引用論文

Wu, H., Liu, J., Ji, C. et al. Eco-friendly Grinding: A Bibliometric and Knowledge Map Analysis. Chin. J. Mech. Eng. 38, 41 (2025). https://doi.org/10.1186/s10033-025-01198-7

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關于文章

01

研究背景及目的

隨著制造業(yè)整體向綠色轉(zhuǎn)型，磨削作為其中的高精度加工方法，如何實現(xiàn)磨削加工的綠色轉(zhuǎn)型，已經(jīng)成為了學術界和工業(yè)界的關注要點。然而，近年來關于綠色磨削的研究不斷增加并且多樣化，特別是相關技術機理與發(fā)展現(xiàn)狀尚不明晰。

02

試驗方法

本文使用計量學方法對近十五年（2008-2023）年間發(fā)表在WOS上的相關文獻進行了分析。

Figure 1 (a)Green development planning diagram[1], (b)Industry cost breakdown, (c)Detailed manufacturing cost distribution diagram

Figure 2 Paper framework diagram

Figure 3 Global publication trends on environmentally friendly grinding from 2008 to 2023

03

結(jié)果

發(fā)現(xiàn)中國發(fā)文量最高（45.38%），印度其次（17.44%）。從事相關的機構(gòu)主要集中在中國、印度和巴西。發(fā)文量排名前十的期刊中，70%的期刊屬于Q2及以上。除了機構(gòu)和期刊之外，還分析了該研究領域最有前途的作者和文獻。分析得出，目前熱點領域是MQL磨削以及相關改進技術。通過熱點研究全面回顧了MQL技術的發(fā)展路線，揭示了生物潤滑劑和納米粒子作用機理以及對加工性能的影響規(guī)律，進一步地揭示了多能場霧化機理，液滴浸潤能力以及對加工性能影響。

Figure 4 (a) Visualization map of international collaboration among countries/regions; (b) Citation network visualization map generated using VOSviewer for different countries/regions. The number of lines reflects the strength of citations

04

結(jié)論

(1)出版趨勢：環(huán)保研磨相關出版物數(shù)量逐年增加，平均增長率為 8.34%。在出版該主題的 118 個國家中，中國以 45.38% 的出版物數(shù)量領先，其次是印度，占 17.44%。該領域的領先機構(gòu)位于中國、印度和巴西。巴西的 BIANCHI EC 出版物數(shù)量最多（81 篇），而中國的 LI CH 出版物數(shù)量為 80 篇，H/G 指數(shù)最高，分別為 48 和 80。此外，按出版量排名前十的期刊中有 70% 的排名為 Q2 或更高。

(2) 關鍵詞分析：“MQL”作為關鍵詞出現(xiàn)337次，引用次數(shù)最多的論文與MQL有關，凸顯了其在2008年至2023年期間作為環(huán)保磨削技術的突出地位。其他熱門關鍵詞，如“植物油”和“納米流體”，反映了人們對這些技術的研究興趣日益濃厚。

(3) 生物潤滑劑：生物潤滑劑由于其脂肪酸含量高，具有出色的冷卻和潤滑作用，脂肪酸可通過與金屬表面的皂化反應形成潤滑膜。脂肪酸可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。雖然不飽和脂肪酸具有更好的粘度和表面張力，但它們的C=C雙鍵容易氧化，導致性能下降。長鏈脂肪酸由于分子間內(nèi)聚力更高，可以產(chǎn)生更強的潤滑膜；例如，菜籽油（C22）的性能優(yōu)于大豆油（C18）。對于飽和脂肪酸，當碳鏈達到 16 個原子時，潤滑效果達到穩(wěn)定狀態(tài)。混合不同粘度的生物潤滑劑可以提高性能；例如，與單獨使用蓖麻油相比，大豆油和蓖麻油的 1:1 混合物在研磨 GH4169 時可將切向研磨力降低 27%。

