多場(chǎng)賦能潔凈精密制造理論與關(guān)鍵技術(shù)
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- 作者：李長(zhǎng)河、張彥彬、安慶龍、劉新 著
- 出版時(shí)間：2025/9/1
- ISBN：9787122476326
- 出 版 社：化學(xué)工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TG580.1
- 頁(yè)碼：518
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：16開精
多場(chǎng)賦能潔凈精密制造工藝是實(shí)現(xiàn)清潔切削的最有效方法，即通過(guò)制備高性能潤(rùn)滑劑提升冷卻潤(rùn)滑性能，通過(guò)多能場(chǎng)輔助提升潤(rùn)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(jī)制問(wèn)題，生物理化特性演變機(jī)制與添加劑性能提升原理，納米生物潤(rùn)滑劑制備參數(shù)、理化特性和加工性能的量化關(guān)系，磁場(chǎng)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(chǎng)輔助加工技術(shù)，多場(chǎng)賦能潔凈精密制造力熱耦合理論研究與加工性能評(píng)價(jià)。
本書適宜精密制造相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員參考。
李長(zhǎng)河，博士、二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，俄羅斯工程院外籍院士、山東省泰山學(xué)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(guó)高被引學(xué)者、全球高被引科學(xué)家、終身科學(xué)影響力排行榜和2023年度全球前2％頂尖科學(xué)家、全球前0.05%頂尖學(xué)者名單、山東省教學(xué)名師、山東省優(yōu)秀研究生指導(dǎo)教師、寶鋼優(yōu)秀教師、全國(guó)挑戰(zhàn)杯優(yōu)秀指導(dǎo)教師、青島市勞動(dòng)模范。主要從事智能與高端裝備、準(zhǔn)干式制造等方面的研究工作。連續(xù)承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目5項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題3項(xiàng)、國(guó)家機(jī)床重大專項(xiàng)課題1項(xiàng)、山東省重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目1項(xiàng)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃4項(xiàng)、山東省自然科學(xué)基金4項(xiàng)、青島市科技計(jì)劃項(xiàng)目5項(xiàng)。其中2項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目被遴選為機(jī)械工程領(lǐng)域國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀結(jié)題項(xiàng)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(diǎn)論文，總被引17000余次，h指數(shù)75；入選2022年國(guó)內(nèi)學(xué)者學(xué)術(shù)影響力排行榜第25名（機(jī)械工程領(lǐng)域全國(guó)僅70人），在國(guó)內(nèi)外同領(lǐng)域具有較高學(xué)術(shù)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(rùn)滑”為主題詞在谷歌學(xué)術(shù)檢索，總篇數(shù)中50%來(lái)自本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。獲得美國(guó)、韓國(guó)、澳大利亞等發(fā)明專利授權(quán)69項(xiàng)，PCT國(guó)際專利52項(xiàng)，國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)117項(xiàng)，軟件著作權(quán)56項(xiàng)。
獲得中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)8項(xiàng)、山東省技術(shù)發(fā)明1等獎(jiǎng)、山東省高等教育教學(xué)成果1等獎(jiǎng)4項(xiàng)、山東省自然科學(xué)2等獎(jiǎng)、山東省技術(shù)發(fā)明2等獎(jiǎng)、教育部高等學(xué)�？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果2等獎(jiǎng)、山東省專利1等獎(jiǎng)3項(xiàng)；此外，還獲得中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)1等獎(jiǎng)2項(xiàng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果1等獎(jiǎng)、中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)科技獎(jiǎng)1等獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)2等獎(jiǎng)、中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)技術(shù)發(fā)明2等獎(jiǎng)、山東高等學(xué)校優(yōu)秀科研成果1等獎(jiǎng)4項(xiàng)、青島市科技進(jìn)步1等獎(jiǎng)等科研教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng)。
