纳米流体微量润滑智能工作系统技术方案

本公开提出了纳米流体微量润滑智能工作系统，包括：机床工作系统、电卡刀柄散热片移动系统、微量润滑供给系统及织构车刀部件；所述机床工作系统上安装有微量润滑供给系统及织构车刀部件；所述电卡刀柄散热片移动系统安装在车刀刀架上，主要为电卡材料制成的车刀刀柄提供散热；所述微量润滑供给系统主要为织构车刀部件提供脉冲性的润滑、冷却液；实现了环保型的切削力的降低和切削热的传递；表面织构能够提高摩擦副的摩擦性能主要是表面织构的微坑或凹痕能够起到储油器的作用，能够及时使摩擦副表面形成润滑膜，从而减少摩擦副表面的摩擦磨损，增加了工艺系统中车刀的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
纳米流体微量润滑智能工作系统本申请是“电卡辅助内冷织构车刀及纳米流体微量润滑智能工作系统”的分案申请，原申请的申请日：2019-05-31，申请号：2019208232058，专利技术创造名称：电卡辅助内冷织构车刀及纳米流体微量润滑智能工作系统。
本公开涉及机械加工
，特别是涉及电卡辅助内冷织构车刀、纳米流体微量润滑与微织构刀具耦合的车削工艺系统及智能供给方法。
技术介绍
在金属切削过程中，由于切削液及添加剂能起到冷却、润滑、清洗、排屑及防锈的作用，已得到了广泛的应用，但同时也带来了很多负面影响，如污染环境、危害人的健康并增加了制造成本，而且使用不当会增加刀具磨损并降低工件表面质量。随着国家可持续发展战略的要求，我国制造业正追求高质高效低成本的生产模式，同时环保法规越来越严格，大量浇注切削液的冷却方法已不符合生产的发展方向，必须采取措施改变这种资源消耗型制造模式以实现绿色可持续生产。近年来，世界各国及国际生产工程学会(CIRP)、美国机械工程协会(ASME)、国际电子电器工程师协会(IEEE)等组织都对消除或减少切削液危害的切削技术进行了大量研究，并努力应用于生产实践。为了消除或减少冷却液的危害，可以采用干切削、复合加工以及绿色冷却等技术。其中，干切削可以从根本上解决切削液所带来的诸多负面影响，但是在很多情况下，由于切削温度高，致使刀具寿命短且工件表面粗糙度超差，这时采用完全干切削是不可行的。因此，干切削时一般使用超硬刀具材料和涂层刀具，并采取高速切削技术，但是高速切削技术的理论还不完善。复合加工技术如加热和超声振动相结合的辅助切削，其成套设备昂贵，且处于研究阶段。而无污染或少污染的冷却技术在工业界得到了广泛应用。目前出现了冷风冷却、微量润滑冷却、水蒸汽、热管冷却以及内冷却等绿色冷却技术，而且其冷却效果也很好。所以，通过微量润滑装置以实现准干式切削的技术具有可行性和极高的应用前景。传统摩擦学观点认为，相互接触的两个表面越光滑，磨损量越小。但近年来的研究表明，表面并非越光滑就越耐磨，而是具有一定非光滑形态的表面反而具有更好的耐磨性能。研究非光滑形态表面也就是研究具有织构的表面。所谓表面织构(Surfacetexture)，是指利用几何图形学理论或仿生学理论设计出具有一定特征的几何微结构，利用激光加工等手段在表面上加工出微结构阵列来改变表面几何形貌，从而改善表面间的接触性能，降低摩擦及改善润滑条件。因此合适的几何微特征是织构改性的前提，对于改善接触副之间的摩擦性能具有较大的工程价值。表面织构能够提高摩擦副的摩擦性能主要是表面织构的微坑或凹痕能够起到储油器的作用，能够及时使摩擦副表面形成润滑膜，从而减少摩擦副表面的摩擦磨损。润滑油对摩擦副表秒的润滑作用主要是依靠两摩擦副之间产生相对运动，从而带动润滑油在表面形成润滑膜，减少两摩擦副表面直接接触处来降低摩擦和减少磨损。当有了凹坑或凹痕的存在时，在凹坑或凹痕内就会存有润滑油，当两摩擦副表面开始相对运动时，产生了相对运动速度，由于润滑油有粘性就粘附在摩擦副表面，在表面的带动下很快在表面形成润滑膜，缩短了润滑膜的形成时间，从而起到抗摩减磨的作用。微量润滑切削加工技术，其指将微量的润滑液和具有一定压力的气体混合雾化后，输送到摩擦界面起到冷却润滑作用的一种切削加工方法，高压气体主要起到冷却和排屑的作用，微量润滑达到甚至超过了浇注式的润滑效果，具有代替传统的浇注式冷却润滑体现出了巨大的优势和发展前景，但是经研究显示，起雾化效果的高压气体并没有起到预期那样良好的冷却效果。