科创中国
磁场辅助微量润滑技术开发
发布时间:
2023-11-03
截止日期:2024-11-03
价格 双方协商
地区： 浙江省 宁波市 北仑区
需求方： 宁波***公司
行业领域
电子信息技术,高新技术改造传统产业
需求背景
磨削加工是使用砂轮或其它涂覆磨具对工件进行加工的方法。由于加工中磨粒通常为负前角切削，因此磨削加工过程中会产生大量的热量。在磨削难加工材料过程中，由于材料较高的硬脆特性和较差的导热性，这些热量会集中在磨削区。如果这些热量不能及时导出，磨削区的温度会急剧升高，不仅导致加工表面出现磨削烧伤问题，影响加工表面质量，而且砂轮易过早磨损报废，加工成本上升。
传统磨削加工采用浇注式润滑冷却方法，即通过大量流动的磨削液带走磨削区的热量。磨削液的大量使用不仅增加了生产成本，而且对操作人员身体和生态环境的危害加剧，这不符合当前节能环保的绿色制造要求。为此，研究人员提出了微量润滑(也称最少量润滑，MQL)技术，将压缩气体与微量的润滑液混合后形成含有微米级液滴的喷雾，通过喷嘴高速喷射到加工区域，从而进行润滑和冷却。但是高速磨削加工中，砂轮由于高速旋转会在其周围形成气流屏障层(简称“气障层”)。该“气障层”使雾化的磨削液很难有效进入磨削区，因此其润滑冷却效果还有待提升。
需解决的主要技术难题
1.现在世界的能源日渐短缺，有关环境污染的问题也十分突出。对于机械加工制造业而言对环境的影响也是很大，尤其是采用传统的乳化液的润滑形式更加污染环境。
2.传统方式会使得刀具急速冷却降温产生淬火效果。这就使得刀具金属硬度增强的同时脆性加大。淬火与温度差成正比例关系，当提高刀具的切削速度时温度就越来越高，因此当提高切削速度就会使淬火效果更加显著，从而降低刀具的使用寿命。
期望实现的主要技术目标
1) 磁场辅助微量润滑装置：气雾发生装置工作气压0.3~0.8 MPa，切削液输出流量10 ml/h~500 ml/h连续可调；磁场发生器磁感应强度5-500 mT连续可调，最大输出电流2 mA；
2）开发的基于蠕动泵供液的气雾发生装置（未施加磁场）与传统柱塞泵供液精密喷油系统（代表当前微量润滑技术水平）的加工性能比较：在采用相同加工工件材料和切削参数条件下，二种加工方法的刀具耐用度、工件表面粗糙度Ra值等指标基本相同，上下偏差在5%以内；
3）常规油基气雾润滑与磁场辅助微量润滑技术的加工性能比较：在采用相同气雾发生装置、加工工件材料和切削参数条件下，磁场辅助微量润滑技术下工件加工后表面温度降低45%，切屑含油量减小35%，机床内环境可吸入颗粒物PM10、***指标的油雾质量浓度减小50-60%。
4）磁场辅助微量润滑装置可与加工中心集成。
需求解析
解析单位：浙江省宁波市 解析时间：2023-11-06
干宁
宁波大学
教授
综合评价
该研发可大幅降低磨削比能，提升润滑冷却效果。所配置的磨削液中采用还原氧化法制备的石墨烯作为润滑剂，尽管采用还原氧化法制备的石墨烯相比物理法如撕胶法制备的石墨烯性能有所下降，但产量高、成本低，而且其力学性能完全可以满足磨削加工领域技术要求。同时将氧化石墨烯通过化学还原反应制备石墨烯过程中，将六水合氯化铁(FeCl3·H2O)作为反应物，通过高温反应可将FeCl3还原为Fe3O4，并通过氧化石墨烯的官能团加载到石墨烯产物上，即具有磁性的Fe3O4纳米颗粒会吸附在石墨烯表面形成磁性润滑混合颗粒，该混合颗粒不仅集成了石墨烯优异的强度和韧性等力学特性，而且具有磁性特性。该磁性润滑混合颗粒在其它添加剂作用下会均匀分散在磨削液中。当雾化的磨削液经喷嘴喷出后，在磁场辅助装置的2个侧面磁极作用下，会均匀地横向铺开；在末端磁极作用下，克服砂轮高速旋转所形成的“气障层”，进入砂轮与工件的接触区。可见，在磁场辅助装置作用下，磨削液及磨削液中的石墨烯会均匀地铺开在工件表面，并能进入磨削区，进而利用石墨烯优异的力学性能，可有效降低磨削力及磨削比能，大幅提升润滑冷却效果。
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