[00707849]多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术与应用
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技术详细介绍
一、所属领域
磨削与精密加工、智能农机装备二、技术或产品名称
多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术与应用三、技术水平
国内先进
四、技术简介
针对多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术，项目团队揭示了刀具/工件楔形约束空间气流速度场、压力场随工艺参数的变化规律，提出了约束边界几何条件下的射流参数与喷嘴位姿优选方案；在刀具/工件高的相对运动速度边界条件下，建立微液滴冲击工件表面的能量方程和运动学方程， 得到了微液滴微观形态与雾滴谱概率密度分布规律。针对准干式微量润滑微液滴飘散飞逸输运不可控的技术难题，发明了多能场驱动的荷电雾滴群可控输运新方法，揭示了纳米流体润滑剂在气流场/电场耦合作用下的荷电雾化机理；研究了荷电微液滴电磁场牵引作用下的运动学规律与热物理特性变化机制；实现了射流的运动轨迹、雾滴粒径及其分布、雾滴与工件界面接触状态的参数化可控输运。
五、创新点及性能指标
在国际上首次发明了荷电雾滴群多能场驱动的微量润滑剂高效输运新方法与系列智能装备，实现了射流运动轨迹、雾滴粒径及其分布、雾滴与工件界面接触状态的参数化可控输运。揭示了高温高压高速刀具/工件界面微液滴输运渗透机理及热力学作用规律，构建了切削区动态温度场和能量分配比率数学模型，在国内首次发明了纳米流体热物理特性参数、磨削 G 比率、射流
雾滴粒径和磨削液“有效流量率”的精确检测测量方法，研发了纳米流体热物
性参数与切削性能表征参数的系列测试系统，填补了零件准干式制造过程特 征参数检测的技术空白。针对微量润滑换热能力不足的技术瓶颈，率先在理 论上揭示了高压高速射流条件下，固体纳米粒子导热系数与纳米射流换热能 力的本质规律、纳米粒子与携带流体介质微/纳界面热交换特性及其影响规律。构建了应用在 9 个行业的 14 种准干式制造工艺体系，能够解决航空航天、轨道交通、模具和汽车等领域难加工材料的准干式高效加工难题。
磨削镍基合金实验表明：与 10~50L/h 切削液用量的浇注式相比，节省切削液用量 90%以上，节省使用成本 75%以上；提高工作效率 30%以上，G 比率提高至 29。15，磨削比能降低至 73。47J/m3；由纳米粒子磨削液传出的热分配比例增加 14-28%；刀具/工件界面摩擦系数降低至 0。3，刀具寿命延长 3 倍以上；Ra 值达到 0。274μm，实现了高表面质量零件绿色制造。
六、知识产权情况
多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术与应用：
中国发明专利（42 项）：
1一种凸轮滚子式超声波振动纳米流体混合装置 ZL 201310117588。4
2固体颗粒磨削液复合加工工艺与装置 ZL 201210208584。2
3纳米粒子射流微量润滑磨削三相流供给系统 ZL 201110221543。2
4纳米流体导热系数及对流换热系数测量装置 ZL 201110221334。8
5磨削液有效流量率及动压力的测量装置及方法 ZL 201210084224。6
6纳米粒子射流微量润滑磨削雾滴粒径的测量方法与装置 ZL 201310430277。3
7纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成工艺与装置 ZL 201310084438。8
8纳米磨削工艺及纳米磨削液 ZL 201010004222。2
9一种纳米流体磨削工艺 ZL 200910207606。1
10一种纳米粒子高速铣削镍基合金工艺及纳米切削液 ZL 201010162257。9
11利用砂轮气流场在线检测砂轮磨损的方法和装置 ZL 201110294068。1
12磁性纳米粒子射流与磁力工作台耦合油膜形成工艺与装置 ZL 201310113419。3
13砂轮气流场辅助注入磨削液的方法和装置 ZL 201110321143。9
14纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统 ZL 201310042095。9
15纳米流体静电雾化与电卡热管集成的微量润滑磨削装置 ZL 201510312119。7
16多角度二维超声波振动辅助纳米流体微量润滑磨削装置 ZL 201610824325。0
17纳米流体微量润滑静电雾化可控射流车削系统 ZL 201410445271。8
18纳米流体微量润滑静电雾化可控射流内冷工艺用系统 ZL 201410445730。2
19磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备 ZL 201310634991。4
20电卡内冷却砂轮与静电技术耦合的微量润滑磨削设备 ZL 201610049625。6
