專利名稱：納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械加工中磨削液供給裝置，具體為一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微量潤滑技術(shù)又稱MQL (Minimal Quantity Lubrication)技術(shù),他是將極微量的潤滑液與具有一定壓力的壓縮空氣混合并霧化，噴射至磨削區(qū)，對砂輪與磨屑、砂輪與工件的接觸面進(jìn)行有效潤滑。這一技術(shù)在保證有效潤滑和冷卻效果的前提下，使用最小限度的磨削液(約為傳統(tǒng)澆注式潤滑方式用量的千分之幾)，以降低成本和對環(huán)境的污染以及對人體的傷害。納米射流微量潤滑是基于強(qiáng)化換熱理論建立的，由強(qiáng)化換熱理論可知，固體的傳熱能力遠(yuǎn)大于液體和氣體。常溫下固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)要比流體材料大幾個數(shù)量級。在微量潤滑介質(zhì)中添加固體粒子，可顯著增加流體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，提高對流熱傳遞的能力，極大彌補(bǔ)微量潤滑冷卻能力不足的缺陷。此外，納米粒子(指尺寸為1-1OOnm的超細(xì)微小固體顆粒)在潤滑與摩擦學(xué)方面還具有特殊的抗磨減摩和高承載能力等摩擦學(xué)特性。納米射流微量潤滑就是將納米級固體粒子加入微量潤滑流體介質(zhì)中制成納米流體，即納米粒子、潤滑劑(油、或油水混合物)與高壓氣體混合霧化后以射流形式噴入磨削區(qū)。發(fā)明人對微量潤滑磨削供給系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析以及實驗驗證，研究成果已申請了相關(guān)的專利，由發(fā)明設(shè)計人申請的發(fā)明專利，申請?zhí)?01210153801. 2公開了一種納米粒子射流微量潤滑磨削潤滑劑供給系統(tǒng)，它將納米級固體粒子加入可降解的磨削液中制成微量潤滑磨削的潤滑劑，由微量供給裝置將潤滑劑變?yōu)榫哂泄潭▔毫Α⒚}沖頻率可變、液滴直徑不變的脈沖液滴，在高壓氣體產(chǎn)生的空氣隔離層作用下以射流形式噴入磨削區(qū)。但它不是采用靜電霧化的形成產(chǎn)生射流可控的微細(xì)液滴，霧化原理和液滴控制方式不同；申請?zhí)?01110221543. 2的發(fā)明專利公開了一種納米粒子射流微量潤滑磨削三相流供給系統(tǒng)，將納米流體經(jīng)液路輸送至噴嘴處，同時高壓氣體經(jīng)氣路進(jìn)入噴嘴，高壓氣體與納米流體在噴嘴混合室中充分混合霧化，經(jīng)加速室加速后進(jìn)入渦流室，同時壓縮氣體經(jīng)渦流室通氣孔進(jìn)入，使三相流進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)混合并加速，然后三相流以霧化液滴的形式經(jīng)噴嘴出口噴射至磨削區(qū)。但公開的技術(shù)方案中也不是采用靜電霧化的原理形成帶電荷的微細(xì)霧滴，更不能做到射流可控，霧化原理和液滴控制方式均不同。目前，微量潤滑磨削中微量潤滑劑在高壓氣體的攜帶作用下還不能實現(xiàn)有效可控的注入磨削區(qū)，即砂輪/工件界面的楔形區(qū)域，因此，納米射流會散發(fā)到周圍環(huán)境中?，F(xiàn)如今我們正高度關(guān)注著在使用微量潤滑加工時潤滑液與冷卻液對操作人員健康的影響，如，操作人員會得各種各樣的呼吸系統(tǒng)疾病，包括職業(yè)性氣喘、過敏性肺炎、肺功能喪失和皮膚病如過敏、油痤瘡、和皮膚癌等。微量潤滑的工業(yè)關(guān)注點是以空氣為動力的霧滴給操作人員帶來的潛在健康危害。在微量潤滑以壓縮空氣為動力的噴射中霧滴噴射出以后不再受到約束，其運動不再可控，會發(fā)生擴(kuò)散、漂移等一系列問題。然而這些問題的出現(xiàn)會使顆粒微小的霧滴擴(kuò)散到工作環(huán)境中，不僅對環(huán)境造成了極大的污染而且會對工作人員造成極大的健康危害。當(dāng)霧滴的大小小于4μπι甚至能引起各種各樣的職業(yè)病。根據(jù)實際報道即使短時間暴露在這種環(huán)境下也可能損壞肺功能。為此美國職業(yè)安全健康研究所建議礦物油霧滴的暴露極限濃度為0.5mg/m3。為了確保工作人員的健康，必須對微量潤滑過程中微小液滴加以控制，減少擴(kuò)散量。然而從目前檢索的文獻(xiàn)來看，對于此方面的研究還未見報道，因此對于上述問題的研究迫在眉睫。基于這樣的現(xiàn)狀我們進(jìn)行了對微量潤滑過程中微小霧滴的可控分布進(jìn)行了探索。