專利名稱：納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置。
背景技術(shù)：
金屬磨削過程中，砂輪與工件表面間的潤滑大多屬于邊界潤滑。在邊界潤滑條件下，并不是磨削液的使用量越多磨削效果越理想，而是存在一定的適合用量范圍。該用量范圍與磨削液的性能、砂輪特性、工件材料及表面的微觀形貌、表面粗糙度等因素有關(guān)，最大量為充滿砂輪與工件表面接觸區(qū)間隙工件表面的峰谷。在傳統(tǒng)澆注式磨削加工過程中磨削液使用量約為8400-9500ml/min，然而即使用這么大量的磨削液，但由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生“氣障層”阻礙磨削液的有效進(jìn)入，又由于磨削液流速低、壓力小等原因，使得最終進(jìn)入高溫高壓磨削區(qū)的有效流量率非常有限，傳統(tǒng)澆注式磨削中磨削液的利用率較低，僅為噴嘴流量的5%-40%。磨削液的成本不僅僅局限于它的生產(chǎn)和準(zhǔn)備的花費(fèi)，也包括維護(hù)、預(yù)處理和處理成本,所以大量磨削液的使用急劇增加了生產(chǎn)成本。據(jù)調(diào)查磨削液費(fèi)用占總生產(chǎn)成本的16%，對(duì)于難加工材料更是高達(dá)20%-30%，而刀具的費(fèi)用僅占總生產(chǎn)成本的2-4%。不但如此，磨削液的使用也會(huì)給環(huán)境和人體健康帶來危害，為了控制磨削液中細(xì)菌與真菌的滋生，大多磨削液中添加了殺菌劑，然而殺菌劑是高度致癌物質(zhì)，并具有很強(qiáng)的腐蝕性能，這對(duì)人體健康無疑是極大的威脅。為保護(hù)環(huán)境，降低成本而有意識(shí)的停止使用磨削液的干式磨削應(yīng)運(yùn)而生。在干式磨削中雖然避免了磨削液的使用，但是受到材料的限制，在很多工況下表現(xiàn)并不令人滿意。由于干式磨削不使用磨削液，必然會(huì)增大磨削區(qū)的摩擦力，從而產(chǎn)生大量的熱，然而在沒有磨削液冷卻、潤滑的情況下，通過刀具、工件和切屑帶出的熱量有限，故而會(huì)導(dǎo)致磨削區(qū)溫度過高。磨削區(qū)的高溫會(huì)損傷工件表面形態(tài)，影響表面精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒傷工件表面。同時(shí)干式磨削會(huì)產(chǎn)生大量微小的固體懸浮顆粒，這對(duì)于環(huán)境和人體健康危害極大。這些懸浮顆?？赡軐?dǎo)致肺炎、呼吸道感染、肺腫瘤、哮喘、過敏性皮炎、肺氣腫、娃肺病、慢性鈹塵病，石棉肺和塵肺等疾病。為了解決在干式磨削中，磨削區(qū)溫度過高造成工件表面惡化，甚至燒傷等問題，人們提出了微量潤滑。微量潤滑磨削加工就是利用壓縮空氣與微量的磨削液混合，通過噴嘴霧化后噴射到磨削區(qū)的冷卻潤滑方式，其中壓縮空氣能夠起到冷卻和排屑的作用，而磨削液會(huì)黏附到工件的表面生成摩擦油膜達(dá)到潤滑的效果。微量潤滑加工模式能夠最大限度的降低磨削液的使用，從而有效減小磨削液對(duì)環(huán)境和人體健康的影響，是一種無污染、環(huán)境友好型的綠色制造技術(shù)。采用微量潤滑技術(shù)對(duì)工件進(jìn)行磨削加工，工件表面有表面精度不理想甚至燒傷等問題，工件的加工質(zhì)量和砂輪壽命比傳統(tǒng)澆注式磨削明顯降低。這說明微量潤滑技術(shù)冷卻能力不足。由固體強(qiáng)化換熱理論可知，固體的導(dǎo)熱系數(shù)大于液體，液體的導(dǎo)熱系數(shù)大于氣體。納米粒子(< IOOnm)是介于宏觀物質(zhì)與微觀原子或分子之間的過度亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)與 宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而表現(xiàn)出一系列的特殊性質(zhì)。由于納米粒子的比表面積大，比表面能高，表面活性大，吸附作用強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在相同粒子體積含量下，納米粒子的表面積和熱容量遠(yuǎn)大于毫米或微米級(jí)的固體粒子，表I給出了納米粒子(以碳納米管為例)與其他材料的導(dǎo)熱系數(shù)的對(duì)比。表1是這種實(shí)施例中各種材料的換熱系數(shù)列表
