專利名稱：納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械加工中磨削液供給裝置，具體為一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微量潤(rùn)滑技術(shù)又稱MQL (Minimal Quantity Lubrication)技術(shù),他是將極微量的潤(rùn)滑液與具有一定壓力的壓縮空氣混合并霧化，噴射至磨削區(qū)，對(duì)砂輪與磨屑、砂輪與工件的接觸面進(jìn)行有效潤(rùn)滑。這一技術(shù)在保證有效潤(rùn)滑和冷卻效果的前提下，使用最小限度的磨削液(約為傳統(tǒng)澆注式潤(rùn)滑方式用量的千分之幾)，以降低成本和對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人體的傷害。納米射流微量潤(rùn)滑是基于強(qiáng)化換熱理論建立的，由強(qiáng)化換熱理論可知，固體的傳熱能力遠(yuǎn)大于液體和氣體。常溫下固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)要比流體材料大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在微量潤(rùn)滑介質(zhì)中添加固體粒子，可顯著增加流體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，提高對(duì)流熱傳遞的能力，極大彌補(bǔ)微量潤(rùn)滑冷卻能力不足的缺陷。此外，納米粒子(指尺寸為1-1OOnm的超細(xì)微小固體顆粒)在潤(rùn)滑與摩擦學(xué)方面還具有特殊的抗磨減摩和高承載能力等摩擦學(xué)特性。納米射流微量潤(rùn)滑就是將納米級(jí)固體粒子加入微量潤(rùn)滑流體介質(zhì)中制成納米流體，即納米粒子、潤(rùn)滑劑(油、或油水混合物)與高壓氣體混合霧化后以射流形式噴入磨削區(qū)。實(shí)用新型人對(duì)微量潤(rùn)滑磨削供給系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究成果已申請(qǐng)了相關(guān)的專利，由實(shí)用新型設(shè)計(jì)人申請(qǐng)的實(shí)用新型專利，申請(qǐng)?zhí)?201210153801.2公開了一種納米粒子射流微量潤(rùn)滑磨削潤(rùn)滑劑供給系統(tǒng)，它將納米級(jí)固體粒子加入可降解的磨削液中制成微量潤(rùn)滑磨削的潤(rùn)滑劑，由微量供給裝置將潤(rùn)滑劑變?yōu)榫哂泄潭▔毫?、脈沖頻率可變、液滴直徑不變的脈沖液滴，在高壓氣體產(chǎn)生的空氣隔離層作用下以射流形式噴入磨削區(qū)。但它不是采用靜電霧化的形成產(chǎn)生射流可控的微細(xì)液滴，霧化原理和液滴控制方式不同；申請(qǐng)?zhí)?201110221543.2的實(shí)用新型專利公開了一種納米粒子射流微量潤(rùn)滑磨削三相流供給系統(tǒng)，將納米流體經(jīng)液路輸送至噴嘴處，同時(shí)高壓氣體經(jīng)氣路進(jìn)入噴嘴，高壓氣體與納米流體在噴嘴混合室中充分混合霧化，經(jīng)加速室加速后進(jìn)入渦流室，同時(shí)壓縮氣體經(jīng)渦流室通氣孔進(jìn)入，使三相流進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)混合并加速，然后三相流以霧化液滴的形式經(jīng)噴嘴出口噴射至磨削區(qū)。但公開的技術(shù)方案中也不是采用靜電霧化的原理形成帶電荷的微細(xì)霧滴，更不能做到射流可控，霧化原理和液滴控制方式均不同。目前，微量潤(rùn)滑磨削中微量潤(rùn)滑劑在高壓氣體的攜帶作用下還不能實(shí)現(xiàn)有效可控的注入磨削區(qū)，即砂輪/工件界面的楔形區(qū)域，因此，納米射流會(huì)散發(fā)到周圍環(huán)境中?，F(xiàn)如今我們正高度關(guān)注著在使用微量潤(rùn)滑加工時(shí)潤(rùn)滑液與冷卻液對(duì)操作人員健康的影響，如，操作人員會(huì)得各種各樣的呼吸系統(tǒng)疾病，包括職業(yè)性氣喘、過敏性肺炎、肺功能喪失和皮膚病如過敏、油痤瘡、和皮膚癌等。