一种大弧长磨削发泡浸润生物润滑剂制备及供给装置

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种应用于大弧长磨削发泡浸润生物润滑剂制备及供给装置。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、在机械加工领域，传统润滑液技术尽管在降低摩擦、延长设备寿命和提高加工质量方面发挥了关键作用。但它们也面临诸多挑战，包括在极端环境下的性能限制、环境污染以及能源效率不足等问题。传统润滑液可能在高温、高压或化学腐蚀性环境下性能下降，同时其化学成分也会对环境构成威胁。此外，润滑液的效率和耗能问题也逐渐受到关注，特别是在工业和商业应用中对节能减排的需求日益增长。因此，现代机械加工行业迫切需要更高效、环保且能在苛刻条件下稳定工作的润滑液解决方案。特别是在高性能汽车工程、重型机械、航空航天和深海探测等关键应用领域，这些先进润滑解决方案的需求尤为迫切。在这些领域中，润滑剂不仅要抵抗极端温度和压力，还要兼顾环保和能效标准。

3、这些传统润滑液的局限性催生了对创新润滑技术的需求，尤其是能够提供更优的环境兼容性、降低能耗，并在极端工况下保持高效性能的技术。例如，开发更环保的润滑剂配方，以减少对自然环境的污染，同时提高生物降解性。此外，提高润滑剂的热稳定性和抗化学腐蚀性能也成为研究的重点，以适应更广泛的工业应用需求。在此背景下，创新型润滑剂，如添加了特定发泡剂的润滑液，其在提高机械效率和降低维护成本方面的潜力正受到越来越多的关注，比如通过在润滑界面形成保护膜来减少摩擦和磨损，提高润滑油在高温高压环境下的性能，同时减少环境影响。因此，包含特定发泡剂的润滑液在提高机械效率、降低维护成本以及满足严格环境标准方面显示出巨大潜力。

4、随着科学技术的发展，大弧长磨削是集高速磨削、高效深磨于一体的新型磨削方式，适用于大多数难加工材料。其中，高效深磨技术(hedg)在重型机械和航空航天领域具有特殊应用性，因为它能够有效地加工硬质材料，如硬化钢和硬质合金，这些材料在这些行业的关键部件制造中非常常见。通过结合高速磨削的快速材料去除能力和深磨削的深切削效果，hedg显著提高了生产效率，同时保证了高精度和优良的表面质量。这一技术的应用大幅减少了加工时间和热损伤风险，对于满足重型机械和航空航天行业对高性能部件的严格要求至关重要。然而，由于其具有大的磨削弧长，这导致在磨削区域内产生显著的热量和高温。传统的微量润滑技术在这种条件下往往效果不佳，因为微量润滑难以覆盖整个磨削区，尤其是在磨削点密集的环境中。

5、为了解决这一挑战，行业内采用基于发泡原理的润滑方法。在这种方法中，润滑剂被设计成在施加到磨削区时产生泡沫。这些泡沫具有良好的覆盖能力，能够浸润整个磨削区，并扩散到每个磨削点。由于泡沫的分布性和流动性，它能够更有效地渗透到磨削界面的各个部分，从而提供更全面和均匀的润滑。此外，泡沫润滑还有助于冷却，因为泡沫中的空气和液体可以吸收和分散由磨削产生的热量。这种全方位的润滑和冷却作用对于维持工件的完整性、提高磨削效率以及防止热损伤至关重要。

6、但目前的泡沫润滑剂，仍难满足大弧长磨削过程中微量且充分保护润滑刀具尖端不受磨损要求。

7、例如：王宪章等人发明了一种润滑剂制备及使用方法，专利号：cn202011354851.8，有效解决现有水性润滑剂无法同时兼备低泡性和超级润滑特性的技术问题，但无法做到复杂加工工况下的微量且充分保护润滑刀具尖端不受磨损。