(4) 生物潤滑劑中的納米顆粒：在植物基潤滑劑中添加納米顆粒可以改善潤滑和散熱。不同的納米顆粒形狀對潤滑的影響不同。球形納米顆粒傾向于形成軸承狀結(jié)構(gòu)，而洋蔥狀納米顆粒在滾動時會脫落層，層狀納米顆粒通過層剪切增強潤滑。MoS2 和 CNT 混合物（2:1）通過解決 MoS2 的失效傾向和 CNT 聚集來改善潤滑劑性能，從而提高穩(wěn)定性和有效性。

（5）基于MQL的先進技術：為了解決極端邊界條件，已經(jīng)開發(fā)了各種基于MQL的方法。在CMQL中，植物油液滴的表面張力在低溫下上升，降低了磨削區(qū)的潤濕性，但增加了潤滑劑的粘度和油膜厚度，從而提高了負載能力，防止了工具故障，并減少了表面燒傷。靜電增強更有效地分散液滴，降低表面張力和接觸角以提高潤濕性。超聲波輔助MQL分散霧滴，驅(qū)使納米顆粒撞擊加工表面并提高表面質(zhì)量。磁場增強將納米顆粒引導到磨削區(qū)；例如，在鈦合金上使用Fe3O4和GR混合物（2：1）可以將磨削力降低高達30％，從而提高效率和表面質(zhì)量。

（6）干磨削和固體潤滑：砂輪表面形貌和固體潤滑劑涂層的進步降低了干磨削和固體潤滑磨削中的磨削力。在磨削碳鋼時，熱管輪可使磨削溫度降低高達 50%。然而，它們對加工高難度材料的有效性尚未在已發(fā)表的研究中得到證實。

05

前景與應用

綠色磨削技術的研究已經(jīng)持續(xù)了幾十年。自上個世紀以來，已經(jīng)提出了超聲輔助干磨、固體潤滑磨削、液氮冷卻、低溫氣流沖擊冷卻和MQL磨削等方法。由于設備、成本和精度等因素，MQL磨削已成為工業(yè)中應用最廣泛的技術。基于目前的進展，MQL及其相關技術有望引領未來的綠色磨削創(chuàng)新。潛在的研究方向包括：

（1）優(yōu)化MQL基礎液：常用作MQL基礎液的植物油由于C=C雙鍵在高溫下易分解，導致潤滑性能不穩(wěn)定。在這些流體中添加納米顆粒可以提高磨削性能，因為不同的納米顆粒具有不同的優(yōu)勢。建立一個數(shù)據(jù)庫來指導最佳納米顆粒的選擇，考慮到CGN的高減摩性但滲透性有限等因素，對于推進MQL技術至關重要。

（2）多能量場強化：不同的加工方法和材料需要特定的加工參數(shù)，尤其是難加工材料。將這些參數(shù)與能量場強化相匹配是一個值得探索的領域。如何平衡低溫磨削中的強化冷卻效果與工件材料中可能出現(xiàn)的復雜應力誘導反應。需要定量評估超低溫冷卻對材料性能的影響，并確定超低溫介質(zhì)影響不同材料的閾值。在靜電強化中，高壓靜電可以改變表面晶體，但影響這些變化的參數(shù)仍不清楚。磁場強化也是一個相對較新的領域，研究有限。未來的研究應致力于確定磁場強化的最佳邊界條件，從而提高加工難加工材料的效率和質(zhì)量。

06

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[1] M Aria, C Cuccurullo. An R-tool for comprehensive science mapping analysis. Journal of Informetrics, 2017, 11 (4): 959-975.

[2] N J van Eck, L Waltman. Citation-based clustering of publications using CitNetExplorer and VOSviewer. Scientometrics, 2017, 111 (2): 1053-1070.

[3] S Sugimoto, T Niwa, Y Nakanishi, et al. Novel Ultra-Cryo Milling and Co-grinding Technique in Liquid Nitrogen to Produce Dissolution-Enhanced Nanoparticles for Poorly Water-Soluble Drugs. Chemical & Pharmaceutical Bulletin, 2012, 60 (3): 325-333.

[4] W Xu, C Li, Y Zhang, et al. Electrostatic atomization minimum quantity lubrication machining: from mechanism to application. International Journal of Extreme Manufacturing, 2022, 4 (4): 042003.

