[发明专利]纳米粒子射流微量润滑磨削润滑剂供给系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种磨削加工领域中的磨削液微量供给方法和装置，具体是一种将磨削润滑剂输送到喷嘴，润滑剂液滴在压缩空气生成的空气隔离层作用下以较高速度喷射到磨削区，实现对磨削加工区域润滑冷却的微量润滑装置，即一种纳米粒子射流微量润滑磨削润滑剂供给系统。

背景技术

目前，磨削加工大量使用润滑剂，也称作浇注式磨削，对环境和工人健康伤害很大。由于环保要求，润滑剂的废液必须经过处理、达标后才能排放，废液处理耗资巨大，高达润滑剂成本的54％，使人们不得不对润滑剂作重新评价。德国对汽车制造厂作过调查，得到的结果是：工具费用只占加工成本的2％-4％；但与润滑剂有关的费用，却占成本的7％-17％，是工具费用的3-5倍。机械加工中的能量消耗，主轴运转需要的动力只占20％，与冷却润滑有关的能量消耗却占53％。这说明由于“环保和低碳”的要求，润滑剂的廉价优势已不存在，已经变成影响生产发展的障碍。

为保护环境、降低成本而有意识地完全停止使用润滑剂的干式磨削应运而生。干式磨削由于抛弃了润滑剂的使用，其环保方面的优势是不言而喻的。但由于磨削加工去除单位材料体积所消耗的能量远比铣削、车削、钻削等加工方法大得多，在砂轮/工件界面产生如此高的能量密度，仅有不到10％的热量被磨屑带走，这些传入工件的热量会聚集在表面层形成局部高温，因此在磨削加工中完全不使用润滑剂，不仅使加工工件表面质量恶化，而且砂轮使用寿命大幅度降低，甚至报废失效。

介于浇注式湿磨削和干式磨削之间的微量润滑技术是在确保润滑性能和冷却效果的前提下，使用最小限度的润滑剂。微量润滑是在高压气体中混入微量的润滑剂，靠高压气流(4.0-6.5bar)混合雾化后进入高温磨削区。传统的浇注式供液方式磨削液用量为单位砂轮宽度60L/h,而微量润滑的磨削液的消耗量仅为单位砂轮宽度30-100ml/h。高压气流起到冷却、排屑的作用，润滑剂黏附在工件的加工表面，形成一层保护膜，起到润滑的作用。该技术综合了浇注式磨削和干式磨削的优点，润滑效果与传统的浇注式磨削几乎没有区别。润滑剂一般采用植物油作为基础油的烷基酯，具有极好的生物降解性能、润滑性能以及粘度指数高、挥发性低、可再生、生产周期短、环境扩散少等特点，润滑剂的使用量只有传统加工方式的千分之几甚至万分之几，大大改善了工作环境，是一种高效低碳加工技术。可是，研究表明：高压气流的冷却效果很有限，满足不了高磨削区温度强化换热的需要，工件的加工质量和砂轮寿命比传统浇注式磨削明显降低，说明微量润滑技术还需要进一步改进与完善。

由强化换热理论可知，固体的传热能力远大于液体和气体。常温下固体材料的导热系数要比流体材料大几个数量级。悬浮有金属、非金属或聚合物固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大几十倍甚至上百倍。在微量润滑介质中添加固体粒子，可显著增加流体介质的导热系数，提高对流热传递的能力，极大弥补微量润滑冷却能力不足的缺陷。此外，纳米粒子（是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1-100nm）的超细微小固体颗粒）在润滑与摩擦学方面还具有特殊的抗磨减摩和高承载能力等摩擦学特性。

微量润滑润滑剂的制备方法是在纳米粒子和可降解的磨削液的混合液内添加烷基磺酸盐表面活性剂、硫酸二甲脂分散剂后，再采用1.6-2万次/分钟高频振动得到稳定的悬浮液。

纳米粒子是粒径小于100nm的石墨颗粒或者氧化铝、碳纳米管，金属，润滑剂中纳米粒子的体积含量为1%－30vol%，磨削液为可降解的润滑油或植物油。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题,提供一种纳米粒子射流微量润滑磨削润滑剂供给系统,它将纳米级固体粒子加入可降解的磨削液中制成微量润滑磨削的润滑剂，由微量供给装置将润滑剂变为具有固定压力、脉冲频率可变、液滴直径不变的脉冲液滴，在高压气体产生的空气隔离层作用下以射流形式喷入磨削区。它具有微量润滑技术的所有优点、并具有更强的冷却性能和优异摩擦学特性，有效解决了磨削烧伤，提高了工件表面质量，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产，具有举足轻重的意义。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案：