磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备制造技术

本发明专利技术涉及一种磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，通过在电晕区周围增加磁场，提高液滴的荷电量。它包括：外部设有高压直流静电发生器和磁场形成装置的喷嘴；喷嘴与纳米粒子供液系统、供气系统连接；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则与用于附着在工件不加工表面的工件加电装置连接，从而形成负电晕放电的形式；在静电放电的电晕区周围是磁场形成装置；纳米流体磨削液从喷嘴的喷头喷出雾化成液滴的同时在高压直流静电发生器及磁场形成装置的作用下对液滴荷电并被送入磨削区。

【技术实现步骤摘要】
磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备
本专利技术涉及一种机械磨削加工微量润滑磨削液运输工艺方法与装备，特别是一种磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备。
技术介绍
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。专利技术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，由专利技术设计人申请的专利技术专利，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。但它不是采用磁增强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的专利技术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磁增强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。申请号:201310042095.9公开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，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。公开的技术方案不是采用磁场、电场以及雾化三者耦合作用下的纳米粒子射流液滴荷电及雾滴可控有序输运实现的微量润滑磨削，产生射流可控的微细液滴，雾化原理和液滴控制方式不同。微量润滑磨削中如果微量润滑剂在高压气体的携带作用下，不能有效可控的注入磨削区，即砂轮/工件界面的楔形区域，纳米射流就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4 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。专利技术人对微量润滑磨削供给系统的射流可控性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，由专利技术设计人申请的专利技术专利，申请号:201310042095.9公开了以一种纳米流体静电雾化可控射流微量润滑磨削系统，利用静电雾化原理在气动雾化的基础上对纳米射流微量润滑液进一步雾化，同时利用静电荷电原理将喷出的微量润滑液液滴荷电，被荷电的液滴在电场力的作用下定向的向工件移动，从而实现纳米粒子射流的可控。虽然这种方案实现了纳米粒子射流定向可控，但在这种情况下若想进一步增大液滴的荷电量，就需要不断的增加直流电源的电压，但是由于击穿电压的限制，不能无限制的增加静电电压，如何在不增大静电电压的情况下增加液滴的荷电量，成为研究的主要方向基于这样的现状，我们进行了对静电雾化荷电过程中如何在不增加静电电压的基础上增加雾滴的荷电量进行了探索。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提供了一种磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，通过在电晕区周围增加磁场，提高液滴的荷电量。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，它包括:外部设有高压直流静电发生器和磁场形成装置的喷嘴；喷嘴与纳米粒子供液系统、供气系统连接；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则与用于附着在工件不加工表面的工件加电装置连接，从而形成负电晕放电的形式；在静电放电的电晕区周围是磁场形成装置；纳米流体磨削液从喷嘴的喷头喷出雾化成液滴的同时在高压直流静电发生器及磁场形成装置的作用下对液滴荷电并被送入磨削区。所述高压直流静电发生器安装在磁场形成装置上，磁场形成装置安装在喷嘴上。所述高压直流静电发生器为喷头的一部分组成，磁场形成装置安装在喷嘴上。所述磁场形成装置由两套相同的结构,通过各自的中部为半圆弧的固定板固定在喷嘴靠近喷头位置外周的卡槽内，两固定板则连接在一起；每套结构均包括:一个定板，一个动板，两者铰接，定板上部设有T形滑槽，角度调节固定机构一端固定在动板上，另一端则与T形滑槽活动连接，进行角度调整并固定；在动板上设有磁盒，磁盒内设有磁性元件，磁盒顶部设有电极卡盘，高压直流静电发生器安装在电极卡盘上。所述高压直流静电发生器为若干L形针状电极I，所述L形针状电极I中部设有橡胶塞，尾部设有导线接口 ；在磁场形成装置的电极卡盘一侧设有多个电极插槽，在电极卡盘相对侧设有导线通槽，所述电极插槽与所述导线通槽连通，导线接口位于所述导线通槽内并与电极高压导线连接。所述喷头为扁平扇形，在扁平扇形喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，它包括：外部设有高压直流静电发生器和磁场形成装置的喷嘴（12）；喷嘴（12）与纳米粒子供液系统、供气系统连接；高压直流静电发生器与可调高压直流电源（9）的负极连接，可调高压直流电源（9）的正极则与用于附着在工件（4）不加工表面的工件加电装置（11）连接，从而形成负电晕放电的形式；在静电放电的电晕区周围是磁场形成装置；纳米流体磨削液从喷嘴（12）的喷头（18）喷出雾化成液滴的同时在高压直流静电发生器及磁场形成装置的作用下对液滴荷电并被送入磨削区。

