磨削加工中，磨削液重要的地位
目前，磨削加工中心是機械加工行業(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，因為它具有潤滑、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”使磨削液進人磨削區(qū)十分困難，實際進人砂輪/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法進人砂輪/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壓力和流體引人力，使砂輪主軸產(chǎn)生撓度變形，導(dǎo)致實際切深減小。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，而且大量浪費磨削液，增加供給和處理磨削液的成本，對環(huán)境造成極大的傷害。 為保護環(huán)境、降低成本而有意識地完全停止使用切削液的干切削應(yīng)運而生。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聚集在表面層形成局部高溫(可達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，甚至報廢失效。固體潤滑磨削雖然在不使用磨削液的同時也能起到一定的潤滑功效，但砂輪/工件界面強大的壓力促使固體潤滑劑進人砂輪表面氣孔，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滑技術(shù)是在確保潤滑性能和冷卻效果的前提下，使用最小限度的磨削液。微量潤滑技術(shù)(MQL)是在高壓氣體中混人微量的潤滑液，靠高壓氣流(0.4-0.65MPa )混合霧化后進人高溫磨削區(qū)。潤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)境擴散少等特點，潤滑液的使用量只有傳統(tǒng)加工方式的千分之幾甚至萬分之幾，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)點在高溫下很快霧化，吸收大量切削熱，噴嘴高速噴射時，流體膨脹使霧束本身的溫度降低，也可吸收大量熱量，同時霧化流體能吸附在金屬表面上，形成潤滑膜，還能起到一定的潤滑作用。該技術(shù)綜合了澆注式磨削和干式磨削的優(yōu)點，潤滑效果與傳統(tǒng)的澆注式磨削幾乎沒有區(qū)別?？墒?，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，說明微量潤滑技術(shù)還需要進一步改進。 由強化換熱理論可知，固體的傳熱能力遠大于液體和氣體。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。由此可以預(yù)計，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)，提高對流熱傳遞的能力，極大彌補微量潤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滑不僅具有微量潤滑技術(shù)的所有優(yōu)點，并具有更強的冷卻性能和優(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)。