張彥彬，教授、博士生導(dǎo)師，香江學(xué)者、山東省泰山學(xué)者青年專家、山東省青創(chuàng)人才引育計(jì)劃團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，入選Elsevier全球前2%頂尖科學(xué)家（終身）、Clarivate全球高被引科學(xué)家，獲批山東省青年科技人才托舉工程項(xiàng)目資助。擔(dān)任ISM等兩本期刊副主編，F(xiàn)riction、機(jī)械工程學(xué)報(bào)、International Journal of Extreme Manufacturing、中國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金等12項(xiàng)課題/項(xiàng)目，首位獲得山東省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、山東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)10項(xiàng)。授權(quán)國(guó)內(nèi)外發(fā)明專利32項(xiàng)，發(fā)表SCI論文85篇，包括工程領(lǐng)域國(guó)際TOP期刊International Journal of Machine Tools & Manufacture3篇；WoS 總被引11919次，H-index 60。指導(dǎo)學(xué)生獲得獲全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)、國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金等獎(jiǎng)勵(lì)。
第1章綠色制造工藝及賦能技術(shù)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(rùn)滑研究現(xiàn)狀002
1.4微量潤(rùn)滑賦能技術(shù)研究現(xiàn)狀003
1.4.1織構(gòu)刀具輔助003
1.4.2磁場(chǎng)賦能005
1.4.3超聲賦能006
1.4.4低溫賦能008
參考文獻(xiàn)010
第2章環(huán)保型切削液生物失效機(jī)制與制備循環(huán)凈化技術(shù)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(duì)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(chǔ)油036
2.4切削液的循環(huán)凈化技術(shù)037
2.4.1廢棄切削液過(guò)濾機(jī)制及方法037
2.4.2微生物去除機(jī)制及方法044
2.4.3循環(huán)凈化再生裝備049
2.5小結(jié)051
參考文獻(xiàn)052
第3章生物潤(rùn)滑劑理化特性演變機(jī)制與抗氧化改性提升技術(shù)060
3.1生物潤(rùn)滑劑的特性060
3.1.1生物潤(rùn)滑劑的理化特性060
3.1.2生物潤(rùn)滑劑的限制063
3.1.3生物潤(rùn)滑劑的應(yīng)用現(xiàn)狀067
3.2抗氧化性能提升機(jī)制068
3.2.1化學(xué)改性068
3.2.2抗氧化劑073
3.3極壓抗磨性能提升機(jī)制077
3.3.1傳統(tǒng)添加劑的作用機(jī)制077
3.3.2傳統(tǒng)添加劑的應(yīng)用效果078
3.3.3納米添加劑的作用機(jī)制080
3.3.4納米添加劑的應(yīng)用效果081
3.4小結(jié)085
參考文獻(xiàn)086
第4章切削區(qū)氣流場(chǎng)分布規(guī)律演變機(jī)制與切削性能量化表征094
4.1切削區(qū)氣流場(chǎng)模型094
4.1.1物理建模094
4.1.2模擬結(jié)果095
4.1.3氣流場(chǎng)演變規(guī)律分析099
4.2噴嘴位姿對(duì)切削性能影響108
4.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)置108
4.2.2實(shí)驗(yàn)材料108
4.2.3正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(chǎng)對(duì)切削性能影響機(jī)制115
4.4.1正交實(shí)驗(yàn)極差分析115
4.4.2正交實(shí)驗(yàn)方差分析117
4.4.3潤(rùn)滑劑作用機(jī)制118
4.5小結(jié)120
參考文獻(xiàn)121
第5章難加工材料微量潤(rùn)滑切削材料去除機(jī)制與工件表面完整性123