纳米流体微量润滑继承了微量润滑的所有优点，又解决了微量润滑切削的换热问题，是一种节能环保、绿色低碳的切削加工技术。由于固体换热性能大于液体，液体换热性能大于气体的强化换热机理，将适量的纳米级固体颗粒加入到可生物降解的微量润滑液中形成纳米流体，通过压缩气体将纳米流体微量润滑液进行雾化，并以射流的方式输送到刀具/切屑界面。压缩气体主要起冷却、除屑和输运纳米流体的作用；微量润滑液主要起润滑作用；纳米粒子强化了切削区流体的换热能力，起到了良好的冷却作用，与此同时，纳米粒子起到了良好的抗磨减摩特性和承载能力，从而提高了磨削区的润滑效果，较大程度的改善工件表面质量和烧伤现象，有效提高了刀具的使用寿命，改善了工作环境。传统的制冷方式是基于蒸汽压缩技术来实现的，多以氟利昂作为制冷剂的气液制冷方式。一旦氟利昂进入到大气中，臭氧层会被破坏，不但带来环境问题还威胁人类健康。磁制冷技术是一种基于磁卡效应的新型固态制冷技术。磁卡效应是对磁性材料施加磁场或者移去磁场的过程中，磁畴的有序度发生改变而引起体系熵的变化，进而引起材料温度发生变化而实现制冷。磁制冷需要永磁体阵列产生的大磁场来驱动制冷器件工作，其制冷效率强烈依赖于磁场强度，或者说是磁体大小，这在很大程度上限制了磁制冷技术的应。基于电卡效应的铁电制冷是类比于磁卡效应的磁制冷演变而来。电卡制冷是利用极性材料在施加或者移去电场而引起材料极化状态发生改变，极化状态有序度的变化会诱导材料产生场致熵变及温变而实现制冷。专利技术人在研究中发现，经检索，申请号“CN201320711247.5”，申请人为中国南方航空工业(集团)有限公司的赵强等人专利技术了一种车刀，该车刀包括刀柄和刀头，刀柄与刀头连接，刀头包括相互连接的切削段和避让段，避让段包括圆柱段和锥段，锥段设置在刀柄和圆柱段之间。技术方案有效地解决了现有技术中加工喷口的内锥面及喷油孔困难的问题。经检索，天津职业技术师范大学的徐国胜等人专利技术了一种精加工车刀，申请号201611070460.7，提供了一种精加工车刀，所述的车刀包括车刀本体和异形车刀片，所述异形刀片的主切削刃和副切削刃为R40—50mm圆弧，刃长8—10mm，主后刀面为R6—R7mm圆弧面，副后刀面为R6.5—R8mm圆弧面，异形刀片主后刀面与副后刀面之间相交处为一条圆弧棱边，该棱边在车削过程中作为切削刃参与车削。本专利技术能够有效改善精车加工中，当切削深度小于0.05mm时刀具的受力情况和切屑的排出方向，避免了振动、挤削和切屑划伤已加工表面的问题，在车削的同时进行修光加工，降低了精加工车削的难度和工件表面粗糙度。但是，该专利技术适用范围较小，对于其他工况和加工环境的车刀制作指导意义不大。经检索，济南大学的吴元博等人专利技术了一种复合型表面织构摩擦副，申请号201820389723.9，公开了一种复合型表面织构摩擦副，属于机械运动摩擦副表面
，其结构包括上表面摩擦副和下表面摩擦副，下表面摩擦副的表面上加工有复合型表面织构，复合型表面织构包括第一沟槽、第二沟槽、第一凹坑和第二凹坑，第一沟槽和第二沟槽分别包括多个，多个第一沟槽之间平行设置，多个第二沟槽之间平行设置，第一沟槽与第二沟槽之间相互交叉设置组成网状沟槽织构，第一凹坑包括多个，沿网状沟槽织构依次设置，使多个第一凹坑被网状沟槽织构连通，第二凹坑包括多个，沿网状沟槽织构形成的菱形网格中心设置。本技术利用在运动摩擦副表面加工的表面织构来改善油膜边界润滑状态，降低摩擦系数和磨损量。但是，该专利的摩擦织构类型单一，仅使两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纳米流体微量润滑智能工作系统，其特征是，包括：/n机床工作系统、电卡刀柄散热片移动系统、微量润滑供给系统及织构车刀部件；/n所述机床工作系统上安装有微量润滑供给系统及织构车刀部件；/n所述电卡刀柄散热片移动系统安装在车刀刀架上，主要为电卡材料制成的车刀刀柄提供散热；/n所述微量润滑供给系统主要为织构车刀部件提供脉冲性的润滑、冷却液；/n所述织构车刀部件为电卡辅助内冷织构车刀，安装在所述机床工作系统中的工件旋转运动，所述织构车刀部件在机床工作系统的作用下做直线运动，织构车刀部件与工件产生剪切，从而产生切屑，实现工件材料的去除。/n

