磨削是一种典型的机械加工方法,在磨削过程中会伴随着磨削热和磨削力的产生。相对于钛合金等难加工材料,由于材料的导热系数较小,热量不能有效的向工件基体内部传输而积聚在砂轮和工件的接触界面,高的磨削温度容易使Ti元素与砂轮的发生化学反应,导致砂轮的快速磨损,并且高的磨削力也会易导致砂轮的塑性变形。所以在磨削过程中,向磨削区提供有效的冷却润滑介质是非常重要的。《中国制造2025》和“十三五”先进制造技术领域都明确提出将绿色制造工程作为重点建设工程之一,低碳制造已经势在必行。纳米流体微量润滑作为绿色低碳环保的磨削液供给方式,国内外学者对此做出了大量的研究。但是纳米流体微量润滑仍然存在着换热不足的技术瓶颈,当对难加工材料进行加工时,磨削烧伤现象仍有发生。低温冷风技术已经在金属加工过程中得到了广泛的应用,虽然低温冷风有较强的换热能力,但是其润滑效果欠佳,工件质量难以得到保证。借鉴低温冷风强化换热的能力和纳米流体优越的润滑性能,本文提出将高速低温气体代替纳米流体微量润滑方式所使用的常温压缩空气,进一步提高纳米流体微量润滑的强化换热能力。高速低温空气由其强迫对流起到降温和清除磨屑的效果,而纳米流体由于良好的抗磨减磨特性从而起到优异润滑的效果。主要研究内容如下:(1)基于对工件材料磨削机理的分析,建立了磨削热产热模型、传热模型和能量分配模型,并研究了磨削性能表征参数。(2)对钛合金在不同工况下的磨削机理进行了分析,首先通过正交实验方法对磨削参数进行合理的设计,通过对各项磨削性能表征参数进行信噪比及灰色关联度分析得出较优的磨削实验参数。然后对优化后的磨削实验参数从表面轮廓支撑率、工件表面微观形貌、材料去除参数值和比磨削能等方面进行实验验证,得到了最优的磨削参数。(3)对低温气体雾化纳米流体微量润滑实验平台进行方案设计。本文通过对常温气体制冷装置、纳米流体微量供给装置、气体流量分配控制装置及油气外混合雾化喷嘴装置的设计,从原理上进行了创新并且从结构上进行了改进,搭建完成了实验平台。(4)研究了低温气体雾化纳米流体微量润滑方式的磨削机理,并以低温冷风和纳米流体微量润滑两种传统冷却润滑方式进行对比,从磨削温度、磨削力、表面粗糙度、工件表面形貌及磨屑形态等磨削性能表征参数进行分析,通过实验证实了低温气体雾化纳米流体微量润滑是一种更好的冷却润滑方式。(5)研究了低温气体雾化纳米流体微量润滑方式的强化换热机理,建立沸腾换热模型和温度场模型。采用线型插值法计算得出沸腾换热系数,采用有限差分法对温度场进行建模和仿真。通过对仿真温度与实验温度的对比分析,验证所建模型的合理性。并且对低温气体雾化纳米流体微量润滑工况下已加工工件表面和磨屑表面微观形貌进一步分析,证实了磨粒与工件界面、磨粒与磨屑界面毛细管现象存在的条件。