21脆硬材料磨削机床 ZL 201010199859。1
22轴承滚道可控磨削设备及磨削工艺 ZL 201010239254。0
23一种砂轮磨损及 G 比率的测量装置与方法 ZL 201510287865。5
24高速铣削微量润滑供液喷嘴结构、分离与回收机构及系统 ZL 201611109567。8
25一种静电雾化内冷磨头 ZL 201510604803。2
26一种声发射和测力仪集成的砂轮堵塞检测清洗装置及方法 ZL 201510603700。4
27膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统 ZL 201611255702。X
28超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统 ZL 201710005238。7
29砂轮数控制造装置 ZL 200710193878。1
30纳米氧化锆陶瓷材料微切工艺及设备 ZL 200910263807。3
31纳米粒子射流微量润滑磨削表面粗糙度预测方法和装置 ZL 201210490401。0
32采用钎焊 PCBN 超硬材料钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310010852。4
33采用磨粒钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310011010。0
34采用钎焊麻花钻钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310011247。9
35采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310014256。3
36外科手术颅骨磨削温度在线检测及可控手持式磨削装置 ZL201310030327。9
37医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置 ZL201310277636。6
38多自由度颅骨外科手术磨削实验平台 ZL201410510448。8
39一种磨削温度在线检测及纳米流体相变换热式磨削装置 ZL201510218166。5
40一种冷却与静电雾化成膜的骨外科手术磨削实验装置 ZL201510604889。9
41低温冷却与纳米粒子射流微量润滑耦合磨削介质供给系统 ZL 201310180218。5
42纳米粒子射流微量润滑磨削润滑剂供给系统 ZL 201210153801。2
七、合作方式
技术转让或技术入股
八、投资概算及经济效益分析
磨削与精密加工、智能农机装备二、技术或产品名称
多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术与应用三、技术水平
国内先进
四、技术简介
针对多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术，项目团队揭示了刀具/工件楔形约束空间气流速度场、压力场随工艺参数的变化规律，提出了约束边界几何条件下的射流参数与喷嘴位姿优选方案；在刀具/工件高的相对运动速度边界条件下，建立微液滴冲击工件表面的能量方程和运动学方程， 得到了微液滴微观形态与雾滴谱概率密度分布规律。针对准干式微量润滑微液滴飘散飞逸输运不可控的技术难题，发明了多能场驱动的荷电雾滴群可控输运新方法，揭示了纳米流体润滑剂在气流场/电场耦合作用下的荷电雾化机理；研究了荷电微液滴电磁场牵引作用下的运动学规律与热物理特性变化机制；实现了射流的运动轨迹、雾滴粒径及其分布、雾滴与工件界面接触状态的参数化可控输运。
五、创新点及性能指标
在国际上首次发明了荷电雾滴群多能场驱动的微量润滑剂高效输运新方法与系列智能装备，实现了射流运动轨迹、雾滴粒径及其分布、雾滴与工件界面接触状态的参数化可控输运。揭示了高温高压高速刀具/工件界面微液滴输运渗透机理及热力学作用规律，构建了切削区动态温度场和能量分配比率数学模型，在国内首次发明了纳米流体热物理特性参数、磨削 G 比率、射流
雾滴粒径和磨削液“有效流量率”的精确检测测量方法，研发了纳米流体热物
性参数与切削性能表征参数的系列测试系统，填补了零件准干式制造过程特 征参数检测的技术空白。针对微量润滑换热能力不足的技术瓶颈，率先在理 论上揭示了高压高速射流条件下，固体纳米粒子导热系数与纳米射流换热能 力的本质规律、纳米粒子与携带流体介质微/纳界面热交换特性及其影响规律。构建了应用在 9 个行业的 14 种准干式制造工艺体系，能够解决航空航天、轨道交通、模具和汽车等领域难加工材料的准干式高效加工难题。
磨削镍基合金实验表明：与 10~50L/h 切削液用量的浇注式相比，节省切削液用量 90%以上，节省使用成本 75%以上；提高工作效率 30%以上，G 比率提高至 29。15，磨削比能降低至 73。47J/m3；由纳米粒子磨削液传出的热分配比例增加 14-28%；刀具/工件界面摩擦系数降低至 0。3，刀具寿命延长 3 倍以上；Ra 值达到 0。274μm，实现了高表面质量零件绿色制造。
