多場賦能潔凈精密制造工藝是實現(xiàn)清潔切削的最有效方法，即通過制備高性能潤滑劑提升冷卻潤滑性能，通過多能場輔助提升潤滑劑活性。本書主要介紹了環(huán)保型切削液中的生物失效機制問題，生物理化特性演變機制與添加劑性能提升原理，納米生物潤滑劑制備參數(shù)、理化特性和加工性能的量化關系，磁場賦能、超聲賦能、靜電霧化賦能、低溫賦能及冷等離子體賦能等多能場輔助加工技術，多場賦能潔凈精密制造力熱耦合理論研究與加工性能評價。
本書適宜精密制造相關領域的技術人員參考。
李長河，博士、二級教授、博士生導師，俄羅斯工程院外籍院士、山東省泰山學者特聘專家、山東優(yōu)秀發(fā)明家、山東省優(yōu)秀科技工作者，中國高被引學者、全球高被引科學家、終身科學影響力排行榜和2023年度全球前2％頂尖科學家、全球前0.05%頂尖學者名單、山東省教學名師、山東省優(yōu)秀研究生指導教師、寶鋼優(yōu)秀教師、全國挑戰(zhàn)杯優(yōu)秀指導教師、青島市勞動模范。主要從事智能與高端裝備、準干式制造等方面的研究工作。連續(xù)承擔國家自然科學基金面上項目5項、國家重點研發(fā)計劃課題3項、國家機床重大專項課題1項、山東省重大科技創(chuàng)新工程項目1項、山東省重點研發(fā)計劃4項、山東省自然科學基金4項、青島市科技計劃項目5項。其中2項國家自然科學基金面上項目被遴選為機械工程領域國家自然科學基金優(yōu)秀結題項目。
發(fā)表 SCI/EI 收錄論文247篇，其中 SCI/JCR(1-2)區(qū)77篇，并有50篇ESI高被引論文，20篇熱點論文，總被引17000余次，h指數(shù)75；入選2022年國內學者學術影響力排行榜第25名（機械工程領域全國僅70人），在國內外同領域具有較高學術地位和知名度。出版專著5部，主編教材9部。以“納米流體微量潤滑”為主題詞在谷歌學術檢索，總篇數(shù)中50%來自本項目團隊。獲得美國、韓國、澳大利亞等發(fā)明專利授權69項，PCT國際專利52項，國家發(fā)明專利授權117項，軟件著作權56項。
獲得中國專利優(yōu)秀獎8項、山東省技術發(fā)明1等獎、山東省高等教育教學成果1等獎4項、山東省自然科學2等獎、山東省技術發(fā)明2等獎、教育部高等學�？茖W研究優(yōu)秀成果2等獎、山東省專利1等獎3項；此外，還獲得中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術1等獎2項、中國產學研合作創(chuàng)新成果1等獎、中國循環(huán)經濟協(xié)會科技獎1等獎、中國機械工業(yè)科學技術2等獎、中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會技術發(fā)明2等獎、山東高等學校優(yōu)秀科研成果1等獎4項、青島市科技進步1等獎等科研教學獎勵20余項。
張彥彬，教授、博士生導師，香江學者、山東省泰山學者青年專家、山東省青創(chuàng)人才引育計劃團隊負責人，入選Elsevier全球前2%頂尖科學家（終身）、Clarivate全球高被引科學家，獲批山東省青年科技人才托舉工程項目資助。擔任ISM等兩本期刊副主編，F(xiàn)riction、機械工程學報、International Journal of Extreme Manufacturing、中國表面工程、金剛石與磨料磨具工程等期刊編委/青年編委。主持國家自然科學基金等12項課題/項目，首位獲得山東省自然科學獎二等獎、山東省科技進步獎二等獎、中國循環(huán)經濟科技進步一等獎、上銀優(yōu)秀機械博士論文獎等科技獎勵10項。授權國內外發(fā)明專利32項，發(fā)表SCI論文85篇，包括工程領域國際TOP期刊International Journal of Machine Tools & Manufacture3篇；WoS 總被引11919次，H-index 60。指導學生獲得獲全國大學生機械創(chuàng)新設計競賽二等獎、國家獎學金等獎勵。
