CN114248170B - 纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置及方法，用于解决金刚石砂轮加工工程陶瓷过程中润滑不足和传热温度过高，纳米颗粒无法及时进入磨削核心区域的问题。当气压调节阀打开后，三级加速加压装置推动纳米颗粒向前运动，润滑混合液发生管喷射混合液至加速装置内，使纳米气溶胶颗粒获得一层“外衣”；通过三级加速将纳米气溶胶颗粒均匀嵌入砂轮表面形成一层纳米层，提高了磨削核心区域的润滑冷却效果，在加工过程中纳米层的纳米颗粒自主释放在磨削核心区，大幅降低磨削比能，同时减少了大量磨削液的浪费使用，符合工业领域提倡的节能环保要求。

Description

纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置及方法
技术领域
本发明涉及磨削加工中的润滑冷却技术领域，尤其涉及一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置及方法。
背景技术
磨削加工因其加工精度高、对工件材料适应性强等特点，被广泛应用于当前加工行业，但磨削加工去除单位体积的材料所消耗的能量远远大于其他常用加工形式，而在这些消耗的能量中，近90％会以磨削热的形式聚集在磨削区域，这将会导致磨削区域出现高温高压的情况，进而影响磨具的使用寿命，降低工件的表面精度。
传统的浇注式润滑采用向磨削区连续灌溉大量磨削液的方法进行冷却润滑，磨削液的润滑特性使其在工件表面形成油膜，降低砂轮与工件之间的摩擦系数和磨削力。但是此润滑方式需要大量的磨削液，与当今环保和低碳的发展背景相离。同时由于砂轮高速旋转带动周围空气运动，进而在其周围形成致密的“气障层”，使得喷嘴喷出的磨削液难进入磨削区，实际磨削液的有效流量仅为喷嘴总流量的5％到40％，磨削液无法进入砂轮与工件的接触界面，导致接触区工件表面极易产生热损伤，影响工件的精度。
纳米气溶胶在纳米颗粒的基础上赋予了它更好的导热性，在体积含量相同的条件下，纳米级气溶胶的表面积和热容量要远大于毫米级或微米级的固体颗粒。在磨削加工中，纳米气溶胶的添加使磨削液的热交换性能得到提升，纳米气溶胶起到了强化换热、降低磨削区温度的作用；此外，气溶胶中的纳米颗粒还拥有极好的减摩抗磨特性和较高的承载能力，因此可进一步提高润滑液的摩擦学性能。
公开号为“CN109759958A”、发明名称为“一种静电喷嘴及可控射流微量润滑磨削系统”的发明专利公开了一种静电喷嘴及可控射流微量润滑磨削方法和装置，其原理是设计多种型号静电喷嘴用来加速含纳米颗粒的磨削冷却液微量喷射到磨削区，在一定程度上提升了磨削区的冷却润滑效果。但是该技术方案仍旧存在以下问题：
1、在实际磨削加工中，由于砂轮表面气障层的阻碍和磨削区的封闭性，目前很难将含有颗粒的液滴充分有效地注入磨削区的核心部位，不能解决颗粒在磨削区内部即时响应润滑的问题。
2、由于砂轮磨削加工中会产生大量热量，所加入的纳米颗粒不能很好地解决磨削区内部热量过高问题。
3、纳米颗粒冲击至砂轮表面无法实现纳米颗粒在加工磨削过程中脱落的问题。
发明内容
为解决现有问题，本发明提出了一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置及方法，用于解决采用金刚石砂轮加工工程陶瓷过程中润滑不足和传热温度过高，纳米颗粒无法及时进入磨削核心区域的问题。
本发明提供一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，包括控制系统、储存机构、输送机构、加速混合喷射机构和回收机构，其中：所述储存机构包括纳米颗粒粉末储存室和润滑混合液储存室；所述加速混合喷射机构包括静电发射加速装置、聚焦线圈加速管、润滑混合液发生管、喷射泵和环形喷孔；所述润滑混合液发生管的一端与所述润滑混合液储存室连通，另一端与所述喷射泵连通；所述纳米颗粒粉末储存室依次通过所述静电发射加速装置和所述聚焦线圈加速管与所述喷射泵连通；所述喷射泵远离所述润滑混合液发生管的一端与所述环形喷孔连通。
