答辩博士：宫乐
指导教师：何宁教授/博导
论文题目：基于多种冷却润滑方法的难加工材料清洁切削表面完整性研究
答辩委员会：
主席：汤文成 教授/博导 东南大学
委员：袁军堂 教授/博导 南京理工大学
傅玉灿教授/博导 南京航空航天大学
左敦稳教授/博导 南京航空航天大学
何宁教授/博导 南京航空航天大学
朱永伟教授/博导 南京航空航天大学
赵威教授/博导 南京航空航天大学
秘书：陆俊华副教授/硕导 南京航空航天大学
时间：2022年2月28日14:00
地点：南航明故宫校区15#341
学位论文简介：
在机械加工领域，有效的冷却润滑一直是保障和提升难加工材料切削加工表面完整性的重要途径之一。然而，传统切削液的大量使用给生态环境和人体健康带来了诸多负面影响。为此，本文以高温合金、高强度钢和钛合金等难加工材料的清洁切削为研究对象，采用理论分析、有限元仿真、切削试验与测试分析相结合的方法，重点对难加工材料清洁切削表面粗糙度、表面形貌、表面缺陷、微观组织、显微硬度和残余应力等表面完整性参数进行研究，以期探明清洁切削冷却润滑对难加工材料表面完整性的作用机制，揭示冷却润滑和切削参数等对难加工材料表面完整性的影响规律，从而为清洁切削在航空航天制造领域的工程应用提供必要的理论、技术与数据支撑。
论文主要完成的工作及取得的成果如下：
（1）基于两步法制备了两种微量润滑用石墨烯纳米流体，在分析纳米颗粒尺寸对纳米流体动力粘度和比热容等热物性参数影响的基础上，结合切削试验探讨了纳米颗粒尺寸对Inconel 718表面完整性的作用机制与影响规律。综合评估了多种冷却润滑条件下车削Inconel 718过程中所使用的切削介质性能，为分析难加工材料的切削加工性和表面完整性提供了关键数据支撑。
（2）考虑摩擦系数和强化对流换热系数对切削过程的影响，建立了多种冷却润滑条件下正交切削Inconel 718的仿真模型，对比分析了仿真和实验条件下获得的切削温度和切削力，验证了仿真模型的有效性，进而基于响应面法和方差分析，建立了低温加工下车削Inconel 718的切削温度和切削力的预测模型，深入研究了低温加工下切削参数对Inconel 718的切削温度和切削力的影响规律，为后续Inconel 718的表面完整性分析提供基础数据支撑。
（3）分析了车削Inconel 718表面粗糙度、表面形貌和表面缺陷，并将其与切削介质的热物理特性、切削温度和切削力进行关联，揭示了冷却润滑和切削速度对表面完整性的作用机制和影响规律，进而通过对Inconel 718的表面粗糙度参数进行方差分析，发现冷却润滑是表面粗糙度参数的显著影响因素。与此同时，通过铣削试验，探明了铣削35CrMnSiA和Ti–6Al–4V时冷却润滑和切削速度等对表面粗糙度的作用规律。
（4）研究了冷却润滑和切削速度对车削Inconel 718表面微观组织、晶粒尺寸分布和加工硬化程度的影响规律，对比分析了冷却润滑和切削速度对铣削35CrMnSiA和Ti–6Al–4V表面微观组织、加工硬化程度及残余应力的作用规律，提出了采用雷达图法对多种冷却润滑下车削Inconel 718和铣削35CrMnSiA、Ti–6Al–4V的表面完整性进行综合评估。结果表明，在所采用的工艺参数条件下，无论是车削Inconel 718还是铣削35CrMnSiA和Ti–6Al–4V，低温加工均可获得最佳的综合加工性能。
主要创新点如下：
（1）以纳米石墨烯为纳米颗粒，以LB2000 植物性润滑油为基液，应用磁力搅拌和超声分散技术，采用两步法制备了微量润滑用石墨烯纳米流体，进而基于热物理特性分析，阐明了石墨烯纳米流体在切削过程中产生的润滑膜效应以及纳米石墨烯对加工表面微观凹凸不平和缺陷部位的填充修复作用等冷却润滑作用机理，并通过表面完整性试验，验证了添加纳米流体可显著降低微量润滑加工的表面粗糙度、减少加工表面缺陷。
（2）从热和机械载荷角度出发，同时将表面完整性与切削介质的热物理参数、切削温度和切削力进行关联，阐明了干切削、湿式切削、微量润滑、纳米流体微量润滑、低温加工与切削速度对车削Inconel 718表面粗糙度、表面形貌、表面缺陷、微观组织和显微硬度的作用机制，揭示了干切削、低温加工与切削速度对铣削35CrMnSiA和Ti–6Al–4V表面粗糙度、微观组织、显微硬度及残余应力的影响规律。
（3）提出了一种基于雷达图法的难加工材料清洁切削表面完整性的综合评估方法。根据算术平均粗糙度、均方根粗糙度、表层加工硬化程度、表面缺陷程度、严重塑性变形（SPD）层深度和表面残余应力的测量结果，对干切削、湿式切削、微量润滑、纳米流体微量润滑、低温加工下车削Inconel 718与干切削、低温加工下铣削35CrMnSiA、Ti–6Al–4V的表面完整性进行了综合评估，发现运用低温加工均可获得最佳的综合加工性能。
