[发明专利]纳米流体微量润滑磨削装置

说明书

本发明公开了纳米流体微量润滑磨削装置，它解决了现有技术中未变形磨屑厚度对磨削过程有较大影响的问题，具有从微观角度上充分考虑了单颗磨粒在磨削过程中去除材料时的润滑状态，有效地实现了超声振动辅助磨削对提高纳米流体微量润滑冷却润滑效果的作用的有益效果，其方案如下：装置包括一种可调节超声波振子空间位置的超声振动机构，该机构设于工作台；纳米流体微量润滑磨削机构，设于所述工件固定台上方；磨削力测量机构，包括测力仪和与测力仪连接的磨削力控制器，测力仪设于超声振动机构的底部。

技术领域

本发明涉及磨削加工领域，特别是涉及超声振动辅助磨削液微通道浸润的纳米流体微量润滑磨削装置。

背景技术

随着机械、汽车、航空航天、光学器件等广阔的机械加工领域的不断发展，出现了一大批性能要求越来越高的零部件，精密和超精密加工技术占有越来越重要的地位。传统的磨削加工过程中产生较大的磨削力以及较高的磨削温度，加剧了砂轮的磨损和加工表面的损伤；严重制约着零件加工精度及加工效率，迫切需要新的磨削工艺来解决此类问题。超声振动辅助磨削的纳米流体润滑是解决此类问题的方法之一。

超声振动磨削是建立在振动理论和切削理论等基础上的复合加工方法，这种磨削方法与以往的磨削根本区别在于磨削过程中由超声波发生器产生的高频电振荡信号经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，使刀具对工件进行周期性的切削，即工具砂轮在高速旋转磨削的同时也对其产生高频振动。当给工艺系统加上超声振动以后，磨粒与工件各接触表面的相互作用条件都与普通磨削有很大区别。超声振动磨削的特殊机理使磨削效率显著提高、磨削温度降低、砂轮的使用寿命延长，同时超声振动磨削改善了对难加工材料的磨削能力。而且超声振动促使磨粒产生断续切削作用，而冲击载荷促使工件材料更容易卷积，在切削区生成较多的微观裂纹扩展促使磨削力以及摩擦系数减小。磨削过程中材料的塑性变形主要发生在滑擦和耕犁作用阶段，由于超声振动磨削是一种脉冲式的断续磨削，促使滑擦和耕犁比例相对减小，从而比磨削能减小，表面热损伤也显著降低。

微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)是使用喷嘴将极少量的润滑液和压缩气体混合雾化后喷射到磨削区，起冷却润滑作用的一种磨削加工环保技术。当微量润滑液被喷射进入磨削区时，高压气体可以实现冷却和排屑作用，润滑液带走磨削加工产生的热量，降低磨削区的温度。而通过高压气体运输到砂轮工件界面的润滑液会黏附到工件和磨粒的表面，可以形成具有一定减摩抗磨效果的润滑油膜，可以起到良好的润滑效果，降低摩擦系数和比磨削能，从而降低磨削力。MQL加工技术可以说是结合了干式切削和浇注式磨削两者的优点。一方面，磨削液的用量极少，MQL单位砂轮宽度磨削液流量为30～100ml/h。这不仅磨削液的用量只有传统加工方法的千分之几甚至万分之几，而且润滑效果还有所提高。而且MQL磨削加工中采用的润滑液可以为自然降解性较好的合成酯或植物油，润滑液的处理的成本几乎为零，以及对环境的污染和人体的伤害极低。另一方面，与干磨削相比，由于加入了润滑介质，显著改善了磨削区的润滑状态，降低了砂轮与工件间的摩擦，有效的提高了加工效率。

纳米流体微量润滑是对微量润滑的一个升级与强化，其主要突出点为：在微量润滑的基础上，在可降解的基础油中添加适量的纳米粒子，从而配制成纳米流体，然后与高压气体混合雾化后由喷嘴以小液滴的形式喷射到磨削区，进行冷却润滑作用。纳米流体微量润滑磨削便是根据上述理论，提出的一种新型高效、环保、清洁、低碳的润滑方式。喷射到磨削区的纳米流体和压缩气体的混合物，其中压缩气体起到冷却、排屑和携带润滑液的作用；而纳米流体扮演润滑和减摩抗磨的作用。纳米流体MQL不仅解决了磨削区润滑液冷却性能的不足，更对润滑性能有着显著的提升。虽然纳米流体微量润滑有如此好的冷却润滑效果，但是与浇注式润滑方式相比较，纳米流体很难对工作中的磨粒形成全方位的润滑，具体来说，纳米流体很难进入到磨粒与工件之间的间隙以及磨粒与磨屑之间的间隙，而产生大量磨削热，进而在工件表面产生严重的表面烧伤，也加剧磨屑对磨粒的粘附和砂轮的堵塞。