可选的，所述控制系统包括：计算机控制器、开关控制器、电流控制器、电路开关控制器，其中所述计算机控制器分别与所述开关控制器、所述电流控制器和所述电路开关控制器电连接。
可选的，所述输送机构包括充气泵、气动三通阀、气路转子流量计、缓冲过滤室、中和器、储气罐和气压检测器，其中：所述充气泵的一端与所述储气罐的出口连通，所述充气泵的另一端与所述气动三通阀的进气端连通；所述气动三通阀的第一输出支路与所述润滑混合液储存室远离所述润滑混合液发生管的一端连通；所述气动三通阀的第二输出支路与所述纳米颗粒粉末储存室远离所述静电发射加速装置的一端连通；所述纳米颗粒粉末储存室依次通过缓冲过滤室、中和器与所述静电发射加速装置连通。来自所述纳米颗粒粉末储存室的纳米气溶胶颗粒依次通过所述静电发射加速装置、所述聚焦线圈加速管和所述喷射泵实现三级加速。
可选的，所述静电发射加速装置包括充电腔、充电电极和喷嘴；所述聚焦线圈加速管包括加速管螺线圈和加速管端口。
可选的，所述喷射泵包括泵芯，混合液通道、螺旋面、螺旋体、液体感应开关、第一空腔内壁、出液通道、通孔、第一空腔、泵筒和导流座；其中所述螺旋体设置在所述第一空腔中，所述螺旋面设置在所述螺旋体上，所述喷射泵通过导流座与所述环形喷孔连通。
可选的，所述回收机构包括涡流腔室、振动过滤网膜、电磁铁和回收室；其中电磁铁为多孔材质，并设置在倾斜流道的两侧。
本发明还提供一种基于空间位阻效应的纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮的磨削方法，其技术方案分为如下几个步骤：
步骤1、把工件固定在工作台的工件固定板上；通过输送机构将润滑混合液储存室中的润滑混合液输送至润滑混合液发生管，做好将混合液输送至喷射泵的准备；通过输送机构将纳米颗粒粉末储存室中的纳米气溶胶颗粒输送至静电发射加速装置，做好被推动加速的准备；
步骤2、通过静电发射加速装置实现对纳米气溶胶颗粒的一级加速；
步骤3、通过聚焦线圈加速管实现对纳米气溶胶颗粒的二级加速；
步骤4、将由润滑混合液发生管输送至喷射泵的混合液与由聚焦线圈加速管输送至喷射泵的纳米气溶胶颗粒混合，并经过环形喷孔流出喷射泵外，实现三级加速；
步骤5、纳米气溶胶混合颗粒通过环形喷孔喷射至工件表面，并在工件表面形成纳米气溶胶层；
步骤6、工件开始工作，部分纳米气溶胶颗粒吸附在工件表面的磨粒上；
步骤7、未吸附在工件表面的纳米气溶胶颗粒与杂质团聚形成杂质颗粒，防止工件磨粒间隙被堵塞；
步骤8、团聚形成的杂质颗粒落入回收机构。
可选的，所述砂轮优选树脂结合剂金刚石砂轮；所述纳米颗粒为混合纳米颗粒，优选四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米颗粒，尺寸大小50nm～100nm；碳酸钙纳米颗粒(CaCo3)，尺寸大小1nm～100nm。
可选的，所述储气罐中压缩气体为空气，气压压力为2.0Map～8.0Map。
可选的，所述充电腔中电源开关打开时，基于电源的电动势的原理将使纳米颗粒获得较高的初速度，其中静电加速器的电源为交流电源，电压300kV，频率36kHz。加速电压的变化频率、加速筒及加速段尺寸要进行选配，以保证纳米颗粒穿越加速筒时能够始终处于电场加速的作用。所述聚焦线圈加速管设有聚焦线圈的加速管，其特征在于：所述螺线管线圈为880匝，最大输出电流为6A，聚焦线圈的加速管，其特征在于：所述螺线管线圈外接300kV频率36kHz交流电。