5.1微量潤(rùn)滑輔助復(fù)合材料鉆削加工表面完整性123
5.1.1碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削加工表面完整性123
5.1.2復(fù)合材料及疊層結(jié)構(gòu)鉆削加工損傷135
5.2微量潤(rùn)滑輔助鋁基復(fù)合材料加工表面完整性138
5.3微量潤(rùn)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(yīng)力153
5.4微量潤(rùn)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(yīng)力159
5.4.4蠕墨鑄鐵銑削加工表面層納米力學(xué)性能162
5.4.5蠕墨鑄鐵銑削加工過(guò)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(rùn)滑輔助超高強(qiáng)度鋼磨削加工表面完整性172
5.5.1超高強(qiáng)度鋼磨削加工表面形貌172
5.5.2超高強(qiáng)度鋼磨削加工表面層組織175
5.5.3超高強(qiáng)度鋼磨削加工表面殘余應(yīng)力183
5.6小結(jié)184
參考文獻(xiàn)185
第6章納米生物潤(rùn)滑劑熱物理特性演變機(jī)制與加工性能表征186
6.1制備及穩(wěn)定性186
6.1.1基礎(chǔ)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(dǎo)率195
6.2.2黏度199
6.2.3浸潤(rùn)性能201
6.2.4摩擦學(xué)特性203
6.3加工應(yīng)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(jié)220
參考文獻(xiàn)221
第7章難加工材料納米潤(rùn)滑劑微量潤(rùn)滑磨削性能表征230
7.1生物潤(rùn)滑劑對(duì)磨削性能的影響機(jī)理230
7.1.1脂肪酸分子結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(qiáng)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(jié)252
參考文獻(xiàn)253
第8章CFRP納米潤(rùn)滑劑微量潤(rùn)滑磨削力模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證256
8.1材料去除機(jī)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(xué)行為257
8.1.3單根碳纖維磨削模型259
8.1.4磨粒對(duì)碳纖維斷面擠壓的力學(xué)行為264
8.2單顆磨粒磨削力模型265
8.2.1幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)分析265
8.2.2碳纖維隨機(jī)分布模型266
8.2.3摩擦系數(shù)267
8.2.4力學(xué)建模268
8.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析270
8.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備270
8.3.2材料參數(shù)270
8.3.3實(shí)驗(yàn)方案271
8.3.4模型驗(yàn)證272
8.3.5納米潤(rùn)滑劑MQL的力降低機(jī)制272
8.4表面質(zhì)量及形貌特征評(píng)價(jià)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(jié)286
參考文獻(xiàn)287
第9章磁場(chǎng)牽引納米潤(rùn)滑劑微量潤(rùn)滑磨削力模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證289
9.1磁場(chǎng)牽引納米潤(rùn)滑劑微量潤(rùn)滑技術(shù)289
9.1.1磁牽引浸潤(rùn)增益機(jī)理289
9.1.2磁性納米潤(rùn)滑劑制備290
9.2磁場(chǎng)牽引納米潤(rùn)滑劑浸潤(rùn)模型291
9.2.1微量潤(rùn)滑劑輸運(yùn)的物理學(xué)建模291
9.2.2微界面潤(rùn)滑劑的受力分析及速度分布293
9.2.3磁場(chǎng)影響下的浸潤(rùn)速度與流量數(shù)值解294
9.3磁場(chǎng)輔助納米潤(rùn)滑劑微量潤(rùn)滑力學(xué)模型295
9.3.1磨粒幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證304
9.4鈦合金磨削性能研究307
9.4.1實(shí)驗(yàn)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(jié)315
參考文獻(xiàn)316
第10章超聲賦能微量潤(rùn)滑磨削區(qū)浸潤(rùn)動(dòng)力學(xué)與磨削性能評(píng)價(jià)317
10.1超聲振動(dòng)輔助磨削技術(shù)317
10.2二維超聲振動(dòng)輔助磨削系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析317
10.2.1磨削系統(tǒng)的阻抗匹配317
