磨削加工中，磨削液重要的地位
目前，磨削加工中心是機(jī)械加工行業(yè)最基本、最重要的工藝方法之一。在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因?yàn)樗哂袧?rùn)滑、冷卻、清洗、排屑、防銹、降低磨削力和改善工件表面質(zhì)量等功效，是磨削加工過(guò)程不可缺少的生產(chǎn)要素之一。為降低磨削區(qū)溫度，生產(chǎn)上廣泛采用向磨削區(qū)供給大流量磨削液的澆注式供液法。但這種供液方法由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)形成的“氣障”使磨削液進(jìn)人磨削區(qū)十分困難，實(shí)際進(jìn)人砂輪/工件之間的“有效流量率”僅為噴嘴流量的5%-40% ，大量的磨削液根本無(wú)法進(jìn)人砂輪/工件界面，磨削液只是起到冷卻工件基體的作用，造成磨削燒傷和工件表面完整性惡化;再加上大量供給的磨削液在砂輪與工件楔形間隙形成流體動(dòng)壓力和流體引人力，使砂輪主軸產(chǎn)生撓度變形，導(dǎo)致實(shí)際切深減小。因此這種供液方法不僅使加工工件產(chǎn)生形狀和尺寸誤差，而且大量浪費(fèi)磨削液，增加供給和處理磨削液的成本，對(duì)環(huán)境造成極大的傷害。 為保護(hù)環(huán)境、降低成本而有意識(shí)地完全停止使用切削液的干切削應(yīng)運(yùn)而生。干切削由于拋棄了切削液的使用，其環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的。但由于磨削加工去除單位材料體積所消耗的能量遠(yuǎn)比銑削、車削、鉆削等加工方法大得多，在砂輪/工件界面產(chǎn)生如此高的能量密度，僅有不到10%的熱量被磨屑帶走，這些傳人工件的熱量會(huì)聚集在表面層形成局部高溫(可達(dá)1 000℃以上)，因此在磨削加工中完全不使用磨削液，不僅使加工工件表而質(zhì)量惡化，而且砂輪使用壽命也大幅度降低，甚至報(bào)廢失效。固體潤(rùn)滑磨削雖然在不使用磨削液的同時(shí)也能起到一定的潤(rùn)滑功效，但砂輪/工件界面強(qiáng)大的壓力促使固體潤(rùn)滑劑進(jìn)人砂輪表面氣孔，使砂輪喪失切削性能，磨削力增大，工件表面質(zhì)量下降。 介于澆注式濕磨削和干式磨削之間的微量潤(rùn)滑技術(shù)是在確保潤(rùn)滑性能和冷卻效果的前提下，使用最小限度的磨削液。微量潤(rùn)滑技術(shù)(MQL)是在高壓氣體中混人微量的潤(rùn)滑液，靠高壓氣流(0.4-0.65MPa )混合霧化后進(jìn)人高溫磨削區(qū)。潤(rùn)滑液一般采用植物油作為基礎(chǔ)油的烷基酯，具有極好的生物降解性能、潤(rùn)滑性能以及粘度指數(shù)高、揮發(fā)性低、可再生、生產(chǎn)周期短、環(huán)境擴(kuò)散少等特點(diǎn)，潤(rùn)滑液的使用量只有傳統(tǒng)加工方式的千分之幾甚至萬(wàn)分之幾，大大改善了工作環(huán)境，是一種高效低碳加工技術(shù)。高壓氣流起到冷卻、排屑的作用;霧化質(zhì)點(diǎn)在高溫下很快霧化，吸收大量切削熱，噴嘴高速噴射時(shí)，流體膨脹使霧束本身的溫度降低，也可吸收大量熱量，同時(shí)霧化流體能吸附在金屬表面上，形成潤(rùn)滑膜，還能起到一定的潤(rùn)滑作用。該技術(shù)綜合了澆注式磨削和干式磨削的優(yōu)點(diǎn)，潤(rùn)滑效果與傳統(tǒng)的澆注式磨削幾乎沒(méi)有區(qū)別。可是，研究表明:高壓氣流的冷卻效果很有限，滿足不了高溫磨削區(qū)強(qiáng)化換熱的需要，工件的加工質(zhì)量和砂輪壽命比傳統(tǒng)澆注式磨削明顯降低，說(shuō)明微量潤(rùn)滑技術(shù)還需要進(jìn)一步改進(jìn)。 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(gè)數(shù)量級(jí)。由此可以預(yù)計(jì)，懸浮有金屬、非金屬或聚合物固體粒子的液體的導(dǎo)熱系數(shù)要比純液體大許多。一些學(xué)者提出:將納米級(jí)固體粒子加入微量潤(rùn)滑流體介質(zhì)中制成納米流體，即納米粒子、潤(rùn)滑液(油、或油水混合物)與高壓氣體混合霧化后以射流形式噴人磨削區(qū)，可望顯著增加流體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，提高對(duì)流熱傳遞的能力，極大彌補(bǔ)微量潤(rùn)滑冷卻能力不足的缺陷。此外，納米粒子(是指在三維尺度中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100 nm)的超細(xì)微小固體顆粒)在潤(rùn)滑與摩擦學(xué)方面還具有特殊的抗磨減磨和高承載能力等摩擦學(xué)特性。這種納米粒子射流微量潤(rùn)滑不僅具有微量潤(rùn)滑技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，并具有更強(qiáng)的冷卻性能和優(yōu)異摩擦學(xué)特性，可望有效解決磨削燒傷，提高工件表面完整性，實(shí)現(xiàn)高效、低耗、環(huán)境友好、資源節(jié)約的低碳綠色清潔生產(chǎn)。