一種納米磁性切削液及其制備和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米磁性切削液及其制備和應(yīng)用，切削液原料包括Fe3O4納米磁顆粒、表面活性劑、機(jī)械基礎(chǔ)油。制備：在無氧環(huán)境下，將Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑混合，攪拌充分使磁顆粒被充分包裹，再加入機(jī)械基礎(chǔ)油，攪拌均勻，濾除沉降物，即得。應(yīng)用于銑削鈦合金。本發(fā)明使刀具切削區(qū)的切削阻力、刀具損耗等指標(biāo)均大幅度降低，加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，因而具有較高的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
【專利說明】一種納米磁性切削液及其制備和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于切削液及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種納米磁性切削液及其制備和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在切削鈦合金時(shí)，常采用的冷卻/潤(rùn)滑方式有水基、氮?dú)饨橘|(zhì)、空氣油霧介質(zhì)、氮?dú)庥挽F介質(zhì)、低溫氮?dú)馍淞?、微量?rùn)滑、過熱水蒸氣等。在高切削溫度產(chǎn)生蒸汽的阻擋下，切削冷卻液往往不能到達(dá)刀尖部位，對(duì)刀具磨損的抑制作用不能有效發(fā)揮，使傳統(tǒng)的冷卻潤(rùn)滑方法往往并不能取得預(yù)期的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種納米磁性切削液及其制備和應(yīng)用，本發(fā)明的納米磁性切削液和現(xiàn)有油基切削液相比，其切削區(qū)的切削阻力、刀具損耗等指標(biāo)均大幅度降低，加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，因而具有較高的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
[0004]本發(fā)明的一種納米磁性切削液，所述切屑液原料包括Fe3O4納米磁顆粒、表面活性齊U、機(jī)械基礎(chǔ)油，其中Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑約l-2g:2-5ml混合，穩(wěn)定溶液(Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑的總和)與機(jī)械基礎(chǔ)油的體積比為1:15到1:5。所述表面活性劑為油酸C18H3402。所述Fe3O4納米磁顆粒為親油性Fe3O4納米磁顆粒；機(jī)械基礎(chǔ)油為5號(hào)白油、32號(hào)機(jī)械基礎(chǔ)油等。
[0005]所述親油性Fe3O4納米磁顆粒的粒徑為10_20nm。
[0006]本發(fā)明的一種納米磁性切削液的制備方法，包括:
[0007]無氧條件下，將Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑混合，攪拌充分使磁顆粒被充分包裹，再加入機(jī)械基礎(chǔ)油，攪拌均勻，濾除沉降物，即得納米磁性切削液。
[0008]所述攪拌充分的時(shí)間為3-10h。
[0009]本發(fā)明的納米磁性切削液的應(yīng)用，其特征在于:納米磁性切削液用于銑削鈦合金，韋先削參數(shù)采用主軸轉(zhuǎn)速1000r/min?5000r/min,根據(jù)粗加工與精加工要求設(shè)定相應(yīng)的進(jìn)給量和背吃刀量。切削液噴嘴指向刀具的前刀面，壓力約為0.15MPa，常溫，出油量約為19L/min。外界施加與刀具前刀面滑痕垂直的梯度磁場(chǎng)，效果更佳。
_0] 有益.效果
[0011]本發(fā)明的納米磁性切削液和現(xiàn)有油基切削液相比，其切削區(qū)的切削阻力、刀具損耗等指標(biāo)均大幅度降低，加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，因而具有較高的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)框圖；
[0013]圖2為不同條件下50Hz處的幅值；
[0014]圖3為刀片前、后刀面在不同切削液條件下的SEM照片，其中(a)為純5號(hào)白油切削液條件下刀具的刃口磨損情況，(b)含有Fe3O4納米磁顆粒的5號(hào)白油條件下刀具的磨損情況，(c)使用(b)同樣濃度的切削液，再施加梯度磁場(chǎng)的磨損情況。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0016]實(shí)施例1
[0017]將Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑混合，攪拌充分使磁顆粒被充分包裹，再加入機(jī)械基礎(chǔ)油，攪拌均勻，濾除沉降物，即得納米磁性切削液，其中Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑約l:2(g:ml)混合,得到的穩(wěn)定溶液與機(jī)械基礎(chǔ)油的體積比為1:15。
[0018]實(shí)施例2
[0019]將Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑混合，攪拌充分使磁顆粒被充分包裹，再加入機(jī)械基礎(chǔ)油，攪拌均勻，濾除沉降物，即得納米磁性切削液，其中Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑約l:2(g:ml)混合,得到的穩(wěn)定溶液與機(jī)械基礎(chǔ)油的體積比為1:5。
[0020]實(shí)施例3
