专利名称：纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械加工中磨削液供给装置，具体为一种纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统。
背景技术：
微量润滑技术又称MQL (Minimal Quantity Lubrication)技术,他是将极微量的润滑液与具有一定压力的压缩空气混合并雾化，喷射至磨削区，对砂轮与磨屑、砂轮与工件的接触面进行有效润滑。这一技术在保证有效润滑和冷却效果的前提下，使用最小限度的磨削液(约为传统浇注式润滑方式用量的千分之几)，以降低成本和对环境的污染以及对人体的伤害。纳米射流微量润滑是基于强化换热理论建立的，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。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(指尺寸为1-1OOnm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。纳米射流微量润滑就是将纳米级固体粒子加入微量润滑流体介质中制成纳米流体，即纳米粒子、润滑剂(油、或油水混合物)与高压气体混合雾化后以射流形式喷入磨削区。实用新型人对微量润滑磨削供给系统进行了深入的理论分析以及实验验证，研究成果已申请了相关的专利，由实用新型设计人申请的实用新型专利，申请号:201210153801.2公开了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。但它不是采用静电雾化的形成产生射流可控的微细液滴，雾化原理和液滴控制方式不同；申请号:201110221543.2的实用新型专利公开了一种纳米粒子射流微量润滑磨削三相流供给系统，将纳米流体经液路输送至喷嘴处，同时高压气体经气路进入喷嘴，高压气体与纳米流体在喷嘴混合室中充分混合雾化，经加速室加速后进入涡流室，同时压缩气体经涡流室通气孔进入，使三相流进一步旋转混合并加速，然后三相流以雾化液滴的形式经喷嘴出口喷射至磨削区。但公开的技术方案中也不是采用静电雾化的原理形成带电荷的微细雾滴，更不能做到射流可控，雾化原理和液滴控制方式均不同。目前，微量润滑磨削中微量润滑剂在高压气体的携带作用下还不能实现有效可控的注入磨削区，即砂轮/工件界面的楔形区域，因此，纳米射流会散发到周围环境中。现如今我们正高度关注着在使用微量润滑加工时润滑液与冷却液对操作人员健康的影响，如，操作人员会得各种各样的呼吸系统疾病，包括职业性气喘、过敏性肺炎、肺功能丧失和皮肤病如过敏、油痤疮、和皮肤癌等。微量润滑的工业关注点是以空气为动力的雾滴给操作人员带来的潜在健康危害。在微量润滑以压缩空气为动力的喷射中雾滴喷射出以后不再受到约束，其运动不再可控，会发生扩散、漂移等一系列问题。然而这些问题的出现会使颗粒微小的雾滴扩散到工作环境中，不仅对环境造成了极大的污染而且会对工作人员造成极大的健康危害。当雾滴的大小小于4μπι甚至能引起各种各样的职业病。根据实际报道即使短时间暴露在这种环境下也可能损坏肺功能。为此美国职业安全健康研究所建议矿物油雾滴的暴露极限浓度为0.5mg/m3。为了确保工作人员的健康，必须对微量润滑过程中微小液滴加以控制，减少扩散量。然而从目前检索的文献来看，对于此方面的研究还未见报道，因此对于上述问题的研究迫在眉睫。基于这样的现状我们进行了对微量润滑过程中微小雾滴的可控分布进行了探索。