微量潤(rùn)滑的工業(yè)關(guān)注點(diǎn)是以空氣為動(dòng)力的霧滴給操作人員帶來的潛在健康危害。在微量潤(rùn)滑以壓縮空氣為動(dòng)力的噴射中霧滴噴射出以后不再受到約束，其運(yùn)動(dòng)不再可控，會(huì)發(fā)生擴(kuò)散、漂移等一系列問題。然而這些問題的出現(xiàn)會(huì)使顆粒微小的霧滴擴(kuò)散到工作環(huán)境中，不僅對(duì)環(huán)境造成了極大的污染而且會(huì)對(duì)工作人員造成極大的健康危害。當(dāng)霧滴的大小小于4μπι甚至能引起各種各樣的職業(yè)病。根據(jù)實(shí)際報(bào)道即使短時(shí)間暴露在這種環(huán)境下也可能損壞肺功能。為此美國(guó)職業(yè)安全健康研究所建議礦物油霧滴的暴露極限濃度為0.5mg/m3。為了確保工作人員的健康，必須對(duì)微量潤(rùn)滑過程中微小液滴加以控制，減少擴(kuò)散量。然而從目前檢索的文獻(xiàn)來看，對(duì)于此方面的研究還未見報(bào)道，因此對(duì)于上述問題的研究迫在眉睫?；谶@樣的現(xiàn)狀我們進(jìn)行了對(duì)微量潤(rùn)滑過程中微小霧滴的可控分布進(jìn)行了探索。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為在一定程度上解決上述問題，提供了一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，通過靜電學(xué)原理可以使噴射的霧滴實(shí)現(xiàn)可控分布，能夠提高霧滴譜的均勻性、沉積效率和液體有效利用率，并且能夠有效的控制霧滴的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而降低對(duì)環(huán)境的污染，為工作人員提供了更好的健康保障。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，它包括磨削系統(tǒng)，磨削系統(tǒng)安裝有電暈荷電噴嘴，電暈荷電噴嘴的噴嘴體與供液系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)連接，噴嘴體下部的高壓直流靜電發(fā)生器與可調(diào)高壓直流電源的負(fù)極連接，可調(diào)高壓直流電源的正極與工件加電裝置連接，工件加電裝置附著于工件的不加工表面；納米流體磨削液通過供液系統(tǒng)送入電暈荷電噴嘴，同時(shí)供氣系統(tǒng)將壓縮空氣送入電暈荷電噴嘴,納米流體磨削液由壓縮空氣帶動(dòng)從噴嘴體出口噴出霧化的同時(shí)被高壓直流靜電發(fā)生器荷電為可控射流，在電場(chǎng)力及氣動(dòng)力的作用下可控的分布到加工工件的磨削區(qū)。所述高壓直流靜電發(fā)生器包括安裝在電暈荷電噴嘴下部的電極托盤，電極托盤由絕緣材料制成，沿其圓周陣列多個(gè)電極插槽，針狀電極安裝在電極插槽內(nèi)；在電極托盤中徑處開有電線槽，其內(nèi)安裝高壓電線，且在電極托盤上開有一個(gè)高壓電線托盤接出通孔，各針狀電極均與高壓電線連接，高壓電線與可調(diào)高壓直流電源負(fù)極連接；電極托盤下部是定位螺紋環(huán)，定位螺紋采用陶瓷材料制成，帶有與電暈荷電噴嘴配合的外螺紋，對(duì)電極托盤進(jìn)行定位。所述工件加電裝置包括工件加電裝置絕緣殼體、壓鐵、永磁鐵、壓緊彈簧；永磁鐵安裝在工件加電裝置絕緣殼體周邊；在工件加電裝置絕緣殼體中部有開口，壓鐵從一端伸出工件加電裝置絕緣殼體并套裝壓緊彈簧；在壓鐵上開有開口銷插槽，用于插入開口銷，壓鐵與可調(diào)高壓直流電源的正極連接。