【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属切削加工，具体为一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法和装置。
技术介绍
1、作为绿色切削技术的典型代表，微量润滑技术(minimal quantity lubrication，mql)是制造企业实现节能减排的一种有效手段，并日益受到科学界和产业界的广泛重视。但是，目前的mql技术仍存在诸多技术瓶颈：
2、(1)油雾的利用率低，真正进入切削区域的气雾比例小，导致其在切削区域的冷却、润滑效果差；
3、(2)大量未吸附于切削区域的油雾飞散到空气中，导致车间污染大；
4、(3)mql技术常用植物油、矿物油的热分解温度低，不能满足苛刻加工条件下的润滑、冷却需求。
5、上述问题极大限制了mql的实际应用，导致mql只是在特定加工工况下使用。因此，为了拓展mql的应用领域，迫切需要开发一种能够精准加注气雾、污染低、冷却润滑性能好，且能在极端工况下工作的新型mql切削技术及其介质。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法和装置，基于光具有能量和动量，目前人们已经能够利用“光镊”操纵液体、纳米粒子的运动。前期工作发现，利用激光也可以对纳米流体微量润滑过程中所产生的雾粒进行诱导、约束和驱动，使气雾沿着光路的方向移动。这可以显著提高微量润滑的精准程度，利用更少的切削介质，更有效的将纳米流体气雾注入到实际加工区域，提高纳米流体气雾的利用率、加注效率，同时促进、加快纳米流体液滴在切削加工
2、因此本专利技术提供如下技术方案：一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法：
3、s1：选择激光器，选择波长在400～1500nm激光范围内的激光器，构建激光器发射环形激光场，装备激光器至高压空气气源喷嘴位置，并将激光器的激光射出方向对准切削加工部位；
4、s2：配制纳米流体，纳米流体由基础液以及纳米粒子按照质量比10：0.5-1.4
5、混合而成；
6、s3：激光捕获纳米流体气雾实验，进行纳米流体气雾的射出射速及射出范围调试，进行环形激光场的束缚半径进行调试；
7、s4：气雾微量润滑，进行切削工件加工，在激光场的作用下，切削液的微小液滴的移动路径可被约束在光路范围内；光力的作用下，切削液滴可以加速吸附到切削区域刀具、工件表面。
8、在进一步的方案中，在s1中，将激光器安装在高压空气气源喷嘴的末端，并与高压空气气源喷嘴同心安装，使环形激光场覆盖包围高压空气气源喷嘴喷射的纳米流体气雾，形成约束。
9、在进一步的方案中，在s1中，所述激光器采用调q亚纳秒高功率密度激光或调q窄脉宽激光或mopa窄脉宽激光或皮秒激光发生器，其输出的功率密度达109-1012w/cm2量级。
10、在进一步的方案中，在s1中，所述激光选择为波长在400～455nm的紫光或波长在455～492nm的蓝光或波长在492～577nm的绿光或波长在622～780nm的红光或波长在780～1550nm的近红外光。
11、在进一步的方案中，在s2中，所述基础液是植物油、矿物油或离子液体中任一种。
12、在进一步的方案中，在s2中，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨、mos2、sio2、tio2其任意一种或组合。
13、在进一步的方案中，在s2中，所述纳米流体的制备方法包括以下步骤：将称量好的基础液和纳米粒子按质量比混合，得到流体混合液；充分搅拌，边搅拌边超声分散1-2h，再升温至60-65℃并搅拌0.5-1.2h，然后过滤得到纳米流体。
14、本专利技术还提出一种激光诱导装置，应用于激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，所述激光诱导装置包括依次连接的激光器、扩束镜和准直镜，激光器发射的激光竖由扩束镜扩大光束束腰半径减小发散角，通过准直镜把扩束后的发散光变成平行等直径的平面波前光。
15、在进一步的方案中，所述激光诱导装置其安装在高压空气气源喷嘴喷射口的3-5cm位置处。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出利用激光诱导、约束和驱动纳米流体气雾的运动行为，并应用于mql切削加工。这相比于传统mql切削加工来说，主要具有以下突出优势：
17、(1)在激光场的作用下，切削液的微小液滴的移动路径可被约束在光路范围内(可见化)，这减少了液滴的无序飘散(即使溅射后也能把它捕获回来)，提高了切削液的利用率，通过提高微量润滑气雾利用率、精准性的同时，降低mql加工时的切削液用量，减少车间环境污染；
18、(2)在光力的作用下，切削液滴可以加速吸附到切削区域刀具、工件表面，提高了液滴在切削区域的沉积效率，这使得切削液在切削区域产生更佳的润滑性和冷却性；
19、(3)液滴吸附到工件表面后，激光可以驱动液滴加快向切削区域渗透，提高切削液在切削区的毛细渗透能力。激光可以促进纳米流体液滴在切削区域的更为高效、快速的渗透，并实现对高温界面的有效润滑与冷却，提高加工效率。
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1.一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在S1中，将激光器安装在高压空气气源喷嘴的末端，并与高压空气气源喷嘴同心安装，使环形激光场覆盖包围高压空气气源喷嘴喷射的纳米流体气雾，形成约束。
3.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在S1中，所述激光器采用调Q亚纳秒高功率密度激光或调Q窄脉宽激光或mopa窄脉宽激光或皮秒激光发生器，其输出的功率密度达109-1012W/cm2量级。
4.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在S1中，所述激光选择为波长在400～455nm的紫光或波长在455～492nm的蓝光或波长在492～577nm的绿光或波长在622～780nm的红光或波长在780～1550nm的近红外光。
5.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在S2中，所述基础液是植物油、矿物油或离子液体中任一种。>
6.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法和装置，其特征在于：在S2中，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨、MoS2、SiO2、TiO2其任意一种或组合。
7.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在S2中，所述纳米流体的制备方法包括以下步骤：将称量好的基础液和纳米粒子按质量比混合，得到流体混合液；充分搅拌，边搅拌边超声分散1-2h，再升温至60-65℃并搅拌0.5-1.2h，然后过滤得到纳米流体。
8.一种激光诱导装置，应用于如权里要求1-7中任意一项的激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：所述激光诱导装置包括依次连接的激光器、扩束镜和准直镜，激光器发射的激光竖由扩束镜扩大光束束腰半径减小发散角，通过准直镜把扩束后的发散光变成平行等直径的平面波前光。
9.根据权利要求8所述的一种激光诱导装置，其特征在于：所述激光诱导装置其安装在高压空气气源喷嘴喷射口的3-5cm位置处。
...【技术特征摘要】
1.一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在s1中，将激光器安装在高压空气气源喷嘴的末端，并与高压空气气源喷嘴同心安装，使环形激光场覆盖包围高压空气气源喷嘴喷射的纳米流体气雾，形成约束。
3.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在s1中，所述激光器采用调q亚纳秒高功率密度激光或调q窄脉宽激光或mopa窄脉宽激光或皮秒激光发生器，其输出的功率密度达109-1012w/cm2量级。
4.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在s1中，所述激光选择为波长在400～455nm的紫光或波长在455～492nm的蓝光或波长在492～577nm的绿光或波长在622～780nm的红光或波长在780～1550nm的近红外光。
5.根据权利要求1所述的一种激光诱导的纳米流体切削液气雾微量润滑方法，其特征在于：在s2中，所述基础...
【专利技术属性】
技术研发人员：关集俱，徐正亚，杨舒颖，郑雷，李特，冯勇，何年凯，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：
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