纳米颗粒射流微量润滑强化换热机理及磨削表面完整性评价

摘要

磨削加工过程中，磨削比能高，故磨削区的温度较高。当温度超过某一临界值时，就会引起零件表面的热损伤(表面氧化、烧伤、残余应力和裂纹)，使其抗磨损性能下降，抗疲劳性差，从而降低使用寿命和可靠性。另外，磨削周期内工件的积累温升，会导致工件尺寸精度、形状精度误差以及砂轮寿命急剧下降。所以，有效控制磨削区的温度，防止工件表面的热损伤，是研究磨削机理和提高磨削表面完整性的重要课题。
　　 传统的磨削加工过程中，通常采用浇注磨削液的方式，来降低磨削温度。由于砂轮的高速旋转，在其周围形成“气障层”阻碍磨削液进入磨削区，真正有效进入磨削区的磨削液很少，大量的磨削液只能对工件基体起到冷却降温的作用。同时造成严重的浪费和污染，难以适应现代绿色制造的生产加工潮流。
　　 近几年人们提出了绿色磨削加工--微量润滑(minimum quantity lubricant，简称MQL)。它是将微量的润滑油充分雾化后形成微米级汽雾，借助高速流体冲破“气障层”，有效进入磨削区。微量润滑能够起到较好的润滑功效，但是其冷却作用差。由强化换热理论可知，固体的导热能力远远大于液体和气体。在微量润滑介质中添加入固体颗粒，可以显著的增加流体介质的导热系数，提高对流传热能力，从而弥补微量润滑冷却能力不足的缺陷。
　　 本论文将纳米固体颗粒添加入到润滑流体介质中制得纳米流体，然后采用高压射流方式，为氧化锆陶瓷的精密磨削加工提供润滑和冷却。主要内容包括：
　　 一、详细阐述了纳米流体强化换热的机理。重点介绍纳米流体的制备、组成要素；纳米流体热传导系数的测量实验研究和影响因素的分析。
　　 二、将纳米流体作为MQL磨削加工陶瓷的冷却介质进行实验研究。研究主要内容：磨削力、磨削力比和磨削温度，进一步分析材料去除机理。
　　 三、研究磨削热传递。针对纳米射流微量润滑的陶瓷磨削加工进行有限元仿真，计算磨削区的热量分配。
　　 四、表面完整性评价。根据磨削条件的变化，对陶瓷表面完整性的影响因素进行分析，对表面可控性磨削进行预测。