实用新型内容本实用新型为在一定程度上解决上述问题，提供了一种纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，通过静电学原理可以使喷射的雾滴实现可控分布，能够提高雾滴谱的均匀性、沉积效率和液体有效利用率，并且能够有效的控制雾滴的运动规律，从而降低对环境的污染，为工作人员提供了更好的健康保障。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，它包括磨削系统，磨削系统安装有电晕荷电喷嘴，电晕荷电喷嘴的喷嘴体与供液系统、供气系统连接，喷嘴体下部的高压直流静电发生器与可调高压直流电源的负极连接，可调高压直流电源的正极与工件加电装置连接，工件加电装置附着于工件的不加工表面；纳米流体磨削液通过供液系统送入电晕荷电喷嘴，同时供气系统将压缩空气送入电晕荷电喷嘴,纳米流体磨削液由压缩空气带动从喷嘴体出口喷出雾化的同时被高压直流静电发生器荷电为可控射流，在电场力及气动力的作用下可控的分布到加工工件的磨削区。所述高压直流静电发生器包括安装在电晕荷电喷嘴下部的电极托盘，电极托盘由绝缘材料制成，沿其圆周阵列多个电极插槽，针状电极安装在电极插槽内；在电极托盘中径处开有电线槽，其内安装高压电线，且在电极托盘上开有一个高压电线托盘接出通孔，各针状电极均与高压电线连接，高压电线与可调高压直流电源负极连接；电极托盘下部是定位螺纹环，定位螺纹采用陶瓷材料制成，带有与电晕荷电喷嘴配合的外螺纹，对电极托盘进行定位。所述工件加电装置包括工件加电装置绝缘壳体、压铁、永磁铁、压紧弹簧；永磁铁安装在工件加电装置绝缘壳体周边；在工件加电装置绝缘壳体中部有开口，压铁从一端伸出工件加电装置绝缘壳体并套装压紧弹簧；在压铁上开有开口销插槽，用于插入开口销，压铁与可调高压直流电源的正极连接。所述可调高压直流电源包括变压器，变压器初级与交流电源连接，次级的两个线分别作为直流稳压单元Vl和直流稳压单元V2，直流稳压单元Vl与自激振荡电路连接，自激振荡电路与功率放大电路、高频脉冲升压器以及倍压整流电路、恒流自动控制电路连接，恒流自动控制电路与直流稳压单元V2连接，直流稳压单元V2与功率放大单元连接；可调高压直流电源的可调电压范围在2KV到120KV之间；直流稳压单元Vl作为自激振荡电路的工作电压，直流稳压单元V2是功率转换的主要能源，脉冲信号由自激振荡电路获得，经功率放大电路放大后，在高频脉冲升压器的升压下，最终输出高压信号，经倍压整流电路从而输出直流高压；恒流自动控制电路自动对倍压整流电路的静电工作电流取样，在恒流时，当工作负载正常加大时，不会引起工作电流的上升；当外负载超过允许电流时，自激振荡电路停震，高压被截止。所述雾化的纳米流体磨削液在针状电极电晕放电的漂移区与漂移的电子碰撞从而荷电，液滴荷电后在电场力、气动力和重力作用下可控的喷向工件表面。所述针状电极与电极插槽间是过盈配合，通过绝缘材料的弹性变形力夹紧针状电极。所述针状电极的放电尖端半径为0.5mm,极间距为20—30cm,起晕电压范围为15.2848—16.2064KV。所述喷嘴体的喷嘴角度保持在30°到45°，喷嘴体出口与工件的喷射距离为20_30cm。所述雾滴电晕荷电的荷电量计算公式如下:
权利要求1.一种纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，它包括磨削系统，磨削系统安装有电晕荷电喷嘴，电晕荷电喷嘴的喷嘴体与供液系统、供气系统连接，喷嘴体下部的高压直流静电发生器与可调高压直流电源的负极连接，可调高压直流电源的正极与工件加电装置连接，工件加电装置附着于工件的不加工表面；纳米流体磨削液通过供液系统送入电晕荷电喷嘴，同时供气系统将压缩空气送入电晕荷电喷嘴，纳米流体磨削液由压缩空气带动从喷嘴体出口喷出雾化的同时被高压直流静电发生器荷电为可控射流，在电场力及气动力的作用下可控的分布到加工工件的磨削区。
2.如权利要求1所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述高压直流静电发生器包括安装在电晕荷电喷嘴下部的电极托盘，电极托盘由绝缘材料制成，沿其圆周阵列多个电极插槽，针状电极安装在电极插槽内；在电极托盘中径处开有电线槽，其内安装高压电线，且在电极托盘上开有一个高压电线托盘接出通孔，各针状电极均与高压电线连接，高压电线与可调高压直流电源负极连接；电极托盘下部是定位螺纹环，定位螺纹采用陶瓷材料制成，带有与电晕荷电喷嘴配合的外螺纹，对电极托盘进行定位。