第1章綠色制造工藝及賦能技術發(fā)展001
1.1澆注式研究現(xiàn)狀001
1.2干式加工研究現(xiàn)狀002
1.3微量潤滑研究現(xiàn)狀002
1.4微量潤滑賦能技術研究現(xiàn)狀003
1.4.1織構刀具輔助003
1.4.2磁場賦能005
1.4.3超聲賦能006
1.4.4低溫賦能008
參考文獻010
第2章環(huán)保型切削液生物失效機制與制備循環(huán)凈化技術014
2.1傳統(tǒng)切削液概述014
2.1.1制備014
2.1.2功能014
2.1.3分類015
2.1.4添加劑016
2.2傳統(tǒng)切削液的生物穩(wěn)定性017
2.2.1微生物種類017
2.2.2微生物對生物穩(wěn)定性的影響019
2.2.3傳統(tǒng)殺菌劑021
2.2.4新型殺菌劑024
2.3綠色切削液031
2.3.1防銹劑031
2.3.2殺菌劑033
2.3.3極壓劑034
2.3.4基礎油036
2.4切削液的循環(huán)凈化技術037
2.4.1廢棄切削液過濾機制及方法037
2.4.2微生物去除機制及方法044
2.4.3循環(huán)凈化再生裝備049
2.5小結051
參考文獻052
第3章生物潤滑劑理化特性演變機制與抗氧化改性提升技術060
3.1生物潤滑劑的特性060
3.1.1生物潤滑劑的理化特性060
3.1.2生物潤滑劑的限制063
3.1.3生物潤滑劑的應用現(xiàn)狀067
3.2抗氧化性能提升機制068
3.2.1化學改性068
3.2.2抗氧化劑073
3.3極壓抗磨性能提升機制077
3.3.1傳統(tǒng)添加劑的作用機制077
3.3.2傳統(tǒng)添加劑的應用效果078
3.3.3納米添加劑的作用機制080
3.3.4納米添加劑的應用效果081
3.4小結085
參考文獻086
第4章切削區(qū)氣流場分布規(guī)律演變機制與切削性能量化表征094
4.1切削區(qū)氣流場模型094
4.1.1物理建模094
4.1.2模擬結果095
4.1.3氣流場演變規(guī)律分析099
4.2噴嘴位姿對切削性能影響108
4.2.1實驗設置108
4.2.2實驗材料108
4.2.3正交實驗設計110
4.3航空鋁合金切削性能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氣流場對切削性能影響機制115
4.4.1正交實驗極差分析115
4.4.2正交實驗方差分析117
4.4.3潤滑劑作用機制118
4.5小結120
參考文獻121
第5章難加工材料微量潤滑切削材料去除機制與工件表面完整性123
5.1微量潤滑輔助復合材料鉆削加工表面完整性123
5.1.1碳纖維增強復合材料鉆削加工表面完整性123
5.1.2復合材料及疊層結構鉆削加工損傷135
5.2微量潤滑輔助鋁基復合材料加工表面完整性138
5.3微量潤滑輔助鈦合金銑削加工表面完整性141
5.3.1鈦合金銑削加工表面形貌141
5.3.2鈦合金銑削加工表面層組織148
5.3.3鈦合金銑削加工表面殘余應力153
5.4微量潤滑輔助蠕墨鑄鐵銑削加工表面完整性156
5.4.1蠕墨鑄鐵銑削加工表面形貌156
5.4.2蠕墨鑄鐵銑削加工表面層組織159
5.4.3蠕墨鑄鐵銑削加工表面殘余應力159
5.4.4蠕墨鑄鐵銑削加工表面層納米力學性能162
5.4.5蠕墨鑄鐵銑削加工過程的切削力和溫度165
5.4.6蠕墨鑄鐵銑削加工的刀具磨損168
5.5微量潤滑輔助超高強度鋼磨削加工表面完整性172
5.5.1超高強度鋼磨削加工表面形貌172
5.5.2超高強度鋼磨削加工表面層組織175
5.5.3超高強度鋼磨削加工表面殘余應力183
5.6小結184
參考文獻185
第6章納米生物潤滑劑熱物理特性演變機制與加工性能表征186
6.1制備及穩(wěn)定性186
6.1.1基礎油186
6.1.2納米添加相189
6.1.3制備191
