碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)由于其高比强度和高比刚度等优点,在航空航天、轨道交通和国防军工等领域的先进结构中得到了广泛应用。CFRP结构构件通常采用近净成形技术制造,为了达到预期精度、表面质量和装配要求,仍需后续的二次加工。然而由于碳纤维与树脂基体力学性能的显著差异,使得CFRP复合材料构件的加工难度大,属于典型的难加工材料。而且由于树脂基体的吸湿性会导致CFRP复合材料吸水膨胀,严重影响其力学性能,这就限制了浇注式冷却润滑在CFRP复合材料磨削加工的应用,因此目前大多数采用干式磨削加工。然而干式磨削加工CFRP复合材料通常会造成砂轮堵塞和各种损伤,如纤维拔出、纤维断裂、树脂涂覆、界面开裂、纤维基体脱粘和分层。所以,以上浇注式润滑和干切削的技术瓶颈严重限制了CFRP复合材料在高端装备制造领域中的应用。围绕以上高端装备制造领域的重大需求与技术瓶颈,提出了基于纳米流体微量润滑技术(Nanofluids Minimum Quantity Lubrication,NMQL)的CFRP复合材料高质高效低损伤绿色加工策略,首先针对树脂基体对温度敏感的问题确定了CNTs纳米流体,并通过分散机理分析和实验研究优选表面活性剂以解决CNTs易团聚的瓶颈。研究了CFRP复合材料的单颗磨粒切削材料去除机理,以此为基础建立了不同润滑条件下的力学模型并进行了实验验证。进一步对不同润滑工况磨削CFRP复合材料表面质量、形貌特征和加工损伤进行了工艺研究与实验评价。本文主要研究工作包括以下内容:(1)研究了不同类型表面活性剂的分散性能,对比了不同种类表面活性剂的分子结构和理化性质对其分散机理的影响。从空间位垒效应、反胶团效应、烃链亲油性、色散力和协同效应方面,研究了不同类型表面活性剂对CNTs纳米流体的分散作用机理。并进行了分散剂优选实验,从添加不同表面活性剂的CNTs纳米流体分散稳定性和粘度等方面进行了评价。(2)揭示了不同加工参数对切削区的几何学影响规律,研究了切削区几何学特征随切削用量的变化规律。揭示了细观角度单颗磨粒切削碳纤维复合材料的材料去除机理,建立了基于在整个切削弧长上不同阶段磨粒与碳纤维的接触状态的不同的四种接触模型和切削模型,分别为磨粒尖端钝圆锥与碳纤维的Hertz接触模型,磨粒对碳纤维断面的挤压模型,磨粒与碳纤维的椭圆域局部接触模型和单纤维切削模型。(3)揭示了切削弧长上不同阶段磨粒与碳纤维不同接触状态和材料去除行为,建立了考虑碳纤维排布的均匀随机性的整个切削弧长上单颗磨粒切削碳纤维复合材料力学模型。考虑润滑条件对摩擦力的影响,进行了不同润滑工况下金刚石材料和CFRP复合材料为摩擦副的摩擦磨损实验,获得了力学模型中所需的不同润滑条件的摩擦系数进而求出不同阶段单颗磨粒与CFRP复合材料之间的摩擦力。最后将单颗磨粒切削力和摩擦力分解求得切向力和法向力,并开展了相应加工条件下的单颗磨粒磨削实验验证了切削力模型。(4)对比了表征粗糙度一般表面特征和使用性能的Ra、通过反应轮廓峰高表征纤维拔出现象的Rz和反应水平方向粗糙度特征的RSm。利用SEM定性分析了不同工况磨削CFRP表面微观形貌和细节加工缺陷与损伤。采用小波分析和小波分解能量分布比例分析了加工表面粗糙度信号和SEM图像在不同方向的高频纹理特征变化,定量表征了纤维(块状)拔出、纤维断裂、树脂基体涂覆、纤维与基体脱粘而形成加工凹坑等缺陷。(5)对比评价了不同润滑工况下磨削加工CFRP复合材料的表面形貌分形特征和砂轮堵塞情况。利用分形维数定量表征了加工表面不同维度下的整体分形特征。计算分析了磨削进给方向与纤维方向表面粗糙度轮廓曲线信号的二维分形维数,和不同放大倍数下SEM表面微观形貌信号的三维分形维数。建立了表面粗糙度轮廓曲线的多重分形谱,定性分析了不同工况下CFRP磨削表面的局部形貌特征;在建立多重分形谱的基础上计算了相应加工工况和工件表面不同方向上的谱宽和谱差,定量描述了加工表面形貌的局部特征。捕捉了不同润滑工况磨削CFRP复合材料后的砂轮表面图像,表征分析了不同润滑工况下的砂轮堵塞情况和砂轮表面油膜浸润铺展状态。