3.如权利要求1所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述工件加电装置包括工件加电装置绝缘壳体、压铁、永磁铁、压紧弹簧；永磁铁安装在工件加电装置绝缘壳体周边；在工件加电装置绝缘壳体中部有开口，压铁从一端伸出工件加电装置绝缘壳体并套装压紧弹簧；在压铁上开有开口销插槽，用于插入开口销，压铁与可调高压直流电源的正极连接。
4.如权利要求1所述的纳米流体静电雾化·可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述可调高压直流电源包括变压器，变压器初级与交流电源连接，次级的两个线分别作为直流稳压单元Vl和直流稳压单元V2，直流稳压单元Vl与自激振荡电路连接，自激振荡电路与功率放大电路、高频脉冲升压器以及倍压整流电路、恒流自动控制电路连接，恒流自动控制电路与直流稳压单元V2连接，直流稳压单元V2与功率放大单元连接；可调高压直流电源的可调电压范围在2KV到120KV之间；直流稳压单元Vl作为自激振荡电路的工作电压，直流稳压单元V2是功率转换的主要能源，脉冲信号由自激振荡电路获得，经功率放大电路放大后，在高频脉冲升压器的升压下，最终输出高压信号，经倍压整流电路从而输出直流高压；恒流自动控制电路自动对倍压整流电路的静电工作电流取样，在恒流时，当工作负载正常加大时，不会引起工作电流的上升；当外负载超过允许电流时，自激振荡电路停震，高压被截止。
5.如权利要求2所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述雾化的纳米流体磨削液在针状电极电晕放电的漂移区与漂移的电子碰撞从而荷电，液滴荷电后在电场力、气动力和重力作用下可控的喷向工件表面。
6.如权利要求2所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述针状电极与电极插槽间是过盈配合，通过绝缘材料的弹性变形力夹紧针状电极。
7.如权利要求2或6所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述针状电极的放电尖端半径为0.5mm，极间距为20-30cm，起晕电压范围为15.2848—16.2064KV。
8.如权利要求1所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述喷嘴体的喷嘴角度保持在30°到45°，喷嘴体出口与工件的喷射距离为20— 30cm。
9.如权利要求1所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述雾滴电晕荷电的荷电量计算公式如下:
10.如权利要求1所述的纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，其特征是，所述供液系统通过纳米流体输送蛇形管与喷嘴体连接，供气系统通过压缩气体输送蛇形管与喷嘴体连接。
专利摘要本实用新型涉及一种纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，通过静电学原理可以使喷射的雾滴实现可控分布，从而降低对环境的污染，为工作人员提供了更好的健康保障。其磨削系统安装有电晕荷电喷嘴，电晕荷电喷嘴的喷嘴体与供液系统、供气系统连接，喷嘴体下部的高压直流静电发生器与可调高压直流电源的负极连接，可调高压直流电源的正极与工件加电装置连接，工件加电装置附着于工件的不加工表面；纳米流体磨削液通过供液系统送入电晕荷电喷嘴，同时供气系统将压缩空气送入电晕荷电喷嘴，纳米流体磨削液由压缩空气带动从喷嘴体出口喷出雾化的同时被高压直流静电发生器荷电为可控射流，在电场力及气动力的作用下可控的分布到加工工件的磨削区。
文档编号B24B55/03GK203045534SQ201320061299
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者贾东洲, 李长河, 王胜, 张强 申请人:青岛理工大学