10.2.2磨粒運(yùn)動(dòng)學(xué)分析319
10.2.3磨粒切削幾何學(xué)分析323
10.3多角度二維超聲振動(dòng)輔助磨削加工機(jī)理326
10.3.1潤(rùn)滑劑泵吸浸潤(rùn)機(jī)理326
10.3.2潤(rùn)滑劑空化作用機(jī)理326
10.3.3磨削表面創(chuàng)成機(jī)理326
10.4多角度二維超聲振動(dòng)輔助磨削性能327
10.4.1多角度二維超聲振動(dòng)磨削裝置設(shè)計(jì)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(guān)分析333
10.5小結(jié)334
參考文獻(xiàn)335
第11章靜電霧化微量潤(rùn)滑微液滴霧化成膜機(jī)制與加工性能評(píng)價(jià)336
11.1靜電霧化微量潤(rùn)滑技術(shù)337
11.1.1靜電霧化原理337
11.1.2靜電霧化微量潤(rùn)滑裝置338
11.2靜電霧化微量潤(rùn)滑機(jī)理339
11.2.1微液滴作用機(jī)理339
11.2.2霧化增益機(jī)制340
11.2.3成膜冷卻增益機(jī)制343
11.3靜電霧化微量潤(rùn)滑加工性能344
11.4靜電霧化微量潤(rùn)滑可持續(xù)性348
11.5小結(jié)350
參考文獻(xiàn)350
第12章難加工材料微量潤(rùn)滑及低溫輔助切削加工機(jī)理與切削性能355
12.1微量潤(rùn)滑及低溫輔助切削加工基礎(chǔ)理論355
12.1.1微量潤(rùn)滑及低溫輔助切削加工工作原理355
12.1.2微量潤(rùn)滑輔助切削加工流場(chǎng)分析356
12.1.3微量潤(rùn)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(rùn)滑及低溫輔助切削機(jī)理359
12.2.1微量潤(rùn)滑及低溫輔助鈦合金切削加工機(jī)理359
12.2.2微量潤(rùn)滑及低溫輔助高溫合金切削加工機(jī)理368
12.2.3微量潤(rùn)滑及低溫輔助復(fù)合材料切削加工機(jī)理379
12.3小結(jié)405
參考文獻(xiàn)406
第13章低溫賦能微量潤(rùn)滑磨削溫度場(chǎng)模型與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證407
13.1低溫微量潤(rùn)滑技術(shù)407
13.1.1CMQL的潤(rùn)滑機(jī)理408
13.1.2CMQL的冷卻機(jī)理408
13.1.3CMQL對(duì)材料硬度的影響機(jī)理410
13.1.4CMQL對(duì)切削力的影響機(jī)理410
13.1.5CMQL對(duì)刀具磨損的影響機(jī)理412
13.1.6研究目的413
13.2砂輪工件界面低溫流動(dòng)液膜換熱機(jī)理414
13.2.1砂輪工件界面低溫流動(dòng)液膜的換熱量模型414
13.2.2低溫流動(dòng)液膜對(duì)流換熱系數(shù)模型417
13.2.3低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑對(duì)磨削區(qū)溫度的影響機(jī)制418
13.3低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削工件表面溫度場(chǎng)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(chǎng)模型424
13.3.3溫度場(chǎng)分布數(shù)值分析429
13.3.4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證431
13.3.5低溫冷風(fēng)微量潤(rùn)滑磨削工件表面溫度理論值與實(shí)驗(yàn)值436
13.4小結(jié)437
參考文獻(xiàn)438
第14章冷等離子體賦能微量潤(rùn)滑加工機(jī)理與材料去除機(jī)制443
14.1等離子體及其產(chǎn)生方法443
14.1.1等離子體簡(jiǎn)介443
14.1.2大氣壓冷等離子體產(chǎn)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(rùn)滑的作用機(jī)制468
14.5.1材料表面潤(rùn)濕性468
14.5.2冷等離子體對(duì)材料表面浸潤(rùn)性的作用機(jī)理471
14.6冷等離子體對(duì)材料力學(xué)特性的影響機(jī)制475
14.6.1冷等離子體對(duì)材料去除機(jī)理的研究475
14.6.2冷等離子體射流對(duì)材料斷裂力學(xué)特性的影響483
14.7小結(jié)495
參考文獻(xiàn)496
第15章難加工材料冷等離子體賦能微量潤(rùn)滑切削性能研究499
15.1冷等離子體賦能微量潤(rùn)滑輔助微銑削鈦合金TC4499
15.1.1微銑削試驗(yàn)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(rùn)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(rùn)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(jié)517
參考文獻(xiàn)518
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