8、张福强等人发明了一种润滑剂及其制备方法，专利号：cn201510288370.4，本发明提供了一种具有极压抗磨性能好，化学稳定性能好，对环境友好，成本适中的润滑剂，能够在一定程度上解决极压环境中的润滑问题，但无法做到复杂加工工况下的微量且充分保护润滑刀具尖端不受磨损。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种大弧长磨削发泡浸润生物润滑剂制备及供给装置，本发明的发泡浸润生物润滑剂具有膨胀性能好、有效润滑特性、高生物降解性、热稳定性及抗化学腐蚀性等特点；通过采用发泡原理的润滑方法，可以在高效深磨的过程中实现更优的润滑效果，同时减少磨削过程中的热损伤和提高加工质量。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种大弧长磨削发泡浸润生物润滑剂，由如下重量百分数的原料组成：发泡剂0.1％～1％、纳米添加相0.5％～5％、辅助化学剂1％～5％、余为植物油。

4、在一些实施方式中，所述发泡剂选择硅基发泡剂(优良的热稳定性和化学稳定性而被广泛使用)、非硅基发泡剂(避免硅污染的应用)、表面活性剂型发泡剂(有机化合物，可以降低液体的表面张力，从而产生泡沫)、天然发泡剂(某些植物提取物，被用于环境友好的润滑剂配方中)中至少一种。

5、表面活性剂型发泡剂，其主要功能是降低表面张力，促进气泡形成和泡沫的稳定性。若未加入表面活性剂型发泡剂会使得气泡形成困难，并且泡沫容易破裂，另外，泡沫的稳定性和机械性能遭到破坏。

6、本发明比较了多种不同类型的发泡剂在纳米流体润滑液中的效果及挥发性，因此，优选地，所述发泡剂为乙氧基硅烷，以在大弧长磨削的过程中实现更优的润滑效果，同时减少磨削过程中的热损伤和提高加工质量。

7、在一些实施方式中，所述纳米添加相为50nm碳纳米管，其主要功能是增强泡沫的机械性能，如提高泡沫的强度和稳定性。若未加入纳米添加相，泡沫受到外部力作用时容易变形或破裂；影响泡沫的质地、密度或气泡分布。

8、在一些实施方式中，所述辅助化学剂由如下重量份的原料组成：乳化剂0.4-2.5份、稳定剂0.3-1.5份、分散剂0.15-0.5份、抑制剂0.15-0.5份。

9、在一些实施方式中，所述乳化剂为单甘酯,其主要功能是增强泡沫的分层及均匀分布性，如提高泡沫成分混合均匀性。若未加入乳化剂会影响不相溶的成分在配方中的均匀混合，使得成分混合变得困难，可能导致成分分层或不均匀分布。

10、在一些实施方式中，所述稳定剂为磺酸类发泡稳定剂；

11、在一些实施方式中，所述分散剂为丙二醇甲醚,其主要功能是帮助固体或液体成分在液体中均匀分散。若未加入分散剂会导致固体成分的不均匀分布，影响泡沫的稳定性。

12、在一些实施方式中，所述抑制剂为酰胺，其主要功能是控制反应的速率或防止某些副反应的发生。若未加入抑制剂，会导致反应速率过快或出现意外的副反应，影响最终产品的质量和稳定性。

13、在一种可行的方案中，该润滑液的所述发泡剂的原料组成包括：发泡剂0.1％、纳米颗粒0.5％、辅助化学剂1％，植物油98.4％。在本发明中举例一种体积比的配方：发泡剂—乙氧基硅烷0.1％、纳米颗粒—50nm碳纳米管0.5％、辅助化学剂(乳化剂—单甘酯0.4％、稳定剂—磺酸类发泡稳定剂0.3％、分散剂—丙二醇甲醚0.15％、抑制剂—酰胺0.15％)合计1％、植物油—大豆油98.4％。