可选的，所述泵芯内部开设有第一空腔，螺旋体、喷嘴和导流座从上到下设置在所述第一空腔内，螺旋体与泵芯相连，喷嘴设置在所述泵芯的内壁上，导流座设置在所述喷嘴的喷嘴口处，且导流座开设有通孔，通孔与喷嘴连通；所述进液通道流入的润滑混合液由粘合剂、稀释剂、润滑剂组成；粘合剂包含：三硬脂酸甘油酯、甲基硅油脂、的乳化剂、缓蚀剂；稀释剂包含甲醇-官能的非线性硅氧烷树脂、亲水性聚醚改性氨基聚硅氧烷；润滑液包含的失水山梨醇油酸酯聚氧乙烯醚磺基琥珀酸二钠、的聚α-烯烃(PAO)合成油、甲基氯异噻唑啉酮、脂肪醇醚烷酰基氨基酸钠、的吡硫鎓锌、增稠剂、抗腐蚀剂、全氟聚醚硅烷、极压抗磨剂。上述混合液选择目的在于使纳米气溶胶颗粒能够更好的植入砂轮表面。
可选的，所述润滑混合液发生管由连续供料装置、输送装置组成。供料装置内置旋转叶片，叶片和装置壁之间接有空气导管。气源通过润滑混合液储存室将混合液通入润滑混合液发生管的供料装置，内置旋转叶片开始转动达到混合的目的，叶片通过旋转将空气压缩至空气导管内，导管连接拉尔法管，通过器械增压的方式将空气再次压缩进入润滑混合液发生管的输送装置内，压缩空气沿管壁进入输送装置内，可有效防止输送装置内的一部分物料，由于扩散作用压向管壁形成料饼黏附在管壁上，以达到更好的输送目的。
可选的，高压喷射纳米气溶胶混合颗粒会以近似于两头尖的椭球体状吸附着在砂轮表面和砂轮磨粒之间的沟槽内，用于清洗砂轮表面杂质，也为砂轮表面形成纳米气溶胶层提供条件；上述高压喷射纳米气溶胶颗粒后由于分子间的“位阻效应”，能够有效防止纳米颗粒团聚或冲散存在团聚现象的纳米颗粒，显著提升纳米颗粒的分散性能；由于砂轮的旋转运动，在砂轮表面所形成的纳米气溶胶层能够实现均匀地全覆盖；所述纳米颗粒的最高运动速度4200m/s～6800m/s；所述纳米气溶胶层厚度6μm～18μm。
可选的，上述位阻效应具体表现为：纳米碳酸钙颗粒的外表面绝大部分为带负电荷的碳酸根离子所占据，因而可以吸附在气溶胶中能吸引带正电的离子。当吸附带正电的离子达到一定数量后，可能使原来带负电的碳酸钙微粒表面变成带正电，从而可以吸附阴离子能够阻止颗粒团聚，从而改善气溶胶的分散性。
可选的，树脂结合剂金刚石砂轮在工作时产生大量热，当磨削区温度到达80℃时，纳米外衣溶解，磁性Fe3O4纳米颗粒与树脂结合剂反应形成磁热效应。由于磁热效应，纳米气溶胶颗粒中的磁性Fe3O4纳米颗粒便会与形状记忆环氧树脂结合形成磁和热双重响应，将会产生纳米Fe3O4/环氧树脂形状记忆复合颗粒。这种颗粒具有力学性能最佳，拉伸强度大，断裂伸长率低等特点，复合颗粒通过砂轮自转产生的离心力而牢牢吸附在砂轮磨粒上，从而能够防止磨粒脱落，增加砂轮有效磨粒数，改善砂轮的表面形貌，增强了砂轮的磨削性能。
可选的，上述未能吸附在砂轮表面的纳米气溶胶颗粒和加工过程中释放的纳米颗粒及磨屑等杂质形成的混合颗粒通过砂轮旋转带入进水流旋力回收机构的涡流腔室中形成涡流流体，流体流动先经过粗振动过滤网膜粗筛，再经过微振动过滤网膜筛出小于或等于纳米混合颗粒尺寸的混合颗粒；当混合颗粒进入两侧为多孔电磁铁块的倾斜流道时，纳米颗粒则被吸附在流道壁上，流道壁内连接有软管，软管末端内置电磁铁，对磁性纳米混合颗粒进行二次吸附，吸附后的混合颗粒通过软管进入回收室内。没有磁性的相关杂质顺涡流流至回收机构末端；当电磁铁块断电后，控制回收机构的开关打开，同时在重力的影响下，倾斜流道壁上弱磁性纳米颗粒下落到回收机构中。
本发明通过三级加速，纳米气溶胶颗粒的速度不断增加，直至以最高速度冲击到砂轮表面；由于连续加速，纳米气溶胶颗粒附着在砂轮表面，通过湿法表面改性的方式使得纳米颗粒表面产生定向吸附作用，从而能够吸附纳米气溶胶里其他颗粒等聚合物。而且由于分子结构的“位阻效应”，吸附在气溶胶中能吸引带正电的离子如果吸附带正电的离子达到一定数量后，可能使原来带负电的碳酸钙微粒表面变成带正电，从而可以吸附阴离子能够阻止颗粒团聚，从而改善分散性。当带有纳米层的砂轮表面旋转到与工件接触时，在磨削核心区内部，由于磨削加工的滑擦、碰撞和挤压等机械作用导致包裹纳米颗粒的膜融化从而释放纳米颗粒。气溶胶中的纳米颗粒在金刚石磨粒/工件界面形成类“滚珠”的作用，使磨削区滑动摩擦向滑动-滚动复合摩擦转变，实现磨削区瞬时减摩的润滑作用。再由于气溶胶具有良好的热传导系数，可以有效地降低磨削区温度，进而提高了磨削区内部冷却效果。掉落的纳米颗粒进入水流旋力回收机构进行分类回收再利用。