6.1.4穩(wěn)定性192
6.2熱物理特性195
6.2.1熱導率195
6.2.2黏度199
6.2.3浸潤性能201
6.2.4摩擦學特性203
6.3加工應用205
6.3.1車削加工206
6.3.2銑削加工210
6.3.3磨削加工215
6.4小結220
參考文獻221
第7章難加工材料納米潤滑劑微量潤滑磨削性能表征230
7.1生物潤滑劑對磨削性能的影響機理230
7.1.1脂肪酸分子結構230
7.1.2黏度231
7.1.3表面張力231
7.1.4pH值232
7.1.5傾點232
7.1.6熱穩(wěn)定性232
7.2鈦合金磨削性能233
7.2.1磨削力和摩擦系數(shù)233
7.2.2砂輪磨損235
7.2.3磨削溫度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高溫鎳基合金磨削性能239
7.3.1磨削力和摩擦系數(shù)240
7.3.2砂輪磨損241
7.3.3磨削溫度242
7.3.4磨屑形貌243
7.3.5表面完整性243
7.3.6磨削缺陷分析及抑制策略245
7.4高強鋼磨削性能246
7.4.1磨削力和摩擦系數(shù)247
7.4.2砂輪磨損248
7.4.3磨削溫度249
7.4.4磨屑形貌249
7.4.5表面完整性250
7.4.6磨削缺陷分析及抑制策略252
7.5小結252
參考文獻253
第8章CFRP納米潤滑劑微量潤滑磨削力模型與實驗驗證256
8.1材料去除機理256
8.1.1磨粒與碳纖維的鈍圓錐接觸力模型256
8.1.2橢圓域的接觸力學行為257
8.1.3單根碳纖維磨削模型259
8.1.4磨粒對碳纖維斷面擠壓的力學行為264
8.2單顆磨粒磨削力模型265
8.2.1幾何運動學分析265
8.2.2碳纖維隨機分布模型266
8.2.3摩擦系數(shù)267
8.2.4力學建模268
8.3實驗驗證與結果分析270
8.3.1實驗設備270
8.3.2材料參數(shù)270
8.3.3實驗方案271
8.3.4模型驗證272
8.3.5納米潤滑劑MQL的力降低機制272
8.4表面質量及形貌特征評價與加工缺陷量化表征274
8.4.1表面粗糙度274
8.4.2分形維數(shù)275
8.4.3多重分形譜276
8.4.4表面微觀形貌280
8.4.5表面損傷量化表征281
8.4.6砂輪堵塞285
8.5小結286
參考文獻287
第9章磁場牽引納米潤滑劑微量潤滑磨削力模型與實驗驗證289
9.1磁場牽引納米潤滑劑微量潤滑技術289
9.1.1磁牽引浸潤增益機理289
9.1.2磁性納米潤滑劑制備290
9.2磁場牽引納米潤滑劑浸潤模型291
9.2.1微量潤滑劑輸運的物理學建模291
9.2.2微界面潤滑劑的受力分析及速度分布293
9.2.3磁場影響下的浸潤速度與流量數(shù)值解294
9.3磁場輔助納米潤滑劑微量潤滑力學模型295
9.3.1磨粒幾何學和運動學模型295
9.3.2單顆磨粒磨削力模型299
9.3.3磨削力模型303
9.3.4實驗驗證304
9.4鈦合金磨削性能研究307
9.4.1實驗方案307
9.4.2磨削力307
9.4.3工件表面粗糙度310
9.4.4工件表面完整性312
9.5小結315
參考文獻316
第10章超聲賦能微量潤滑磨削區(qū)浸潤動力學與磨削性能評價317
10.1超聲振動輔助磨削技術317
10.2二維超聲振動輔助磨削系統(tǒng)運動學分析317
10.2.1磨削系統(tǒng)的阻抗匹配317
10.2.2磨粒運動學分析319
10.2.3磨粒切削幾何學分析323
10.3多角度二維超聲振動輔助磨削加工機理326
10.3.1潤滑劑泵吸浸潤機理326
10.3.2潤滑劑空化作用機理326
10.3.3磨削表面創(chuàng)成機理326
10.4多角度二維超聲振動輔助磨削性能327
10.4.1多角度二維超聲振動磨削裝置設計327
10.4.2工件表面粗糙度328
