磨削加工中，磨削液重要的地位
目前，磨削加工中心是机械加工行业最基本、最重要的工艺方法之一。在磨削加工中，磨削液占有重要的地位，因为它具有润滑、冷却、清洗、排屑、防锈、降低磨削力和改善工件表面质量等功效，是磨削加工过程不可缺少的生产要素之一。为降低磨削区温度，生产上广泛采用向磨削区供给大流量磨削液的浇注式供液法。但这种供液方法由于砂轮高速旋转形成的“气障”使磨削液进人磨削区十分困难，实际进人砂轮/工件之间的“有效流量率”仅为喷嘴流量的5%-40% ，大量的磨削液根本无法进人砂轮/工件界面，磨削液只是起到冷却工件基体的作用，造成磨削烧伤和工件表面完整性恶化;再加上大量供给的磨削液在砂轮与工件楔形间隙形成流体动压力和流体引人力，使砂轮主轴产生挠度变形，导致实际切深减小。因此这种供液方法不仅使加工工件产生形状和尺寸误差，而且大量浪费磨削液，增加供给和处理磨削液的成本，对环境造成极大的伤害。 为保护环境、降低成本而有意识地完全停止使用切削液的干切削应运而生。干切削由于抛弃了切削液的使用，其环保方面的优势是不言而喻的。但由于磨削加工去除单位材料体积所消耗的能量远比铣削、车削、钻削等加工方法大得多，在砂轮/工件界面产生如此高的能量密度，仅有不到10%的热量被磨屑带走，这些传人工件的热量会聚集在表面层形成局部高温(可达1 000℃以上)，因此在磨削加工中完全不使用磨削液，不仅使加工工件表而质量恶化，而且砂轮使用寿命也大幅度降低，甚至报废失效。固体润滑磨削虽然在不使用磨削液的同时也能起到一定的润滑功效，但砂轮/工件界面强大的压力促使固体润滑剂进人砂轮表面气孔，使砂轮丧失切削性能，磨削力增大，工件表面质量下降。 介于浇注式湿磨削和干式磨削之间的微量润滑技术是在确保润滑性能和冷却效果的前提下，使用最小限度的磨削液。微量润滑技术(MQL)是在高压气体中混人微量的润滑液，靠高压气流(0.4-0.65MPa )混合雾化后进人高温磨削区。润滑液一般采用植物油作为基础油的烷基酯，具有极好的生物降解性能、润滑性能以及粘度指数高、挥发性低、可再生、生产周期短、环境扩散少等特点，润滑液的使用量只有传统加工方式的千分之几甚至万分之几，大大改善了工作环境，是一种高效低碳加工技术。高压气流起到冷却、排屑的作用;雾化质点在高温下很快雾化，吸收大量切削热，喷嘴高速喷射时，流体膨胀使雾束本身的温度降低，也可吸收大量热量，同时雾化流体能吸附在金属表面上，形成润滑膜，还能起到一定的润滑作用。该技术综合了浇注式磨削和干式磨削的优点，润滑效果与传统的浇注式磨削几乎没有区别。可是，研究表明:高压气流的冷却效果很有限，满足不了高温磨削区强化换热的需要，工件的加工质量和砂轮寿命比传统浇注式磨削明显降低，说明微量润滑技术还需要进一步改进。 由强化换热理论可知，固体的传热能力远大于液体和气体。常温下固体材料的导热系数要比流体材料大几个数量级。由此可以预计，悬浮有金属、非金属或聚合物固体粒子的液体的导热系数要比纯液体大许多。一些学者提出:将纳米级固体粒子加入微量润滑流体介质中制成纳米流体，即纳米粒子、润滑液(油、或油水混合物)与高压气体混合雾化后以射流形式喷人磨削区，可望显著增加流体介质的导热系数，提高对流热传递的能力，极大弥补微量润滑冷却能力不足的缺陷。此外，纳米粒子(是指在三维尺度中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100 nm)的超细微小固体颗粒)在润滑与摩擦学方面还具有特殊的抗磨减磨和高承载能力等摩擦学特性。这种纳米粒子射流微量润滑不仅具有微量润滑技术的所有优点，并具有更强的冷却性能和优异摩擦学特性，可望有效解决磨削烧伤，提高工件表面完整性，实现高效、低耗、环境友好、资源节约的低碳绿色清洁生产。