本发明的有益效果如下：
1、借助三级加速装置直接将纳米气溶胶颗粒均匀嵌入砂轮表面形成一层纳米层，相当于从砂轮内部释放纳米颗粒到工件加工表面，极大提高了磨削核心区域的润滑冷却效果，大幅降低磨削比能，同时减少了大量磨削液的浪费使用，符合工业领域提倡的节能环保要求。
3、两个润滑混合液发生管通过机械增压的方式将混合润滑液加入压力泵内，纳米气溶胶颗粒通过两级加速射入压力泵内通过泵芯，通过螺旋通道使得混合润滑液和纳米气溶胶颗粒充分混合，能够减少大颗粒的团聚，同时为后面纳米层形成提供有利环境。
4、经发明方法处理后的砂轮表面变形小，不会对砂轮表面产生腐蚀、裂纹等缺陷，也不会使金刚石磨粒碳化，不会改变砂轮结构及其使用。
5、未嵌入砂轮表面和磨削释放后的纳米气溶胶颗粒，经回收模块分类回收能再利用。
本发明效率高、纳米层形成速度快、可实现自动化，同时成本低、符合工业化生产要求。
附图说明
图1是本发明纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置的机构示意图；
图2是本发明纳米气溶胶混合颗粒在砂轮表面形成纳米层的原理示意图；
图3是本发明纳米层在磨削加工核心区域自释放纳米颗粒的原理示意图；
图4是本发明喷射泵的结构示意图；
图5是本发明静电发射加速装置的结构示意图；
图6是本发明聚焦线圈加速管的结构示意图；
图7是本发明润滑混合液发生管的结构示意图；
图8是本发明回收机构的结构示意图。
其中：1.计算机控制器，2.开关控制器，3.充气泵，4.气动三通阀，5.纳米颗粒粉末储存室，6.气路转子流量计，7.缓冲过滤室，8.静电发射加速装置，8.1.充电腔，8.2.纳米气溶胶颗粒，8.3.充电电极，8.4.喷嘴，9.聚焦线圈加速管，9.1.加速管螺线圈，9.2.加速管端口，10.润滑混合液发生管，10.0.供料装置，10.1.空气导管，10.2.旋转叶片，10.3.第一弹簧，10.4.压力感应开关，10.5.拉尔法管，10.6.第一气压感应开关，10.7.润滑混合液发生管输送装置，10.8.输送装置末端阀门，10.9.第二弹簧，11.喷射泵，11.1.泵芯，11.2.混合液通道，11.3.螺旋面，11.4.螺旋体，11.5.液体感应开关，11.6.第一空腔内壁，11.7.出液通道，11.8.通孔，11.9.第一空腔，11.12.泵筒，11.13.导流座，12.环形喷孔，13.砂轮，13.1.砂轮磨粒，13.2.纳米气溶胶层，13.3.纳米Fe3O4颗粒，14.工件，15.回收机构，15.1.杂质颗粒，15.2.涡流腔室，15.3.振动过滤网膜，15.4.电磁铁，15.5.回收室，16.电流控制器，17.电路开关控制器，18.纳米气溶胶混合颗粒，18.1.Fe3O4/环氧树脂形状记忆复合颗粒，18.2.纳米CaCo3颗粒，19.润滑混合液储存室，20.第二气压感应开关，21.中和器，22.电流开关，23.储气罐，24.气压检测器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，该实施例提供了一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮高效磨削加工装置，包括控制系统、储存机构、输送机构、加速混合机构和回收机构。控制系统包括计算机控制器1、开关控制器2、电流控制器16、电路开关控制器17，其中计算机控制器1分别与开关控制器2、电流控制器16和电路开关控制器17电连接。