權(quán)利要求1.一種納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，它包括納米流體供液裝置和壓縮空氣供給裝置，兩者分別通過納米流體輸送管和壓縮空氣輸送管與噴嘴連接，噴嘴與具有微凸體表面的工件間保持設(shè)定間距d和夾角α ;納米流體供液裝置和壓縮空氣供給裝置與控制裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，所述納米流體供液裝置包括:納米流體儲(chǔ)液罐，它與液壓泵連接，液壓泵與調(diào)壓閥II連接，調(diào)壓閥II通過節(jié)流閥II與渦輪流量計(jì)II連接，渦輪流量計(jì)II與噴嘴連接，液壓泵、渦輪流量計(jì)II與控制裝置連接。
3.如權(quán)利要求2所述的納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，所述調(diào)壓閥II還與溢流閥連接，溢流閥與納米流體回收箱連接。
4.如權(quán)利要求1所述的納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，所述壓縮空氣供給裝置包括:空氣壓縮機(jī)，它與過濾器連接，過濾器與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐與調(diào)壓閥I，調(diào)壓閥I與節(jié)流閥I連接，節(jié)流閥I與渦輪流量計(jì)I連接，渦輪流量計(jì)I與噴嘴連接；空氣壓縮機(jī)、渦輪流量計(jì)I與控制裝置連接。
5.如權(quán)利要求1所述的納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，所述間距d為15-25cm，噴嘴角度α定為15° -30°，噴嘴的噴射流量為2.5-3.0ml/mirio
6.如權(quán)利要求1所述的納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，所述納米流體輸送管和壓縮空氣輸送管通過磁力固定吸盤吸附固定在砂輪罩上。
7.如權(quán)利要求 1所述的納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置，其特征是，所述微凸體用加工表面粗糙度的評(píng)定參數(shù):&輪廓的算術(shù)平均偏差、Rz輪廓的最大高度、Rmr (O輪廓的支承長度率和RSm輪廓單元的平均寬度進(jìn)行表征；微凸體表面的粗糙度參數(shù)如下，Ra=0.05-12.5 μ m、Rz=0.1-25 μ m、RSm=0.025-0.8mm 和當(dāng) C 取為 Rz 的 60% 時(shí)Rmr=15%-70%o
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種納米粒子射流條件下工件表面微凸體油膜形成裝置,它利用納米粒子射流微量潤滑與工件表面微凸體耦合作用下，將納米流體在壓縮空氣作用下以較高速度噴射到磨削區(qū)，在有微凸體的工件表面上形成潤滑油膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削加工區(qū)域最大限度的冷卻與潤滑。納米粒子吸附在工件粗糙表面具有更強(qiáng)的冷卻性能和優(yōu)異摩擦學(xué)特性，有效解決了磨削燒傷，工件表面質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)高效、低耗、環(huán)境友好、資源節(jié)約的低碳綠色清潔生產(chǎn)。它包括納米流體供液裝置和壓縮空氣供給裝置，兩者分別通過納米流體輸送管和壓縮空氣輸送管與噴嘴連接，噴嘴與具有微凸體表面的工件間保持設(shè)定間距d和夾角α；納米流體供液裝置和壓縮空氣供給裝置與控制裝置連接。
文檔編號(hào)B24B55/03GK203141312SQ20132011978
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者賈東洲, 李長河, 王勝, 張強(qiáng) 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)