纳米流体微液滴砂轮/工件约束界面动态毛细管形成机制与微液滴迁移成膜机理

Green manufacturing is the key content of 13th Five-Year Development Plan and Made in China 2025. Nanofluid minimum quantity lubrication, aiming at green manufacturing, has improved economy and realized environmental protection well. However, the current research only focuses on input and output of grinding, but does not reveal the scientific source law between input and output from the black box of grinding wheel/workpiece interface. Therefore, the project intends to reveal the formation mechanism of macro-capillary and micro-texture at the grinding wheel/workpiece interface, the formation mechanism and its influence law of micro-capillary at the grain/debris and grain/workpiece interface. Further, the project intends to study the effects of boundary conditions in tube, wall roughness and geometric characteristics on migration efficiency and establish mathematical model of nanofluids micro-droplets. Further more, the project intends to research the effect of physical properties of nanofluids on interfacial film formation, under interaction between nanoparticles and base oil. On this basis, this project will obtained the migration, film formation mechanism and established dynamic model of nanofluids micro-droplets, under high-speed, high-temperature and high-pressure grinding wheel/workpiece boundary conditions. This project has important scientific significance and practical value for perfecting the technical theory system and improving grinding performance.

绿色制造被列入十三五发展规划、中国制造2025发展重点。以制造过程绿色化为目的的纳米粒子射流微量润滑磨削较好的解决了经济性和环保等问题。然而，目前的研究仅局限于输入和输出没有从砂轮/工件界面“黑匣子”揭示其本质规律。基于砂轮/工件界面毛细管形成机制与纳米流体微液滴迁移成膜机理这一科学本源问题至今未突破。依此，项目拟揭示砂轮/工件界面宏观毛细管及微织构形成机理，揭示磨粒/磨屑、磨粒/工件界面微观毛细管形成机制及其影响规律；研究高速高温高压边界条件、纳米流体物理特性对迁移效率的影响并推演微液滴颗粒输运动力学模型；探究纳米粒子添加相与基液耦合作用下的纳米流体特性对毛细管成膜厚度与成膜速度影响的物理化学机制；揭示动态宏观毛细管及微织构网络的几何特性和分布图谱的影响规律。以此为基础探索磨削区纳米流体微液滴动态毛细管迁移成膜机理与量化表征，对丰富磨削加工理论和技术体系具有重要的科学意义和实用价值。

实现碳达峰、碳中和是我国未来40年重要战略，绿色制造被列入十四五发展规划、中国制造2025发展重点。以制造过程绿色化为目的的纳米粒子射流微量润滑磨削较好的解决了经济性和环保等问题。然而，目前的研究仅局限于从输入和输出没有从砂轮/工件界面“黑匣子”揭示其本质规律。基于砂轮/工件界面毛细管形成机制与纳米流体微液滴迁移成膜机理这一科学本源问题还未突破。. 依此，项目发明了磨削区油膜与温度分布动态采集装置及其工作方法，建立了基于随机平面法砂轮几何模型和磨削加工表面粗糙度预测新模型；构建了砂轮/工件约束界面微织构网络几何模型及量化表征方法，揭示了动态宏观毛细管及其微织构几何特性在高速高压边界下的演变规律；揭示了润滑剂在磨削区微通道的毛细管浸润机制，建立了润滑剂浸润速度和浸润深度的预测模型并进行了实验验证；揭示了微结构对刀屑接触界面润滑介质输运的影响机制，得到了优化的微织构图谱。项目结论对丰富磨削加工理论和技术体系具有重要的科学意义和实用价值。. 项目负责人首位获得山东省自然科学奖二等奖、中国循环经济协会科学技术奖一等奖、《机械工程学报》优秀论文奖、山东省知识产权服务业协会科学技术进步奖一等奖；作为主要完成人获得湖南省自然科学奖二等奖。发表论文17篇，其中SCI收录14篇（JCR-1区7篇，JCR-2区6篇），新增ESI热点论文7篇、高被引论文5篇。在科学出版社出版著作1部，出版Intechopen英文专著章节1章；授权国外发明专利11项（美国，澳大利亚，英国，南非），申报国际PCT专利2项。依托项目，负责人获得了山东省“泰山学者”青年专家，香江学者计划、山东省青年科技人才托举工程、山东省高等学校青年创新团队人才引育计划等项目资助，获得了科睿唯安全球高被引学者等荣誉。