输送机构包括充气泵3、气动三通阀4、气路转子流量计6、缓冲过滤室7、中和器21、储气罐23和气压检测器24，充气泵3的一端与储气罐23的出口连通，充气泵3的另一端与气动三通阀4的进气端连通。气动三通阀4的第一输出支路与润滑混合液储存室19远离润滑混合液发生管10的一端连通；气动三通阀4的第二输出支路与纳米颗粒粉末储存室5远离静电发射加速装置8的一端连通。储存机构包括纳米颗粒粉末储存室5和润滑混合液储存室19。加速混合喷射机构包括静电发射加速装置8、聚焦线圈加速管9、润滑混合液发生管10、喷射泵11和环形喷孔12。润滑混合液发生管10的一端与润滑混合液储存室19连通，另一端通过输送装置末端阀门10.8与喷射泵11连通。纳米颗粒粉末储存室5依次通过缓冲过滤室7、中和器21与所述静电发射加速装置8连通。
如图4-6所示，静电发射加速装置8包括充电腔8.1、充电电极8.3和喷嘴8.4；聚焦线圈加速管9包括加速管螺线圈9.1和加速管端口9.2。喷射泵11包括泵芯11.1、混合液通道11.2、螺旋面11.3、螺旋体11.4、液体感应开关11.5、第一空腔内壁11.6、出液通道11.7、通孔11.8、第一空腔11.9、泵筒11.12和导流座11.13；其中螺旋体11.4设置在第一空腔11.9中，螺旋面11.3设置在螺旋体11.4上，所述喷射泵11通过导流座11.13与环形喷孔12连通。述纳米颗粒粉末储存室5依次通过静电发射加速装置8和聚焦线圈加速管9与喷射泵11连通；所述喷射泵11远离输送装置末端阀门10.8的一端与环形喷孔12连通。来自纳米颗粒粉末储存室5的纳米气溶胶颗粒8.2依次通过静电发射加速装置8、聚焦线圈加速管9和喷射泵实现三级加速。
如图7所示，润滑混合液发生管10包括供料装置10.0、空气导管10.1、旋转叶片10.2、第一弹簧10.3、压力感应开关10.4、拉尔法管10.5、第一气压感应开关10.6、润滑混合液发生管输送装置10.7和输送装置末端阀门10.8，第二弹簧10.9。
如图8所示，回收机构包括，涡流腔室15.2、振动过滤网膜15.3、电磁铁15.4和回收室15.5；其中电磁铁15.4为多孔材质，设置在倾斜流道的两侧。
本发明另一个实施例还提出了一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工方法，降低了成本，提高了磨削加工的质量。该方法的具体步骤如下：
步骤1、把工件14固定在工作台的工件固定板后，启动充气泵3进行抽气，通过导气管把气体压缩到储气罐23中，当气压检测器24检测到储气罐23内的气压符合要求时，则充气泵3停止工作，反之则开启；当充气泵3和/或储气罐23开始工作时，储气罐23输出端接入气动三通阀4的进气端，气动三通阀4输出端的两条输出支路并联；其中，第一输出支路通过导管连接气路转子流量计6后连接润滑混合液储存室19，第一输出支路通过气路转子流量计6测量气路流量，并通过气路阀门(未示出)控制气路通断；当充气泵3和/或储气罐23开始工作，气路转子流量计6检测到通往润滑混合液储存室19的气路流量到达额定标准气压值时，则压力感应开关10.4和第一气压感应开关10.6打开，充气泵3连接至喷射泵11上方的两个润滑混合液发生管10的供料装置10.0处，润滑混合液发生管10内置旋转叶片10.2，旋转叶片10.2和装置壁之间接有空气导管10.1；气源通过润滑混合液储存室19将混合液通入润滑混合液发生管10的供料装置10.0，旋转叶片10.2感应到混合液，开始转动混合，混合液体储存室19内的叶片通过旋转将空气压缩至空气导管10.1内，空气导管10.1的支路连接拉尔法管10.5，通过第二弹簧10.3增压的方式将空气再次压缩进入润滑混合液发生管10的输送装置10.7内；同时混合后的混合液进入润滑混合液发生管10的输送装置10.7内，通过第二弹簧10.9加压将混合液压入输送装置末端的输送装置末端阀门10.8处，做好将混合液输送至喷射泵的准备；由于分子结构的“位阻效应”，混合液不会黏附在输送装置末端阀门10.8壁上。