[0021 ] 分別對(duì)采用純機(jī)械基礎(chǔ)油、無外加磁場(chǎng)的納米磁性切削液和施加梯度磁場(chǎng)下的納米磁性切削液三種不同情況下的電流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。采用如圖1所示實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)，使用HFR-EKA霍爾電流傳感器采集銑床主軸電機(jī)的電流信號(hào)，采樣頻率為50000Hz，并將信號(hào)輸?shù)绞静ㄆ?，示波器型?hào)為Tektronix DP04034B。
[0022]實(shí)驗(yàn)采用電流法監(jiān)測(cè)銑削力，并結(jié)合傅里葉變換的信號(hào)處理方法，從含有各種噪聲信號(hào)的工作電流中提取出切削力特征，對(duì)刀具與工件之間的摩擦情況進(jìn)行分析。
[0023]切削在數(shù)控?fù)u臂銑床上完成，型號(hào)為)(K6325B，主軸電機(jī)為變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)，頻率為50Hz。采用Φ10的TIALN涂層硬質(zhì)合金刀，切削試樣為Ti6A14V。切削參數(shù)為轉(zhuǎn)速3000r/min，進(jìn)給量1500mm/min，背吃刀量1mm，順銑。切削液噴嘴指向刀具前刀面，出油量約為19L/min，常溫，壓力約為0.15MPa。
[0024]1.不同切削液條件下的切削力分析:
[0025]當(dāng)切削力發(fā)生變化時(shí)，必然會(huì)使電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩發(fā)生變化，驅(qū)動(dòng)力矩和輸入電機(jī)電流成比例關(guān)系。電流大小會(huì)直接影響傅里葉變換的諧波分量幅值。由此，我們可以根據(jù)電流信號(hào)傅里葉變換的諧波分量幅值大小來觀察機(jī)床刀具切削力的變化情況。
[0026]圖2為不同條件下50Hz處的幅值，可以看出采用納米磁性切削液的幅值總體較32號(hào)切削油低，而且標(biāo)準(zhǔn)差也較低。說明采用納米磁性切削液，主軸電機(jī)電流較小，其變化離散性也較小，電流穩(wěn)定。由此，可以推斷使用納米磁性切削液時(shí)，刀具與工件之間的銑削力較小，而且較穩(wěn)定。
[0027]同樣使用納米磁性切削液，在沒有外磁場(chǎng)作用和施加梯度磁場(chǎng)兩種情況下的潤(rùn)滑效果。從圖2可以看出沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，切削初期由于納米磁性切削液充分接觸切削加工部位，潤(rùn)滑效果明顯。但是，在實(shí)驗(yàn)編號(hào)為5到8之間，其電流信號(hào)傅里葉變換的諧波分量幅值比32號(hào)切削油的還要大，說明加工時(shí)，當(dāng)磁性微粒不能大量有效地到達(dá)切削部位，潤(rùn)滑效果下降。施加梯度磁場(chǎng)時(shí)，圖2顯示其幅值持續(xù)較低，說明能使其潤(rùn)滑效果持續(xù)穩(wěn)定。
[0028]2.刀具磨損與切削液條件的關(guān)系
[0029]將機(jī)械基礎(chǔ)油改為5號(hào)白油，其他的實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)方案與上相同。使用日本電子的JSM-6510掃描電鏡觀察三種條件下的刀具磨損情況，如圖3所示。
[0030]可看出銑削鈦合金相同加工量后，(a)純5號(hào)白油切削液條件下刀具的刃口磨損最嚴(yán)重，(b)含有Fe3O4納米磁顆粒的5號(hào)白油也有少量磨損，(C)使用(b)同樣濃度的切削液，再施加梯度磁場(chǎng)的磨損極少。
【權(quán)利要求】
1.一種納米磁性切削液，其特征在于:所述切屑液原料包括Fe3O4納米磁顆粒、表面活性劑、機(jī)械基礎(chǔ)油，其中Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑比例為l-2g:2-5ml，F(xiàn)e3O4納米磁顆粒與表面活性劑的總和與機(jī)械基礎(chǔ)油的體積比為1:15-1:5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米磁性切削液，其特征在于:所述表面活性劑為油酸。18成4〇2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米磁性切削液，其特征在于:所述Fe3O4納米磁顆粒的粒徑為10-20nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米磁性切削液，其特征在于:所述Fe3O4納米磁顆粒為親油性Fe3O4納米磁顆粒；機(jī)械基礎(chǔ)油為5號(hào)白油、32號(hào)機(jī)械基礎(chǔ)油中的一種。
5.—種如權(quán)利要求1-4任一所述的納米磁性切削液的制備方法，包括: 無氧條件下，將Fe3O4納米磁顆粒與表面活性劑混合，攪拌充分使磁顆粒被充分包裹，再加入機(jī)械基礎(chǔ)油，攪拌均勻，濾除沉降物，即得納米磁性切削液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的納米磁性切削液的應(yīng)用，其特征在于:納米磁性切削液用于纟先削鈦合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米磁性切削液的應(yīng)用，其特征在于:所述銑削鈦合金的具體工藝參數(shù)為:銑削參數(shù)采用主軸轉(zhuǎn)速1000r/min?5000r/min，切削液噴嘴指向刀具的前刀面，壓力約為0.15MPa，常溫，出油量約為19L/min，外界施加與刀具前刀面滑痕垂直的梯度磁場(chǎng)。
【文檔編號(hào)】C10M177/00GK104263466SQ201410440592
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】王靈玲 申請(qǐng)人:寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院