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切削液向刀-工-屑跨尺度狭缝渗流动特性与作用机理研究
结题报告
批准号:
51775153
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
倪敬
依托单位:
学科分类:
E0503.机械动力学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
许静、吴参、李永宁、杨肖、王志强、孙玲、李斌、陈烨波、郭鑫润
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中文摘要
本申请提出一种集动狭缝设计、动力学分析、跨尺度仿真建模和实验验证于一体的切削液向刀-工-屑跨尺度狭缝渗流动特性与作用机理的研究新思路:引入基于分子间作用力的狭缝表面能理论和分子动力学模拟方法,分析狭缝表界面润湿、移动接触线和毛细作用,研究液滴向静止跨尺度狭缝渗流特性;引入狭缝微纳流动理论和耗散粒子动力学模拟方法,分析动狭缝的吸附、毛细动力和粘滞作用,研究液滴向运动跨尺度狭缝渗流动特性;引入狭缝新鲜表面作用理论和从头计算分子动力学模拟方法,分析动狭缝的微液滴和微纳气泡动力学特性,研究切削液向刀-工-屑跨尺度狭缝渗流动特性;引入金属切削原理和复合量子力学/分子力学模拟方法,分析跨尺度薄膜润滑、狭缝对流蒸发换热、表面活化、狭缝与摩擦腐蚀作用,研究基于渗流动特性的切削液润滑和冷却等作用机理。本项目研究紧密结合金属切削行业的瓶颈性基础研究问题,具有较好的科学研究价值和工程实际意义。
英文摘要
Integrated with moving-slit design, dynamic analysis, trans-scale simulation modeling and experimental verification, this application presents a new approach to the research on seepage dynamics into slit of tool-workpiece-chip and mechanism of cutting fluid. Guided by slit surface energy theory and molecular dynamics simulation (MD), slit interfacial wetting, moving contact line and capillarity of slit are analyzed, and static seepage of trans-scale slit will be researched. Based on theory of slit micro-nano flow and dissipative particle dynamics (DPD) simulation, adsorption of moving-slit, capillary force and viscous effect are analyzed, and dynamical seepage of trans-scale slit will be researched. Provided with fresh interface interaction of slit and ab initio molecular dynamics simulation method, dynamics of micro drop and micro-nano bubble in moving-slit are analyzed, and dynamical seepage of cutting fluid into tool-workpiece-chip will be researched. With metal-cutting principles and quantum mechanics/molecular mechanics simulation method (QM/MM), trans-scale thin-film lubrication, convective evaporation heat transfer in slit, surface activation, slit corrosion and friction corrosion are analyzed, and interaction mechanism of cutting fluid will be researched. This project is closely related to the fundamental research subject in metal cutting industry, which has a good significance of scientific research and industrial application.
本项目研究紧密结合航空领域高效精密磨切、锯切和拉削装备的瓶颈性基础研究问题,具有较好的理论研究价值和工程实际应用意义。.首先,搭建了液滴动态渗透特性观测试验台,以不同植物油或纯净水作为基础液,采用高速摄像机研究了液滴在200um以下类刀-工-屑微狭缝的二维渗透铺展过程,发现渗入狭缝的液滴流量随狭缝深度减小而减小;发现给微结构表面施加振动,给液滴添加表面活化剂、分散剂和稀土元素等,可以有效调控液滴的渗透特性。.其次,从如何改善和优化液滴向“切削区”渗透特性出发,契合绿色制造发展方向,发现以不同植物油(蓖麻油、豆油、椰子油,芝麻油,棕榈油等)或纯净水作为基础液,将纳米颗粒(三氧化二铝,四氧化三铁,石墨,稀土元素,等),活化剂(阳离子和阴离子)和分散剂(PEG医用无毒)作为添加剂,构成具有更高渗透、润湿润滑等效果的绿色纳米切削液。.然后,受昆虫、贝壳表面(复合型微结构)与液滴作用机理启发,面向带锯和拉刀,运用一次仿生和二次仿生技术,采用激光蚀刻装置,设计制造了拉刀刀齿的仿栉孔扇贝表面微结构和仿雨滴型微结构;采用自制的单点金刚石微振动压印装置,制造了仿蜣螂鞘翅表面微结构。这些刀具表面微结构的应用,均实现了切削负载的有效降低。.最后,还获得了两个新发现和新想法:一是采用软刀具(软木,铜等)的反复刻划可以用于加工制备具有特定功能的表面;二是在高硬度表面植入碳纤维以形成复合表面微结构的新想法。.项目研究成果为高效精密加工中绿色纳米切削液及微量润滑MQL技术提供了一种新的研究思路,共计发表高水平学术论文26篇,其中SCI收录15篇,EI收录11篇;主办国际论坛1次;获得省部级科技进步奖2项;授权发明专利15件,实施许可5件;新申报获批国家基金2项(重点1项,面上1项),省杰青项目,省重点研发项目4项(主持1项);培养研究生16人,其中博士生2人(硕转博,在读),获省优学位论文1篇,校优学位论文5篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3390/s19030725
发表时间:2019-02
期刊:Sensors (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Jing Ni;K. Feng;M. Al-Furjan;Xiaojiao Xu;Jing Xu
通讯作者:Jing Ni;K. Feng;M. Al-Furjan;Xiaojiao Xu;Jing Xu
DOI:10.1007/s40684-021-00376-x
发表时间:2021-08
期刊:International Journal of Precision Engineering and Manufacturing - Green Technology
影响因子:--
作者:He Lihua;Shi Jinlei;Ni Jing;Feng Kai
通讯作者:Feng Kai
DOI:--
发表时间:2019
期刊:中国机械工程
影响因子:--
作者:倪敬;史雨;蒙臻;黄浩峰
通讯作者:黄浩峰
DOI:10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.195
发表时间:2021
期刊:上海交通大学学报
影响因子:--
作者:何利华;潘建峰;倪敬;冯凯;崔智
通讯作者:崔智
DOI:10.1016/j.cap.2018.07.023
发表时间:2018-11
期刊:Current Applied Physics
影响因子:2.4
作者:Jing Xu;Liu Guodong;Jiadi Lian;Jing Ni;Jing-wei Xiao
通讯作者:Jing Xu;Liu Guodong;Jiadi Lian;Jing Ni;Jing-wei Xiao
超纯材料车削加工表面污染机理和抑制方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    倪敬
  • 依托单位:
涡轮盘刀具表面跨尺度微结构精密加工关键技术基础研究
  • 批准号:
    52175395
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    260万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    倪敬
  • 依托单位:
金属带锯条锯切过程非线性振动动力学特性与抑制方法研究
  • 批准号:
    51375129
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    倪敬
  • 依托单位:
电液协同驱动模式与驱动精度的相关性理论研究
  • 批准号:
    50805041
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    16.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    倪敬
  • 依托单位:
国内基金
海外基金