【技术特征摘要】
1.纳米流体微量润滑智能工作系统，其特征是，包括：
机床工作系统、电卡刀柄散热片移动系统、微量润滑供给系统及织构车刀部件；
所述机床工作系统上安装有微量润滑供给系统及织构车刀部件；
所述电卡刀柄散热片移动系统安装在车刀刀架上，主要为电卡材料制成的车刀刀柄提供散热；
所述微量润滑供给系统主要为织构车刀部件提供脉冲性的润滑、冷却液；
所述织构车刀部件为电卡辅助内冷织构车刀，安装在所述机床工作系统中的工件旋转运动，所述织构车刀部件在机床工作系统的作用下做直线运动，织构车刀部件与工件产生剪切，从而产生切屑，实现工件材料的去除。


2.如权利要求1所述的纳米流体微量润滑智能工作系统，其特征是，所述电卡刀柄散热片移动系统包括散热板、下进气管、气缸及上进气管；散热板下方设置有气缸，气缸的数量可以为两个，每个气缸分别连接至上进气管及下进气管。


3.如权利要求1所述的纳米流体微量润滑智能工作系统，其特征是，还包括车刀磨损状态监测系统，车刀磨损状态监测系统集成了红外热像仪采集模块和图像采集装置，分别对车刀的磨损状态和车刀部件的温度进行监控。


4.如权利要求1所述的纳米流体微量润滑智能工作系统，其特征是，电卡辅助内冷织构车刀，包括：
内冷车刀刀柄、可调向喷嘴及内冷车刀刀片；
所述内冷车刀刀柄作为承载装置，其一端设置有内冷车刀刀片，所述内冷车刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓铭，罗亮，李长河，罗慧明，徐海洲，张彦彬，贾东洲，杨敏，侯亚丽，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：新型
国别省市：山东;37