所述可調(diào)高壓直流電源包括變壓器，變壓器初級(jí)與交流電源連接，次級(jí)的兩個(gè)線分別作為直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇l和直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇l與自激振蕩電路連接，自激振蕩電路與功率放大電路、高頻脈沖升壓器以及倍壓整流電路、恒流自動(dòng)控制電路連接，恒流自動(dòng)控制電路與直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2連接，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2與功率放大單元連接；可調(diào)高壓直流電源的可調(diào)電壓范圍在2KV到120KV之間；直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇l作為自激振蕩電路的工作電壓，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2是功率轉(zhuǎn)換的主要能源，脈沖信號(hào)由自激振蕩電路獲得，經(jīng)功率放大電路放大后，在高頻脈沖升壓器的升壓下，最終輸出高壓信號(hào)，經(jīng)倍壓整流電路從而輸出直流高壓；恒流自動(dòng)控制電路自動(dòng)對(duì)倍壓整流電路的靜電工作電流取樣，在恒流時(shí)，當(dāng)工作負(fù)載正常加大時(shí)，不會(huì)引起工作電流的上升；當(dāng)外負(fù)載超過允許電流時(shí)，自激振蕩電路停震，高壓被截止。所述霧化的納米流體磨削液在針狀電極電暈放電的漂移區(qū)與漂移的電子碰撞從而荷電，液滴荷電后在電場(chǎng)力、氣動(dòng)力和重力作用下可控的噴向工件表面。所述針狀電極與電極插槽間是過盈配合，通過絕緣材料的彈性變形力夾緊針狀電極。所述針狀電極的放電尖端半徑為0.5mm,極間距為20—30cm,起暈電壓范圍為15.2848—16.2064KV。所述噴嘴體的噴嘴角度保持在30°到45°，噴嘴體出口與工件的噴射距離為20_30cm。所述霧滴電暈荷電的荷電量計(jì)算公式如下:
權(quán)利要求1.一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，它包括磨削系統(tǒng)，磨削系統(tǒng)安裝有電暈荷電噴嘴，電暈荷電噴嘴的噴嘴體與供液系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)連接，噴嘴體下部的高壓直流靜電發(fā)生器與可調(diào)高壓直流電源的負(fù)極連接，可調(diào)高壓直流電源的正極與工件加電裝置連接，工件加電裝置附著于工件的不加工表面；納米流體磨削液通過供液系統(tǒng)送入電暈荷電噴嘴，同時(shí)供氣系統(tǒng)將壓縮空氣送入電暈荷電噴嘴，納米流體磨削液由壓縮空氣帶動(dòng)從噴嘴體出口噴出霧化的同時(shí)被高壓直流靜電發(fā)生器荷電為可控射流，在電場(chǎng)力及氣動(dòng)力的作用下可控的分布到加工工件的磨削區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述高壓直流靜電發(fā)生器包括安裝在電暈荷電噴嘴下部的電極托盤，電極托盤由絕緣材料制成，沿其圓周陣列多個(gè)電極插槽，針狀電極安裝在電極插槽內(nèi)；在電極托盤中徑處開有電線槽，其內(nèi)安裝高壓電線，且在電極托盤上開有一個(gè)高壓電線托盤接出通孔，各針狀電極均與高壓電線連接，高壓電線與可調(diào)高壓直流電源負(fù)極連接；電極托盤下部是定位螺紋環(huán)，定位螺紋采用陶瓷材料制成，帶有與電暈荷電噴嘴配合的外螺紋，對(duì)電極托盤進(jìn)行定位。
3.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述工件加電裝置包括工件加電裝置絕緣殼體、壓鐵、永磁鐵、壓緊彈簧；永磁鐵安裝在工件加電裝置絕緣殼體周邊；在工件加電裝置絕緣殼體中部有開口，壓鐵從一端伸出工件加電裝置絕緣殼體并套裝壓緊彈簧；在壓鐵上開有開口銷插槽，用于插入開口銷，壓鐵與可調(diào)高壓直流電源的正極連接。