[5] X Cui, C Li, M Yang, et al. Enhanced grindability and mechanism in the magnetic traction nanolubricant grinding of Ti-6Al-4 V. Tribology International, 2023, 186: 108603.

關于作者

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作者團隊介紹

李長河（通訊作者），博士、二級教授、博士生導師，俄羅斯工程院外籍院士、山東省泰山學者特聘專家、山東優(yōu)秀發(fā)明家、山東省優(yōu)秀科技工作者，中國高被引學者、全球高被引科學家、斯坦福大學終身科學影響力排行榜和2023年度全球前2％頂尖科學家，中國機械工程學會磨粒加工委員會委員、中國機械工程學會光整加工委員會理事、Intelligent and Sustainable Manufacturing創(chuàng)刊主編，Chinese Journal of Mechanical Engineering副主編，山東省教學名師、山東省優(yōu)秀研究生指導教師、寶鋼優(yōu)秀教師、全國挑戰(zhàn)杯優(yōu)秀指導教師、青島市勞動模范。主要從事智能與高端裝備、準干式制造等方面的研究工作。連續(xù)承擔國家自然科學基金面上項目5項，國家重點研發(fā)計劃課題3項，國家機床重大專項課題1項，山東省重大科技創(chuàng)新工程項目1項、山東省重點研發(fā)計劃4項、山東省自然科學基金4項、青島市科技計劃項目5項。其中3項國家自然科學基金面上項目被遴選為機械工程領域國家自然科學基金優(yōu)秀結(jié)題項目。

發(fā)表SCI/EI收錄論文251篇，其中SCI/JCR(1-2)區(qū)81篇，并有63篇ESI高被引論文，20篇熱點論文，總被引14000余次，h指數(shù)70；入選2022年國內(nèi)學者學術影響力排行榜第25名（機械工程領域全國僅70人），2023年國內(nèi)學者學術影響力排行榜第10名（機械工程領域全國僅43人），在國內(nèi)外同領域具有較高學術地位和知名度。出版專著5部，主編教材9部。以“納米流體微量潤滑”為主題詞在谷歌學術檢索，總篇數(shù)中50%來自本項目團隊。獲得美國、韓國、澳大利亞等發(fā)明專利授權69項，PCT國際專利57項，國家發(fā)明專利授權137項，軟件著作權59項。

獲得中國專利優(yōu)秀獎6項、山東省技術發(fā)明1等獎、山東省高等教育教學成果1等獎4項，山東省自然科學2等獎，山東省技術發(fā)明2等獎、教育部高等學校科學研究優(yōu)秀成果2等獎，山東省專利1等獎3項；此外，還獲得中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術1等獎2項、中國產(chǎn)學研合作創(chuàng)新成果1等獎、中國循環(huán)經(jīng)濟協(xié)會科技獎1等獎，中國機械工業(yè)科學技術2等獎，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會技術發(fā)明2等獎，山東高等學校優(yōu)秀科研成果1等獎4項，青島市科技進步1等獎等科研教學獎勵20余項。

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[1] ZHANG YB, GONG P, TANG LZ, et al. Topography Modeling of Surface Grinding Based on Random Abrasives and Performance Evaluation[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2024, 37(1): 93.

[2] YANG M, MA H, LI ZH, et al. Force model in electrostatic atomization minimum quantity lubrication milling GH4169 and performance evaluation[J]. Frontiers of Mechanical Engineering, 2024, 19(4): 28.

[3] XU WH, LI CH, CUI X, et al. Atomization mechanism and machinability evaluation with electrically charged nanolubricant grinding of GH4169[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2023, 106: 480-493.

[4] LI BK, DING WF, ZHU YJ, et al. Thermal analysis on profile grinding of turbine disc slots of powder metallurgy superalloy FGH96[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2024, 159: 108207.

[5] GAO T, XU PM, WANG W, et al. Force model of ultrasonic empowered minimum quantity lubrication grinding CFRP[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2024, 280: 109522.

作 者：吳 浩

責任編輯：謝雅潔

責任校對： 向映姣

審 核：張 強

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