14、在一种可行的方案中，该润滑液的所述发泡剂的原料组成包括：发泡剂1％、纳米颗粒5％、辅助化学剂5％，植物油89％。在本发明中举例一种体积比的配方：发泡剂—乙氧基硅烷1％、纳米颗粒—50nm碳纳米管5％、辅助化学剂(乳化剂—单甘酯2.5％、稳定剂—磺酸类发泡稳定剂1.5％、分散剂—丙二醇甲醚0.5％、抑制剂—酰胺0.5％)合计5％、植物油—大豆油89％。

15、其他可行的方案可以根据实际加工需求及发泡量在该体积比范围内调节。

16、本发明的第二个方面，还提供了一种大弧长磨削发泡浸润生物润滑剂的制备方法，包括：

17、向植物油中加入所述纳米添加相，混合均匀，再加入辅助化学剂，得到润滑剂混合相；

18、将所述润滑剂混合相采用水浴加热至30℃-50℃，进行超声振荡处理，使得纳米相、辅助化学剂与植物油充分混合，得到混合润滑剂；

19、向所述混合润滑剂中加入发泡剂，混合均匀，得到发泡剂添加相纳米流体润滑剂。

20、本发明通过超声震荡、恒温浴制备，将发泡剂、纳米颗粒、辅助化学剂在植物油中充分混合，从而形成热稳定性及抗化学腐蚀性的润滑液，进一步地通过改变化学试剂配比及改变化学成分解决复杂加工工况下的润滑问题。

21、在一些实施方式中，超声振荡处理30min；

22、在一些实施方式中，将混合润滑剂在搅拌转速1000-1500rpm的条件下，搅拌25-40min。

23、本发明的第三个方面，提供了上述的润滑剂，及上述方法制备的润滑剂在大弧长磨削区润滑效果中的应用，将所述润滑剂采用高效混合喷嘴搅拌，完成发泡过程并喷出，使所述润滑剂覆盖整个大弧长磨削区。

24、具体地，

25、将发泡剂添加相纳米流体润滑剂添加到微量润滑泵中；

26、所述微量润滑泵接入段连接高压气体；

27、所述微量润滑泵接触端连接微量润滑喷嘴；

28、所述高压气体将润滑剂泵出微量润滑泵，抵达喷嘴处；

29、喷出的润滑剂接触刀具表面，随着切削热升高催化发泡剂作用达到包覆润滑效果。

30、在一种可行的应用方法中，为避免高效深磨过程中，传统润滑方式无法均匀覆盖整个切削弧长区域的问题，采用发泡剂覆盖切削区，实现有效润滑。

31、具体地，

32、将发泡剂添加相纳米流体润滑剂添加到微量润滑泵中；

33、所述微量润滑泵接入段连接高压气体；

34、所述微量润滑泵接触端连接微量润滑喷嘴；

35、所述高压气体将润滑剂泵出微量润滑泵，抵达喷嘴处；

36、喷嘴与磨削区接触送液；

37、所送润滑剂浸润磨削区，随磨削温度升高后发泡并逐渐增多。

38、本发明的第四个方面，提供了一种用于喷射上述润滑剂的供给装置，所述供给装置为喷嘴结构，所述喷嘴结构为涡轮叶片混合型或磁性转子旋转混合型。

39、本发明的有益效果

40、(1)本发明的发泡剂添加相纳米流体润滑剂具有热稳定性高、化学稳定性优良、发泡量可调等优势，解决了不同加工工况对润滑剂的需求。特别是，在大弧长磨削的过程中实现更优的润滑效果，同时减少磨削过程中的热损伤和提高加工质量。

41、(2)本发明的发泡剂添加相纳米流体润滑剂可应用到磨削、车削、切削、铣削等加工过程，发挥发泡剂添加相纳米流体润滑剂的作用，改善材料加工表面质量，达到加工要求。

42、(3)本发明的发泡剂喷嘴结构设计可通过多级处理实现纳米流体与高压气体的介质混合、涡轮叶片/磁性转子搅拌、扰流器增强发泡等效果，特殊结构设计能够高效促进发泡，达到优化润滑效果的作用。