4.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化·可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述可調(diào)高壓直流電源包括變壓器，變壓器初級(jí)與交流電源連接，次級(jí)的兩個(gè)線分別作為直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇l和直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇l與自激振蕩電路連接，自激振蕩電路與功率放大電路、高頻脈沖升壓器以及倍壓整流電路、恒流自動(dòng)控制電路連接，恒流自動(dòng)控制電路與直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2連接，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2與功率放大單元連接；可調(diào)高壓直流電源的可調(diào)電壓范圍在2KV到120KV之間；直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇l作為自激振蕩電路的工作電壓，直流穩(wěn)壓?jiǎn)卧猇2是功率轉(zhuǎn)換的主要能源，脈沖信號(hào)由自激振蕩電路獲得，經(jīng)功率放大電路放大后，在高頻脈沖升壓器的升壓下，最終輸出高壓信號(hào)，經(jīng)倍壓整流電路從而輸出直流高壓；恒流自動(dòng)控制電路自動(dòng)對(duì)倍壓整流電路的靜電工作電流取樣，在恒流時(shí)，當(dāng)工作負(fù)載正常加大時(shí)，不會(huì)引起工作電流的上升；當(dāng)外負(fù)載超過允許電流時(shí)，自激振蕩電路停震，高壓被截止。
5.如權(quán)利要求2所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述霧化的納米流體磨削液在針狀電極電暈放電的漂移區(qū)與漂移的電子碰撞從而荷電，液滴荷電后在電場(chǎng)力、氣動(dòng)力和重力作用下可控的噴向工件表面。
6.如權(quán)利要求2所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述針狀電極與電極插槽間是過盈配合，通過絕緣材料的彈性變形力夾緊針狀電極。
7.如權(quán)利要求2或6所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述針狀電極的放電尖端半徑為0.5mm，極間距為20-30cm，起暈電壓范圍為15.2848—16.2064KV。
8.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述噴嘴體的噴嘴角度保持在30°到45°，噴嘴體出口與工件的噴射距離為20— 30cm。
9.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述霧滴電暈荷電的荷電量計(jì)算公式如下:
10.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述供液系統(tǒng)通過納米流體輸送蛇形管與噴嘴體連接，供氣系統(tǒng)通過壓縮氣體輸送蛇形管與噴嘴體連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤(rùn)滑磨削系統(tǒng)，通過靜電學(xué)原理可以使噴射的霧滴實(shí)現(xiàn)可控分布，從而降低對(duì)環(huán)境的污染，為工作人員提供了更好的健康保障。其磨削系統(tǒng)安裝有電暈荷電噴嘴，電暈荷電噴嘴的噴嘴體與供液系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)連接，噴嘴體下部的高壓直流靜電發(fā)生器與可調(diào)高壓直流電源的負(fù)極連接，可調(diào)高壓直流電源的正極與工件加電裝置連接，工件加電裝置附著于工件的不加工表面；納米流體磨削液通過供液系統(tǒng)送入電暈荷電噴嘴，同時(shí)供氣系統(tǒng)將壓縮空氣送入電暈荷電噴嘴，納米流體磨削液由壓縮空氣帶動(dòng)從噴嘴體出口噴出霧化的同時(shí)被高壓直流靜電發(fā)生器荷電為可控射流，在電場(chǎng)力及氣動(dòng)力的作用下可控的分布到加工工件的磨削區(qū)。
文檔編號(hào)B24B55/03GK203045534SQ201320061299
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者賈東洲, 李長(zhǎng)河, 王勝, 張強(qiáng) 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)