[发明专利]一种纳米流体磨削工艺及设备

说明书

技术领域

本发明属于机械磨削的方法和装置，具体的说是一种纳米流体磨削工艺及设备。

背景技术

机械磨削包括使用磨料的自由磨粒加工和使用砂轮的固结磨粒加工两种工艺。一般来说，自由磨粒加工是采用游离磨粒通过划擦去除工件表层的光整加工工艺，固结磨粒加工是采用尖锐磨粒的砂轮磨除工件多余部分的精加工工艺。磨削技术是现代机械制造业中实现精密加工、超精密加工最有效、应用最广的基本工艺技术。资料表明磨削加工量约占机械加工总量的30％-40％。磨削加工的特点决定了它去除相同体积的材料所消耗的能量远远大于其它加工方式，并且在金属加工中所做的功几乎全部转化为热能，这些热量传散在切屑、刀具和工件上。由于被切削的金属层比较薄，大约60-95％的热量被传入工件，只有不到10％的热量被切屑带走，这样就会在工件的表面聚集大量的热能形成局部高温，对工件的表面质量影响很大。因此，在机械磨削过程中要通过磨削介质进行冷却和润滑。目前的冷却润滑方式可分为三种：一种是大量使用磨削液的湿加工，第二种是完全不使用磨削液的干加工，第三种是介于前两种之间的微量润滑。

第一种方式属于传统的机械加工模式，整个生产过程中使用大量的磨削液为介质。磨削液的主要作用有：冷却、润滑、排屑、清洗和防锈。根据有关资料显示：磨削液的供给量越大，加工工件的质量越好。所以，前几年，在磨削加工领域积极推广加压供给磨削液的“高压冷却”模式。但是，随着磨削液用量的增大，磨削液的成本及后处理的费用在整个生产加工中所占的比重越来越大，而且磨削过程中磨削液形成的油雾严重影响工人的身体健康，操作工人的工作环境进一步恶化。

第二种方式即干加工技术。干加工就是在生产过程中不使用磨削液，采用 空气冷却或其它冷却方式。这样可以使加工过程简单化，加工环境也得到很大的改善。但是这种加工方式具有以下几点缺陷：(1)砂轮与工件间的摩擦系数增大，使得摩擦力增大，砂轮磨损严重。(2)产生热量多，工件受热变形大、容易烧伤加工表面。所以干加工只适用于少数特定的加工场合。

第三种方式是微量润滑技术，其磨削介质主要是在高压空气中混入微量的水和润滑油，形成油包水雾状磨削液，靠高压气流进入高温磨削区域。水受热迅速汽化，带走一部分热量。高压气流起到冷却、排屑的作用。润滑油黏附在工件的加工表面，形成一层保护膜，起到微量润滑的作用。该技术综合了湿加工和干加工的优点，润滑效果与传统的湿加工几乎没有区别。其磨削液中的润滑油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，磨削液的使用量只有传统加工方式的万分之几，大大改善了工作环境，是一种高效绿色加工技术。可是，研究表明：高压气流和微量水滴的冷却效力仍很有限，往往满足不了加工的需要，工件的加工效果比传统加工模式差，说明微量润滑技术还需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的是：提供一种具有微量润滑技术的所有优点、并具有更强的冷却性能的磨削工艺以及实现该工艺的专用设备。

上述目的是由以下技术方案实现的：提供一种纳米流体磨削工艺，其特点是：在磨削过程中向磨削区提供纳米级固体粉末流体作为冷却润滑介质。

所说的纳米级固体粉末是和水、润滑油、高压空气混合形成纳米流体进入磨削区。

所说的纳米固体粉末即可以是金属粉末，例如铜，铝，锌等，也可以是氧化物粉末，例如氧化铝，氧化锌，氧化锆等，其粒度在1-100nm之间，输送量的体积百分数含量为1-10vol％；高压空气进气量为10-100L/Min；水的供给量200-800ml/h；润滑油为10-50ml/h。

所说的纳米固体粉末的粒度为40nm，输送量为4vol％，高压空气进气量为60L/Min，水的供给量600ml/h，润滑油20ml/h。

一种使用纳米流体润滑冷却磨削介质的设备，其特点是：在机架上设有盛装 润滑油的储存罐，水储存罐、纳米级粉末储存罐和高压气泵，各储存罐的下面均接有输送管，与高压气泵的高压气管汇合进入一个腔状的雾化室，雾化室接出软管，软管一端装有喷头。工作时，高压空气、润滑油、水、纳米粉末被输送至雾化室，混合雾化后通过软管、喷头输送到磨削加工区。

所说的储存罐的输送管上分别装有流量控制阀和输送泵。

所说的高压气泵下方有空气入口，高压气泵启动，高压空气经过流量控制阀，空气滤清器后，进入装置内部，分为两路，其一通过高压气管直接进入雾化室，其二通过分流气管控制阀后，先与纳米粉末输送管汇合，吹送纳米粉末进入雾化室。