六、知识产权情况
多能场驱动的荷电雾滴群参数化可控输运关键技术与应用：
中国发明专利（42 项）：
1一种凸轮滚子式超声波振动纳米流体混合装置 ZL 201310117588。4
2固体颗粒磨削液复合加工工艺与装置 ZL 201210208584。2
3纳米粒子射流微量润滑磨削三相流供给系统 ZL 201110221543。2
4纳米流体导热系数及对流换热系数测量装置 ZL 201110221334。8
5磨削液有效流量率及动压力的测量装置及方法 ZL 201210084224。6
6纳米粒子射流微量润滑磨削雾滴粒径的测量方法与装置 ZL 201310430277。3
7纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成工艺与装置 ZL 201310084438。8
8纳米磨削工艺及纳米磨削液 ZL 201010004222。2
9一种纳米流体磨削工艺 ZL 200910207606。1
10一种纳米粒子高速铣削镍基合金工艺及纳米切削液 ZL 201010162257。9
11利用砂轮气流场在线检测砂轮磨损的方法和装置 ZL 201110294068。1
12磁性纳米粒子射流与磁力工作台耦合油膜形成工艺与装置 ZL 201310113419。3
13砂轮气流场辅助注入磨削液的方法和装置 ZL 201110321143。9
14纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统 ZL 201310042095。9
15纳米流体静电雾化与电卡热管集成的微量润滑磨削装置 ZL 201510312119。7
16多角度二维超声波振动辅助纳米流体微量润滑磨削装置 ZL 201610824325。0
17纳米流体微量润滑静电雾化可控射流车削系统 ZL 201410445271。8
18纳米流体微量润滑静电雾化可控射流内冷工艺用系统 ZL 201410445730。2
19磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备 ZL 201310634991。4
20电卡内冷却砂轮与静电技术耦合的微量润滑磨削设备 ZL 201610049625。6
21脆硬材料磨削机床 ZL 201010199859。1
22轴承滚道可控磨削设备及磨削工艺 ZL 201010239254。0
23一种砂轮磨损及 G 比率的测量装置与方法 ZL 201510287865。5
24高速铣削微量润滑供液喷嘴结构、分离与回收机构及系统 ZL 201611109567。8
25一种静电雾化内冷磨头 ZL 201510604803。2
26一种声发射和测力仪集成的砂轮堵塞检测清洗装置及方法 ZL 201510603700。4
27膨胀机驱动制冷低温冷却纳米粒子射流微量润滑供给系统 ZL 201611255702。X
28超音速喷嘴涡流管制冷与纳米流体微量润滑耦合供给系统 ZL 201710005238。7
29砂轮数控制造装置 ZL 200710193878。1
30纳米氧化锆陶瓷材料微切工艺及设备 ZL 200910263807。3
31纳米粒子射流微量润滑磨削表面粗糙度预测方法和装置 ZL 201210490401。0
32采用钎焊 PCBN 超硬材料钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310010852。4
33采用磨粒钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310011010。0
34采用钎焊麻花钻钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310011247。9
35采用阶梯钻头的轴向力可控的外科骨钻 ZL201310014256。3
36外科手术颅骨磨削温度在线检测及可控手持式磨削装置 ZL201310030327。9
37医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置 ZL201310277636。6
38多自由度颅骨外科手术磨削实验平台 ZL201410510448。8
39一种磨削温度在线检测及纳米流体相变换热式磨削装置 ZL201510218166。5
40一种冷却与静电雾化成膜的骨外科手术磨削实验装置 ZL201510604889。9
41低温冷却与纳米粒子射流微量润滑耦合磨削介质供给系统 ZL 201310180218。5
42纳米粒子射流微量润滑磨削润滑剂供给系统 ZL 201210153801。2
七、合作方式
技术转让或技术入股
八、投资概算及经济效益分析
本项目采用的切削液用量为传统切削液的 5%~10%左右，按 10%估算， 项目技术应用于制造业，每年我国可节省切削液 103 万吨（节省购买成本323~6482 亿元，处理成本 10。2~13。6 亿元）。成果的应用，打破了制造业对润滑液的过分依赖、显著降低了润滑剂用量和使用成本。
