专利名称：纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置。
背景技术：
金属磨削过程中，砂轮与工件表面间的润滑大多属于边界润滑。在边界润滑条件下，并不是磨削液的使用量越多磨削效果越理想，而是存在一定的适合用量范围。该用量范围与磨削液的性能、砂轮特性、工件材料及表面的微观形貌、表面粗糙度等因素有关，最大量为充满砂轮与工件表面接触区间隙工件表面的峰谷。在传统浇注式磨削加工过程中磨削液使用量约为8400-9500ml/min，然而即使用这么大量的磨削液，但由于砂轮高速旋转时会产生“气障层”阻碍磨削液的有效进入，又由于磨削液流速低、压力小等原因，使得最终进入高温高压磨削区的有效流量率非常有限，传统浇注式磨削中磨削液的利用率较低，仅为喷嘴流量的5%-40%。磨削液的成本不仅仅局限于它的生产和准备的花费，也包括维护、预处理和处理成本,所以大量磨削液的使用急剧增加了生产成本。据调查磨削液费用占总生产成本的16%，对于难加工材料更是高达20%-30%，而刀具的费用仅占总生产成本的2-4%。不但如此，磨削液的使用也会给环境和人体健康带来危害，为了控制磨削液中细菌与真菌的滋生，大多磨削液中添加了杀菌剂，然而杀菌剂是高度致癌物质，并具有很强的腐蚀性能，这对人体健康无疑是极大的威胁。为保护环境，降低成本而有意识的停止使用磨削液的干式磨削应运而生。在干式磨削中虽然避免了磨削液的使用，但是受到材料的限制，在很多工况下表现并不令人满意。由于干式磨削不使用磨削液，必然会增大磨削区的摩擦力，从而产生大量的热，然而在没有磨削液冷却、润滑的情况下，通过刀具、工件和切屑带出的热量有限，故而会导致磨削区温度过高。磨削区的高温会损伤工件表面形态，影响表面精度，严重时会烧伤工件表面。同时干式磨削会产生大量微小的固体悬浮颗粒，这对于环境和人体健康危害极大。这些悬浮颗粒可能导致肺炎、呼吸道感染、肺肿瘤、哮喘、过敏性皮炎、肺气肿、娃肺病、慢性铍尘病，石棉肺和尘肺等疾病。为了解决在干式磨削中，磨削区温度过高造成工件表面恶化，甚至烧伤等问题，人们提出了微量润滑。微量润滑磨削加工就是利用压缩空气与微量的磨削液混合，通过喷嘴雾化后喷射到磨削区的冷却润滑方式，其中压缩空气能够起到冷却和排屑的作用，而磨削液会黏附到工件的表面生成摩擦油膜达到润滑的效果。微量润滑加工模式能够最大限度的降低磨削液的使用，从而有效减小磨削液对环境和人体健康的影响，是一种无污染、环境友好型的绿色制造技术。采用微量润滑技术对工件进行磨削加工，工件表面有表面精度不理想甚至烧伤等问题，工件的加工质量和砂轮寿命比传统浇注式磨削明显降低。这说明微量润滑技术冷却能力不足。由固体强化换热理论可知，固体的导热系数大于液体，液体的导热系数大于气体。纳米粒子(< IOOnm)是介于宏观物质与微观原子或分子之间的过度亚稳态物质，具有小尺寸效应、表面效应与 宏观量子隧道效应等，从而表现出一系列的特殊性质。由于纳米粒子的比表面积大，比表面能高，表面活性大，吸附作用强等优点。在相同粒子体积含量下，纳米粒子的表面积和热容量远大于毫米或微米级的固体粒子，表I给出了纳米粒子(以碳纳米管为例)与其他材料的导热系数的对比。表1是这种实施例中各种材料的换热系数列表
权利要求1.一种纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，它包括纳米流体供液装置和压缩空气供给装置，两者分别通过纳米流体输送管和压缩空气输送管与喷嘴连接，喷嘴与具有微凸体表面的工件间保持设定间距d和夹角α ;纳米流体供液装置和压缩空气供给装置与控制装置连接。
2.如权利要求1所述的纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，所述纳米流体供液装置包括:纳米流体储液罐，它与液压泵连接，液压泵与调压阀II连接，调压阀II通过节流阀II与涡轮流量计II连接，涡轮流量计II与喷嘴连接，液压泵、涡轮流量计II与控制装置连接。
3.如权利要求2所述的纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，所述调压阀II还与溢流阀连接，溢流阀与纳米流体回收箱连接。
4.如权利要求1所述的纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，所述压缩空气供给装置包括:空气压缩机，它与过滤器连接，过滤器与储气罐连接，储气罐与调压阀I，调压阀I与节流阀I连接，节流阀I与涡轮流量计I连接，涡轮流量计I与喷嘴连接；空气压缩机、涡轮流量计I与控制装置连接。
5.如权利要求1所述的纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，所述间距d为15-25cm，喷嘴角度α定为15° -30°，喷嘴的喷射流量为2.5-3.0ml/mirio
6.如权利要求1所述的纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，所述纳米流体输送管和压缩空气输送管通过磁力固定吸盘吸附固定在砂轮罩上。
7.如权利要求 1所述的纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置，其特征是，所述微凸体用加工表面粗糙度的评定参数:&轮廓的算术平均偏差、Rz轮廓的最大高度、Rmr (O轮廓的支承长度率和RSm轮廓单元的平均宽度进行表征；微凸体表面的粗糙度参数如下，Ra=0.05-12.5 μ m、Rz=0.1-25 μ m、RSm=0.025-0.8mm 和当 C 取为 Rz 的 60% 时Rmr=15%-70%o
专利摘要本实用新型涉及一种纳米粒子射流条件下工件表面微凸体油膜形成装置,它利用纳米粒子射流微量润滑与工件表面微凸体耦合作用下，将纳米流体在压缩空气作用下以较高速度喷射到磨削区，在有微凸体的工件表面上形成润滑油膜，实现对磨削加工区域最大限度的冷却与润滑。纳米粒子吸附在工件粗糙表面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，工件表面质量好，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产。它包括纳米流体供液装置和压缩空气供给装置，两者分别通过纳米流体输送管和压缩空气输送管与喷嘴连接，喷嘴与具有微凸体表面的工件间保持设定间距d和夹角α；纳米流体供液装置和压缩空气供给装置与控制装置连接。
文档编号B24B55/03GK203141312SQ20132011978
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月15日 优先权日2013年3月15日
发明者贾东洲, 李长河, 王胜, 张强 申请人:青岛理工大学