纳米流体静电雾化和同轴静电雾化润滑的加工性能对比分析与综合评价

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.10.008

摘要/Abstract

摘要：

研究了水基和油基纳米流体静电雾化润滑及不同外/内流量比的纳米流体同轴静电雾化润滑的荷电与雾化特性及润湿性能，对比分析了这些条件下的铝合金铣削性能，并结合熵权-逼近理想解排序法对铣削性能进行了综合评价。结果表明，纳米流体同轴静电雾化润滑的铣削性能均优于纳米流体静电雾化润滑，其中外/内流量比为2∶1的纳米流体同轴静电雾化润滑表现出最佳的铣削性能。这归因于其优异的荷电性能与雾化效果、良好的润湿性能及该外/内流量比下纳米流体复合雾滴优异的冷却润滑能力。相比于纳米流体静电雾化润滑和其他外/内流量比的纳米流体同轴静电雾化润滑，外/内流量比为2∶1的纳米流体同轴静电雾化润滑的铣削力和刀具磨损分别减小了3.52%~12.47%和18.33%~57.41%。

关键词: 纳米流体, 静电雾化润滑, 同轴静电雾化润滑, 荷电性能, 润湿性能, 铝合金铣削, 熵权-逼近理想解排序法

Abstract:

The charge and atomization performance as well as wetting property of water-based and oil-based nanofluid electrostatic atomization lubrication and nanofluid coaxial electrostatic atomization lubrication with different external-internal flow ratios were studied herein. The milling performance of aluminum alloy under these conditions was compared and analyzed， and the milling performance was comprehensively evaluated by the entropy weight-TOPSIS method. The results show that the milling performance of nanofluid coaxial electrostatic atomization lubrication is better than that of nanofluid electrostatic atomization lubrication. The nanofluid coaxial electrostatic atomization lubrication with an external-internal flow ratio of 2∶1 shows the best milling performance. This is attributed to its superior charge performance， atomization effect， and excellent wetting property， as well as the outstanding cooling and lubrication capabilities of nanofluid composite droplets under this external-to-internal flow ratio. Compared with nanofluid electrostatic atomization lubrication and nanofluid coaxial electrostatic atomization lubrication with other external-internal flow ratios， the milling force and tool wear decreased by 3.52%-12.47% and 18.33%-57.41%， respectively， under the 2∶1 external-to-internal flow ratio of nanofluid coaxial electrostatic atomization lubrication.

Key words: nanofluid, electrostatic atomization lubrication, coaxial electrostatic atomization lubrication, charge performance, wetting property, aluminum alloy milling, entropy weight-technique for order preference by similarity to ideal solution （TOPSIS）

中图分类号:

TB383.1

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图/表 12

图1 荷电试验平台

Fig.1 Charging test platform

图2 雾滴粒径测量平台1.高压静电发生器；2.内流体注射泵；3.外流体注射泵；4.铁架台；5.支架；6.绝缘接地台；7.载玻片；8.环形接地电极；9.同轴喷嘴

Fig.2 Droplet size measurement platform

图3 润湿试验平台

Fig.3 Wetting test platform

图4 铣削试验平台1.高压静电发生器2.内流体注射泵　3.外流体注射泵　4.红外热像仪　5.数据采集器　6.电荷放大器　7.同轴喷嘴　8.铣刀　9.工件　10.测力仪

Fig.4 Milling test platform

表1 铣削试验条件

Tab.1 Milling test conditions

试验参数	数值	试验参数	数值
喷嘴角度	35°	每齿进给量f_z	0.05 mm
喷射距离	20 mm	轴向切深a_p	1 mm
铣削速度v_c	275 m/min	径向切深a_e	0.5 mm

图5 雾化电流与雾滴直径

Fig.5 Atomizing current and droplet size

图6 荷电液滴润湿性

Fig.6 Charged droplets’ wettability

图7 NFEAL和NFCEAL条件下的铣削力与温度

Fig.7 Milling force and temperature under NFEAL and NFCEAL conditions

图8 NFEAL和NFCEAL条件下的刀具后刀面磨损

Fig.8 Tool flank wear under NFEAL and NFCEAL conditions

表2 评价指标数据

Tab.2 Evaluation index data

润滑条件	铣削力/N	铣削温度/°C	后刀面磨损/μm
GONFEAL	44.35	34.05	18.41
GWNFEAL	48.89	32.95	15.05
NFCEAL（2∶1）	42.80	34.01	7.84
NFCEAL（1∶1）	42.75	34.55	9.60
NFCEAL（1∶2）	44.90	34.41	12.26
NFCEAL（1∶3）	45.16	36.19	9.83

表3 熵权-TOPSIS评价结果

Tab.3 Entropy weight-TOPSIS evaluation results

润滑条件	S_i⁺	S_i^-	R	排序
GONFEAL	0.1255	0.0152	0.1078	6
GWNFEAL	0.0856	0.0418	0.3280	5
NFCEAL（2∶1）	0	0.1269	1.0000	1
NFCEAL（1∶1）	0.0209	0.1062	0.8356	2
NFCEAL（1∶2）	0.0525	0.0742	0.5857	4
NFCEAL（1∶3）	0.0236	0.1023	0.8125	3

图9 NFEAL和NFCEAL在加工中的冷却润滑机制

Fig.9 Cooling and lubrication mechanisms of NFEAL and NFCEAL during processing

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