【技术特征摘要】
1.一种磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，它包括: 外部设有高压直流静电发生器和磁场形成装置的喷嘴(12); 喷嘴(12)与纳米粒子供液系统、供气系统连接； 高压直流静电发生器与可调高压直流电源(9)的负极连接，可调高压直流电源(9)的正极则与用于附着在工件(4)不加工表面的工件加电装置(11)连接，从而形成负电晕放电的形式； 在静电放电的电晕区周围是磁场形成装置； 纳米流体磨削液从喷嘴(12)的喷头(18)喷出雾化成液滴的同时在高压直流静电发生器及磁场形成装置的作用下对液滴荷电并被送入磨削区。2.如权利要求1所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述高压直流静电发生器安装在磁场形成装置上，磁场形成装置安装在喷嘴(12)上。3.如权利要求1所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述高压直流静电发生器为喷头(18)的一部分组成，磁场形成装置安装在喷嘴(12)上。4.如权利要求2所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述磁场形成装置由两套相同的结构，通过各自的中部为半圆弧的固定板(71)固定在喷嘴(12)靠近喷头(18)位置外周的卡槽(29)内，两固定板(71)则连接在一起；每套结构均包括: 一个定板(45 )，一个动板(46 )，两者铰接，定板(45 )上部设有T形滑槽(56 )，角度调节固定机构一端固定在动板(46)上，另一端则与T形滑槽(56)活动连接，进行角度调整并固定; 在动板(46 )上设有磁盒(52 )，磁盒(52 )内设有磁性元件，磁盒(52 )顶部设有电极卡盘(51)，高压直流静电发生器安装在电极卡盘(51)上。5.如权利要求4所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述高压直流静电发生器为若干L形针状电极I (8)，所述L形针状电极I (83)中部设有橡胶塞(82)，尾部设有导线接口(84);在磁场形成装置的电极卡盘(51)—侧设有多个电极插槽(68 )，在电极卡盘(51)相对侧设有导线通槽(70 )，所述电极插槽(68 )与所述导线通槽(70)连通，导线接口(84)位于所述导线通槽(70)内并与电极高压导线(10)连接。6.如权利要求1或2或4所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述喷头(18)为扁平扇形，在扁平扇形喷头(18)内表面为半椭球或半球面；在半椭球的顶端开一个V形槽，V形槽两斜面关于喷嘴(12)轴线对称且和半椭圆球相贯形成狭长喷口。7.如权利要求3所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述磁场形成装置由两套相同的结构，通过各自的中部为半圆弧的固定板(71)固定在喷嘴(12)靠近喷头(18)位置外周的卡槽(29)内，两固定板(71)则连接在一起；每套结构均包括: 一个定板(45 )，一个动板(46 )，两者铰接，定板(45 )上部设有T形滑槽(56 )，角度调节固定机构一端固定在动板(46)上，另一端则与T形滑槽(56)活动连接，进行角度调整并固定;在动板(46 )上设有磁盒(52 )，磁盒(52 )内设有磁性元件，磁盒(52 )顶部设有电极卡盘(51)。8.如权利要求3所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述喷头(18 )分成两部分喷头体(111)和电极喷嘴1(112)，喷头体(111)和电极喷嘴I (112)螺纹连接，喷头体(111)由陶瓷材料制成，电极喷嘴I (112)由放电电极的材料制成作为高压直流静电发生器，且电极喷嘴I (112)的出口处较薄为0.3-1.2mm，在电极喷嘴I (112)上设置有导线连接环I (113)用于连接电极高压导线(10)。9.如权利要求4或7所述的磁增强电场下纳米粒子射流可控输运微量润滑磨削装备，其特征是，所述角度调节固定装置包括一个角度定位环(47)，它上面设有弧形滑槽(75)，角度定位环(47)与动板(46)固定连接，弧形滑槽(75)则通过滑块螺杆(50)和螺母(53)组成的定位机构与定板(45)活动连接，进行角度调整和固定；所述磁性元件为永磁铁或电磁铁；在采用电磁铁时，磁盒(52)后侧面设有电磁铁导线槽(67)，电磁铁与通过电磁铁导线(14 )与电磁铁可调供电电源(15 )连接。10.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长河，贾东洲，张东坤，王胜，侯亚丽，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：