
5.3.2钛合金铣削加工表面层组织148
5.3.3钛合金铣削加工表面残余应力153
5.4微量润滑辅助蠕墨铸铁铣削加工表面完整性156
5.4.1蠕墨铸铁铣削加工表面形貌156
5.4.2蠕墨铸铁铣削加工表面层组织159
5.4.3蠕墨铸铁铣削加工表面残余应力159
5.4.4蠕墨铸铁铣削加工表面层纳米力学性能162
5.4.5蠕墨铸铁铣削加工过程的切削力和温度165
5.4.6蠕墨铸铁铣削加工的刀具磨损168
5.5微量润滑辅助超高强度钢磨削加工表面完整性172
5.5.1超高强度钢磨削加工表面形貌172
5.5.2超高强度钢磨削加工表面层组织175
5.5.3超高强度钢磨削加工表面残余应力183
5.6小结184
参考文献185
第6章纳米生物润滑剂热物理特性演变机制与加工性能表征186
6.1制备及稳定性186
6.1.1基础油186
6.1.2纳米添加相189
6.1.3制备191
6.1.4稳定性192
6.2热物理特性195
6.2.1热导率195
6.2.2黏度199
6.2.3浸润性能201
6.2.4摩擦学特性203
6.3加工应用205
6.3.1车削加工206
6.3.2铣削加工210
6.3.3磨削加工215
6.4小结220
参考文献221
第7章难加工材料纳米润滑剂微量润滑磨削性能表征230
7.1生物润滑剂对磨削性能的影响机理230
7.1.1脂肪酸分子结构230
7.1.2黏度231
7.1.3表面张力231
7.1.4pH值232
7.1.5倾点232
7.1.6热稳定性232
7.2钛合金磨削性能233
7.2.1磨削力和摩擦系数233
7.2.2砂轮磨损235
7.2.3磨削温度236
7.2.4磨屑形貌237
7.2.5表面完整性238
7.2.6磨削缺陷分析及抑制策略238
7.3高温镍基合金磨削性能239
7.3.1磨削力和摩擦系数240
7.3.2砂轮磨损241
7.3.3磨削温度242
7.3.4磨屑形貌243
7.3.5表面完整性243
前言/序言
在制造业中，矿物性切削液的使用已有数百年历史，能够解决切削加工界面强热力耦合作用下的冷却、润滑和排屑等技术难题。然而，这种传统工艺与绿色制造战略背道而驰。从切削液使用全过程分析存在以下危害：①每年全球消耗超过400万吨的切削液，其中我国用量高达100万吨，其制备消耗了大量的矿物质和淡水等战略性资源，在制造源头不符合清洁化和减量化原则；②切削液在高温高速高压加工环境下产生大量的油雾和PM2.5悬浮颗粒，排至大气会对自然环境造成不可修复的破坏，被工人吸入会对健康造成极大威胁；③不但在加工过程存在巨大的能耗和成本负担（与切削液有关的费用高达总成本的18%～21％，是工具费用的3～5倍），而且废弃切削液需要严格无害化处理后才能排向自然环境，没有从源头上契合再循环原则。因此切削液成为制造业绿色发展的瓶颈。
美国发布的《关键和新兴技术清单》（2024年）将清洁、可持续先进制造技术列为了发展重点。我国《2024年国务院政府工作报告》中重点强调推动传统产业的高端化、智能化、绿色化转型升级。因此，通过技术创新实现切削冷却介质可控高效供给势在必行。各国学者们从绿色环保润滑介质研发和减量化供给两方面进行了探索，并提出了多种绿色加工方式，包括固体润滑、低温冷却润滑、准干切削等。其中，准干切削从制造源头实现了绿色、低碳零件加工，是实现制造工业“绿色化”的必由之路。准干切削又称为微量润滑，是一种绿色、高效、高精度的零件制造方法。它是将生物润滑剂与压缩气体混合雾化后形成微米级液滴，以射流的形式穿过刀具气障层喷入切削区，其润滑剂用量是浇注式的1%～5%。然而，微量润滑仍然存在技术瓶颈，如刀具工件的高温高压高速界面传统润滑剂无法满足润滑冷却要求，刀具工件的楔形约束空间气流场阻碍了润滑剂的高效供给。
多场赋能洁净精密制造工艺是实现清洁切削的最有效方法，即通过制备高性能润滑剂提升冷却润滑性能，通过多能场辅助提升润滑剂活性。本书主要内容包括：①针对水基切削液中的生物稳定性问题，揭示了传统化学杀菌介质与新型生物友好型杀菌方式对微生物的作用机理和应用效果，旨在解决矿物性切削液的环境污染难题，形成生物友好型切削液。②针对植物油易氧化、极压性能不足的技术瓶颈，总结了植物油基润滑剂改性方法与添加剂性能提升原理，以期形成高性能润滑剂制备工艺。③进一步揭示了纳米生物润滑剂的减摩抗磨和强化换热机制，建立了纳米生物润滑剂制备参数、理化特性和加工性能的量化关系，指导纳米生物润滑剂的参数化可控制备。④通过磁场赋能、超声赋能、静电雾化赋能、低温赋能及冷等离子体赋能等多能场辅助加工技术，突破了润滑剂雾化牵引浸润可控、热物理特性与减摩换热性能场定量调控关键技术，为冷却润滑增效赋能。⑤针对难加工材料切磨削，开展了多场赋能洁净精密制造力热耦合理论研究与加工性能评价，包括CFRP复合材料、钛合金、镍基合金、高强钢等；建立了润滑剂雾化粒径、浸润速度、磨削力和温度场数学模型，并探索了磨削性能实验验证和工件表面完整性评价。
本书第1～4、6、7章由青岛理工大学的李长河教授撰写，第8～11、13章由青岛理工大学的张彦彬教授撰写，第5、12章由上海交通大学的安庆龙教授撰写，第14、15章由大连理工大学的刘新教授撰写。全书由李长河教授统稿和定稿。在编写过程中，得到了笔者所在院校的大力支持，在此表示诚挚的感谢！同时也要感谢国家自然科学基金（52375477、52475469、52305477、52205481）、山东省自然科学基金（ZR2024ME255、ZR2024QE100、ZR2024ME205、ZR2022QE028）以及山东省泰山学者人才项目对本书研究的持续支持。
在本书编写过程中得到了许多专家、同仁的大力支持和帮助，并参考了许多教授、专家的有关文献，在此向他们表示衷心的感谢。由于笔者的水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
著者
