Page 61 - 《应用声学》2023年第4期
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第 42 卷 第 4 期                   陈小静等： 低温微量超声雾化声学系统                                           723


                 in the grinding area. Finally, comparing the grinding tests of two lubrication modes before and after the
                 use of the system are compared and analyzed. The results show that cryogenic minimum quantity ultrasonic
                 atomization lubrication can not only use less cutting fluid, but also avoid the burn and hardness reduction on
                 the work-piece surface.
                 Keywords: Cryogenic minimum quantity ultrasonic atomization lubrication; Ultrasonic atomizer; Frequency
                 equation; Finite element analysis

                                                               为系统地分析了刀具的切削性能、摩擦磨损及失效
             0 引言
                                                               形式，并指出在热裂纹未引起崩刃、剥落等缺陷时降
                 目前，全球掀起一股 “绿色浪潮”，环境问题成                        低冷却温度有助于提高刀具的使用寿命                    [7−10] 。刘
             为世界各国关注的热点。有些国家甚至以保护本                             国涛   [11]  主要对比分析了MQL、NMQL 及CNMQL
             国环境为由，制定了极为苛刻的产品环境指标来限                            对 TC4 的工件表面质量的影响，实验发现：纳米液
                                                               滴在工件表面具有较强吸附能力；CNMQL 避免犁
             制国际产品进入本国市场，形成贸易壁垒                    [1−2] 。为
             了消除 “绿色贸易壁垒”，推行绿色制造技术，各国                          沟和磨屑黏附现象，工件表面质量得到显著提高。陈
             科技工作者针对切削过程中刀具 -工件之间的润滑、                          琛等   [12]  为了改善微量润滑液滴粒径低易飘散的问
             冷却问题进行了大量的研究工作。                                   题，提出了一种气辅式静电微量润滑 (Electrostatic
                                                               minimum quantity lubrication, EMQL)，通过检测
                 各国的研究主要集中在环保切削液、微量润滑
             (Minimum quantity lubrication, MQL)、纳米流体          发现空气中 PM 10 的质量浓度较传统 MQL 方式降
                                                               低了 5.065%，并指出当电压为 30 kV 和 35 kV 时磨
             微量润滑 (Nano-fluids minimum quantity lubrica-
                                                               削工件(镍基合金)的表面质量最优。
             tion, NMQL)、冷风切削、冷风微量润滑切削 (Cryo-
                                                                   在干式切削方面：赫青山等              [13] 、贾东洲等   [14]
             genic minimum quantity lubrication, CMQL)以及
                                                               利用研制的热管砂轮对 TC4进行磨削试验，发现磨
             冷风纳米流体微量润滑 (Cryogenic air nano-fluids
                                                                                ◦
             minimum quantity lubrication, CNMQL)等对刀具          削温度稳定在 120 C，可以有效避免工件表面出现
             的切削力/温度，刀具磨损形式、刀具寿命及工件表                           烧伤。
                                                                   此外，很多学者在绿色切削及工艺方面做了大
             面质量影响规律的探索。
                                                               量的研究工作。
                 在环保切削液方面：Rahim 等           [3]  分别在浇注切
                                                                   综上所述，微量润滑技术可以降低刀具 -工件
             削液与MQL(介质：棕榈油与合成酯)条件下钻削钛
                                                               之间的摩擦系数，实现二者的冷却、润滑。超声雾化
             合金，对比分析了不同切削参数对扭矩和切削温度
                                                               可以在提高冷却液的利用率同时，对砂轮气隙中的
             的影响规律，发现棕榈油 MQL 可以取代传统润滑
                                                               磨屑进行冲刷。因此，将两种加工技术进行复合以
             液。Han等    [4]  利用过热水蒸气作为润滑介质对难加
                                                               适应绿色制造，具有一定的工程实际应用价值。本
             工材料进行切削实验，有效解决了传统切削液升温
                                                               文首先基于纵波叠加原理建立带中心孔换能器和
             汽化而形成刀具对工件的冲击，并通过切削实验发
                                                               带中心孔复合变幅杆的频率方程，并通过有限元法
             现该冷却方式可使切削力降低 30%，刀具磨损减少
                                                               获得了超声雾化喷嘴的动力学特性和磨削区速度
             了60%。
                                                               场特性，最后对 GCr15 开展了不同润滑方式的磨削
                 在 MQL、NMQL、CMQL、CNMQL 及冷风切
                                                               实验。
             削方面，Priarone 等    [5]  在对比不同冷却条件对钛铝
             金属间化合物的切削效果后得出 MQL 更有利减少
                                                               1 低温微量雾化系统
             刀具磨损和工件表面冷作硬化。Namti等                 [6]  提出了
             一种基于 NMQL 钛合金微孔加工技术，结果发现：                             低温微量雾化系统结构如图 1 所示。该系统主
             NMQL不仅可以减低钻削力和推力，而且可以有效                           要包括：低温微量供液系统、超声波发生器以及
             减轻钻屑的黏附和钻孔的毛刺。何宁、李亮团队分                            25 kHz超声波雾化喷嘴3大部分。
             别在切削液浇注、干切、低温冷风、低温 CO 2 、低温                           低温微量供液系统主要是借助微量泵和压缩
             氮气、最小量润滑条件下对 TC4 进行高速切削，较                         机将润滑液从油池中吸出并冷却后输送到超声雾
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