[发明专利]富勒烯纳米球粒子切削油的齿轮插削工艺使用方法

说明书

富勒烯纳米球粒子切削油的齿轮插削工艺使用方法，涉及机械加工方法和切削油。通过分散耦合方法制备富勒烯纳米球粒子切削油作为高性能齿轮钢切削油，施加在高性能齿轮钢的齿轮插削加工工艺中，刀具与工件接触面间滚动/滑动混合摩擦，降低切削力/切削热。富勒烯纳米球粒子切削油包含富勒烯纳米球粒子0.002％～0.038％；原切削油98.00％～99.48％；分散耦合剂0.50％～2.00％。主要用于齿轮插齿刀可实现的切削加工物理特性金属材质场景。富勒烯纳米球粒子随切削油渗入插齿刀具与工件或切屑接触面间，以滚代滑地改变原有摩擦作用形式，降低切削刀具前后刀面磨损，减少刀具崩刃现象、延缓刀具使用寿命，提高生产效率。

技术领域

本发明属于机械加工方法和切削油领域，具体是涉及一种富勒烯纳米球粒子切削油的齿轮插削工艺使用方法。

背景技术

球状富勒烯C60是由60个碳原子相结合而形成的稳定分子，C60分子是目前发现的三维空间中存在的最对称和最圆的分子，这种高度的对称性使得球面上的碳原子能分摊一定的外部压力，单分子C60不仅十分稳定，还异常坚固，理论预测一个C60分子的体积模量可以高达800～900GPa。由于富勒烯C60结构为球形空心球结构颗粒，其悬浮在切削油中被嵌入刀具与工件的接触摩擦面间受到挤压推动易发生滚动,这样可以改变刀具与工件接触面间的摩擦特性并延缓刀具磨损。

航空发动机系统齿轮传动件使用的一些高性能齿轮钢材料硬度偏高(HRC48～52)，加工中插齿刀具前后刀面极易磨损，造成刀具寿命短，而且还容易出现“崩刃”现象，较难保证被加工件精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述高性能齿轮钢材料的插削加工技术难题，提供主要用于齿轮插齿刀可实现的切削加工物理特性金属材质场景，降低切削刀具前后刀面磨损，减少刀具出现“崩刃”现象、延缓刀具使用寿命，提高生产效率的一种富勒烯纳米球粒子切削油的齿轮插削工艺使用方法。

本发明包括以下步骤：

1)通过分散耦合方法制备富勒烯纳米球粒子切削油；

2)将富勒烯纳米球粒子切削油作为高性能齿轮钢切削油，施加在高性能齿轮钢的齿轮插削加工工艺中，刀具与工件接触面间滚动/滑动混合摩擦，以降低切削力/切削热。

在步骤1)中，所述富勒烯纳米球粒子切削油由原切削油、富勒烯纳米球粒子、分散耦合剂组成；按重量百分比：富勒烯纳米球粒子0.002％～0.038％；原切削油98.00％～99.48％；分散耦合剂0.50％～2.00％；其中，富勒烯纳米球粒子的成分比例根据具体的插齿刀具与工件材料特性、通过针对性的摩擦磨损试验和大数据分析进行调整；

所述制备富勒烯纳米球粒子切削油的具体步骤可为：在常温条件下，将原切削油、富勒烯纳米球粒子、分散耦合剂进行2～5h的电磁搅拌混合，并经过1～3h的超声波振动，制备得到稳定的富勒烯纳米球粒子切削油；

所述富勒烯纳米球粒子的颗粒直径为1.1～1.3nm，分子呈中空心球型结构，密度为1.60～1.68g/cm³；所述原切削油的密度为0.8～0.9g/cm³；优选所述富勒烯纳米球粒子的颗粒直径可为1.2nm左右，密度可为1.65g/cm³；所述原切削油的密度可为0.869g/cm³。

在步骤2)中，所述高性能齿轮钢材料的硬度可达HRC48～52；所述将富勒烯纳米球粒子切削油施加在高性能齿轮钢的齿轮插削加工工艺中的具体方法可为：在齿轮插削加工前，将富勒烯纳米球粒子切削油加入到插削机床切削液循环系统，富勒烯纳米球粒子切削油中的富勒烯纳米球粒子随切削油渗入插齿刀具与工件或切屑接触面间，刀具与工件接触面间滚动/滑动混合摩擦，从而降低切削力/切削热。