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為在一定程度上解決上述問題，提供了一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，通過靜電學(xué)原理可以使噴射的霧滴實現(xiàn)可控分布，能夠提高霧滴譜的均勻性、沉積效率和液體有效利用率，并且能夠有效的控制霧滴的運動規(guī)律，從而降低對環(huán)境的污染，為工作人員提供了更好的健康保障。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，它包括磨削系統(tǒng)，磨削系統(tǒng)安裝有電暈荷電噴嘴，電暈荷電噴嘴的噴嘴體與供液系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)連接，噴嘴體下部的高壓直流靜電發(fā)生器與可調(diào)高壓直流電源的負(fù)極連接，可調(diào)高壓直流電源的正極與工件加電裝置連接，工件加電裝置附著于工件的不加工表面；納米流體磨削液通過供液系統(tǒng)送入電暈荷電噴嘴，同時供氣系統(tǒng)將壓縮空氣送入電暈荷電噴嘴,納米流體磨削液由壓縮空氣帶動從噴嘴體出口噴出霧化的同時被高壓直流靜電發(fā)生器荷電為可控射流，在電場力及氣動力的作用下可控的分布到加工工件的磨削區(qū)。所述高壓直流靜電發(fā)生器包括安裝在電暈荷電噴嘴下部的電極托盤，電極托盤由絕緣材料制成，沿其圓周陣列多個電極插槽，針狀電極安裝在電極插槽內(nèi)；在電極托盤中徑處開有電線槽，其內(nèi)安裝高壓電線，且在電極托盤上開有一個高壓電線托盤接出通孔，各針狀電極均與高壓電線連接，高壓電線與可調(diào)高壓直流電源負(fù)極連接；電極托盤下部是定位螺紋環(huán)，定位螺紋采用陶瓷材料制成，帶有與電暈荷電噴嘴配合的外螺紋，對電極托盤進(jìn)行定位。所述工件加電裝置包括工件加電裝置絕緣殼體、壓鐵、永磁鐵、壓緊彈簧；永磁鐵安裝在工件加電裝置絕緣殼體周邊；在工件加電裝置絕緣殼體中部有開口，壓鐵從一端伸出工件加電裝置絕緣殼體并套裝壓緊彈簧；在壓鐵上開有開口銷插槽，用于插入開口銷，壓鐵與可調(diào)高壓直流電源的正極連接。所述可調(diào)高壓直流電源包括變壓器，變壓器初級與交流電源連接，次級的兩個線分別作為直流穩(wěn)壓單元Vl和直流穩(wěn)壓單元V2，直流穩(wěn)壓單元Vl與自激振蕩電路連接，自激振蕩電路與功率放大電路、高頻脈沖升壓器以及倍壓整流電路、恒流自動控制電路連接，恒流自動控制電路與直流穩(wěn)壓單元V2連接，直流穩(wěn)壓單元V2與功率放大單元連接；可調(diào)高壓直流電源的可調(diào)電壓范圍在2KV到120KV之間；直流穩(wěn)壓單元Vl作為自激振蕩電路的工作電壓，直流穩(wěn)壓單元V2是功率轉(zhuǎn)換的主要能源，脈沖信號由自激振蕩電路獲得，經(jīng)功率放大電路放大后，在高頻脈沖升壓器的升壓下，最終輸出高壓信號，經(jīng)倍壓整流電路從而輸出直流高壓；恒流自動控制電路自動對倍壓整流電路的靜電工作電流取樣，在恒流時，當(dāng)工作負(fù)載正常加大時，不會引起工作電流的上升；當(dāng)外負(fù)載超過允許電流時，自激振蕩電路停震，高壓被截止。所述霧化的納米流體磨削液在針狀電極電暈放電的漂移區(qū)與漂移的電子碰撞從而荷電，液滴荷電后在電場力、氣動力和重力作用下可控的噴向工件表面。所述針狀電極與電極插槽間是過盈配合，通過絕緣材料的彈性變形力夾緊針狀電極。所述針狀電極的放電尖端半徑為0.5mm,極間距為20—30cm,起暈電壓范圍為
15.2848—16.2064KV。所述噴嘴體的噴嘴角度保持在30°到45°，噴嘴體出口與工件的噴射距離為20_30cm。所述霧滴電暈荷電的荷電量計算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，它包括磨削系統(tǒng)，磨削系統(tǒng)安裝有電暈荷電噴嘴，電暈荷電噴嘴的噴嘴體與供液系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)連接，噴嘴體下部的高壓直流靜電發(fā)生器與可調(diào)高壓直流電源的負(fù)極連接，可調(diào)高壓直流電源的正極與工件加電裝置連接，工件加電裝置附著于工件的不加工表面；納米流體磨削液通過供液系統(tǒng)送入電暈荷電噴嘴，同時供氣系統(tǒng)將壓縮空氣送入電暈荷電噴嘴，納米流體磨削液由壓縮空氣帶動從噴嘴體出口噴出霧化的同時被高壓直流靜電發(fā)生器荷電為可控射流，在電場力及氣動力的作用下可控的分布到加工工件的磨削區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述高壓直流靜電發(fā)生器包括安裝在電暈荷電噴嘴下部的電極托盤，電極托盤由絕緣材料制成，沿其圓周陣列多個電極插槽，針狀電極安裝在電極插槽內(nèi)；在電極托盤中徑處開有電線槽，其內(nèi)安裝高壓電線，且在電極托盤上開有一個高壓電線托盤接出通孔，各針狀電極均與高壓電線連接，高壓電線與可調(diào)高壓直流電源負(fù)極連接；電極托盤下部是定位螺紋環(huán)，定位螺紋采用陶瓷材料制成，帶有與電暈荷電噴嘴配合的外螺紋，對電極托盤進(jìn)行定位。