10.4.3工件表面形貌330
10.4.4工件表面自相關分析333
10.5小結334
參考文獻335
第11章靜電霧化微量潤滑微液滴霧化成膜機制與加工性能評價336
11.1靜電霧化微量潤滑技術337
11.1.1靜電霧化原理337
11.1.2靜電霧化微量潤滑裝置338
11.2靜電霧化微量潤滑機理339
11.2.1微液滴作用機理339
11.2.2霧化增益機制340
11.2.3成膜冷卻增益機制343
11.3靜電霧化微量潤滑加工性能344
11.4靜電霧化微量潤滑可持續(xù)性348
11.5小結350
參考文獻350
第12章難加工材料微量潤滑及低溫輔助切削加工機理與切削性能355
12.1微量潤滑及低溫輔助切削加工基礎理論355
12.1.1微量潤滑及低溫輔助切削加工工作原理355
12.1.2微量潤滑輔助切削加工流場分析356
12.1.3微量潤滑及低溫輔助切削摩擦磨損特性358
12.2典型難加工材料微量潤滑及低溫輔助切削機理359
12.2.1微量潤滑及低溫輔助鈦合金切削加工機理359
12.2.2微量潤滑及低溫輔助高溫合金切削加工機理368
12.2.3微量潤滑及低溫輔助復合材料切削加工機理379
12.3小結405
參考文獻406
第13章低溫賦能微量潤滑磨削溫度場模型與實驗驗證407
13.1低溫微量潤滑技術407
13.1.1CMQL的潤滑機理408
13.1.2CMQL的冷卻機理408
13.1.3CMQL對材料硬度的影響機理410
13.1.4CMQL對切削力的影響機理410
13.1.5CMQL對刀具磨損的影響機理412
13.1.6研究目的413
13.2砂輪工件界面低溫流動液膜換熱機理414
13.2.1砂輪工件界面低溫流動液膜的換熱量模型414
13.2.2低溫流動液膜對流換熱系數(shù)模型417
13.2.3低溫冷風微量潤滑對磨削區(qū)溫度的影響機制418
13.3低溫冷風微量潤滑磨削工件表面溫度場模型421
13.3.1基于離散熱源工件表面磨削熱變化規(guī)律422
13.3.2磨削區(qū)溫度場模型424
13.3.3溫度場分布數(shù)值分析429
13.3.4實驗驗證431
13.3.5低溫冷風微量潤滑磨削工件表面溫度理論值與實驗值436
13.4小結437
參考文獻438
第14章冷等離子體賦能微量潤滑加工機理與材料去除機制443
14.1等離子體及其產生方法443
14.1.1等離子體簡介443
14.1.2大氣壓冷等離子體產生方法446
14.2冷等離子體射流發(fā)生裝置及特性450
14.2.1冷等離子體射流發(fā)生裝置450
14.2.2冷等離子體射流的特性454
14.3冷等離子體射流的輸送方法460
14.3.1柔性冷等離子體射流發(fā)生裝置460
14.3.2柔性冷等離子體射流的尺度特性460
14.4冷等離子體射流的溫度控制462
14.4.1控溫裝置462
14.4.2冷等離子體射流的溫度特性465
14.5冷等離子體賦能微量潤滑的作用機制468
14.5.1材料表面潤濕性468
14.5.2冷等離子體對材料表面浸潤性的作用機理471
14.6冷等離子體對材料力學特性的影響機制475
14.6.1冷等離子體對材料去除機理的研究475
14.6.2冷等離子體射流對材料斷裂力學特性的影響483
14.7小結495
參考文獻496
第15章難加工材料冷等離子體賦能微量潤滑切削性能研究499
15.1冷等離子體賦能微量潤滑輔助微銑削鈦合金TC4499
15.1.1微銑削試驗裝置499
15.1.2微銑削力500
15.1.3表面形貌503
15.1.4刀具磨損506
15.2冷等離子體賦能微量潤滑輔助微銑削鎳基高溫合金Inconel 718508
15.2.1切削力509
15.2.2表面形貌510
15.2.3刀具磨損511
15.3冷等離子體賦能微量潤滑輔助微銑削純鐵513
15.3.1微銑削力513
15.3.2表面形貌514
15.3.3刀具磨損515
15.4小結517
參考文獻518
書單推薦