3.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述工件加電裝置包括工件加電裝置絕緣殼體、壓鐵、永磁鐵、壓緊彈簧；永磁鐵安裝在工件加電裝置絕緣殼體周邊；在工件加電裝置絕緣殼體中部有開口，壓鐵從一端伸出工件加電裝置絕緣殼體并套裝壓緊彈簧；在壓鐵上開有開口銷插槽，用于插入開口銷，壓鐵與可調(diào)高壓直流電源的正極連接。
4.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述可調(diào)高壓直流電源包括變壓器，變壓器初級與交流電源連接，次級的兩個線分別作為直流穩(wěn)壓單元Vl和直流穩(wěn)壓單元V2，直流穩(wěn)壓單元Vl與自激振蕩電路連接，自激振蕩電路與功率放大電路、高頻脈沖升壓器以及倍壓整流電路、恒流自動控制電路連接，恒流自動控制電路與直流穩(wěn)壓單元V2連接，直流穩(wěn)壓單元V2與功率放大單元連接；可調(diào)高壓直流電源的可調(diào)電壓范圍在2KV到120KV之間；直流穩(wěn)壓單元Vl作為自激振蕩電路的工作電壓，直流穩(wěn)壓單元V2是功率轉(zhuǎn)換的主要能源，脈沖信號由自激振蕩電路獲得，經(jīng)功率放大電路放大后，在高頻脈沖升 壓器的升壓下，最終輸出高壓信號，經(jīng)倍壓整流電路從而輸出直流高壓；恒流自動控制電路自動對倍壓整流電路的靜電工作電流取樣，在恒流時，當(dāng)工作負(fù)載正常加大時，不會引起工作電流的上升；當(dāng)外負(fù)載超過允許電流時，自激振蕩電路停震，高壓被截止。
5.如權(quán)利要求2所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述霧化的納米流體磨削液在針狀電極電暈放電的漂移區(qū)與漂移的電子碰撞從而荷電，液滴荷電后在電場力、氣動力和重力作用下可控的噴向工件表面。
6.如權(quán)利要求2所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述針狀電極與電極插槽間是過盈配合，通過絕緣材料的彈性變形力夾緊針狀電極。
7.如權(quán)利要求2或6所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述針狀電極的放電尖端半徑為0.5mm，極間距為20-30cm，起暈電壓范圍為15.2848—16.2064KV。
8.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述噴嘴體的噴嘴角度保持在30°到45°，噴嘴體出口與工件的噴射距離為20— 30cm。
9.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述霧滴電暈荷電的荷電量計算公式如下:
10.如權(quán)利要求1所述的納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，其特征是，所述供液系統(tǒng)通過納米流體輸送蛇形管與噴嘴體連接，供氣系統(tǒng)通過壓縮氣體輸送蛇形管與噴嘴體連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米流體靜電霧化可控射流微量潤滑磨削系統(tǒng)，通過靜電學(xué)原理可以使噴射的霧滴實現(xiàn)可控分布，從而降低對環(huán)境的污染，為工作人員提供了更好的健康保障。其磨削系統(tǒng)安裝有電暈荷電噴嘴，電暈荷電噴嘴的噴嘴體與供液系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)連接，噴嘴體下部的高壓直流靜電發(fā)生器與可調(diào)高壓直流電源的負(fù)極連接，可調(diào)高壓直流電源的正極與工件加電裝置連接，工件加電裝置附著于工件的不加工表面；納米流體磨削液通過供液系統(tǒng)送入電暈荷電噴嘴，同時供氣系統(tǒng)將壓縮空氣送入電暈荷電噴嘴，納米流體磨削液由壓縮空氣帶動從噴嘴體出口噴出霧化的同時被高壓直流靜電發(fā)生器荷電為可控射流，在電場力及氣動力的作用下可控的分布到加工工件的磨削區(qū)。
文檔編號B24B55/02GK103072084SQ20131004209
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者李長河, 賈東洲, 王勝, 張強(qiáng) 申請人:青島理工大學(xué)