第二输出支路的气路连接纳米颗粒粉末储存室5，气体进入纳米颗粒粉末储存室5进行充分混合，第二气压感应开关20打开，纳米气溶胶通过管道进入缓冲过滤室7，缓冲过滤室7内设置有网膜结构用来阻挡混合不均匀所产生的大颗粒混合物，过滤后的纳米气溶胶进入中和器21，用于接收所述缓冲过滤室7的纳米颗粒气溶胶，随后通过过滤、中和的纳米气溶胶进入静电发射加速装置8，让纳米颗粒做好被推动加速的准备。
步骤2、第二输出支路上的纳米气溶胶颗粒8.2通过导管连接静电发射加速装置8内的充电腔8.1，双极交流高压电压连接静电发射加速装置8的正负极，当纳米气溶胶颗粒8.2进入充电腔8.1内，电流开关22打开，激发极接通电压后，充电腔8.1内的纳米颗粒8.2开始做振荡运动，通过小孔进入到过渡室。过渡室由电极8.3构成，通过直接接触的方式给纳米气溶胶颗粒8.2充电，充电腔8.1内的电势同时也是纳米气溶胶颗粒8.2的初始电势，通过充电至高电压以加速纳米气溶胶颗粒8.2，被加速后的纳米气溶胶颗粒8.2通过小孔进入喷嘴8.4中呈线性发射出充电腔，实现一级加速。
步骤3、通过静电发射加速装置后的纳米气溶胶内含有大量带电的粒子通过导管进入聚焦线圈加速管9，加速管螺线圈9.1正负极并联有高压电压，同时感应电源开关打开，加速后的纳米气溶胶颗粒8.2通过对螺线管线圈9.1通电后产生的磁场，当纳米气溶胶颗粒8.2平行进入磁场区时，磁场产生切向力使电子获得切向力线速度而旋转，切向线速度形成指向轴心的力，使电子向轴心偏移，穿过漂移管的纳米气溶胶颗粒8.2在整个运动中始终受到轴向力的作用，从而对纳米气溶胶颗粒8.2的整体起到了会聚作用，加速后的纳米气溶胶颗粒8.2从端口9.2喷出，起到二级加速。
步骤4、纳米气溶胶颗粒8.2进入到喷射泵11中，喷射泵11通过在泵芯11.1的第一空腔11.9内设置螺旋体11.4，高压状态下的纳米气溶胶颗粒8.2从泵芯的上部的通孔11.8流入到第一空腔11.9中，进而接触到螺旋体11.4的螺旋面11.3时，泵芯11.1的上部开设的混合液通道11.2的液体感应开关11.5打开，润滑混合液混合流入，使得纳米气溶胶颗粒8.2被包裹，同时让纳米气溶胶颗粒8.2表面改性，高压纳米混合颗粒流体被螺旋加速后喷射出第一空腔11.9，喷射出的流束为旋转向前运动的紊动射流流束，即旋动射流流束，使得更多纳米气溶胶混合颗粒18可以被高压流体携带着从泵芯的下部开设的出液通道11.7流出，混合液体因旋动加速整体形状近似于两头尖的椭球体，最后经过泵筒11.12壁上的环形喷孔12喷射流出泵外实现三级加速。
步骤5、如图2-3所示，由于连续加速且环形喷孔12距离砂轮表面4mm，纳米气溶胶混合颗粒18破除砂轮高速旋转产生的气胀层附着在砂轮13表面，纳米CaCo3颗粒18.2通过湿法表面改性的方式使得纳米气溶胶混合颗粒18表面产生定向吸附，从而能够吸附纳米气溶胶里其他颗粒等聚合物，在砂轮上形成一层纳米气溶胶层，此外，由于分子结构的“位阻效应”，定向吸附在气溶胶中能吸引带正电的离子，当吸附带正电的离子达到一定数量后，可能使原来带负电的碳酸钙微粒表面变成带正电，从而可以吸附阴离子，进而能够防止纳米气溶胶混合颗粒18团聚，改善纳米气溶胶层13.2的分散性。
步骤6、当树脂结合剂金刚石砂轮13开始工作，磨削区产生大量热，当温度到达80℃时，纳米外衣溶解，纳米Fe3O4颗粒13.3与树脂结合剂反应形成磁热效应，与形状记忆环氧树脂结合形成磁和热双重响应，将会产生纳米Fe3O4/环氧树脂形状记忆复合颗粒18.1。这种颗粒具有力学性能最佳，拉伸强度大，断裂伸长率低等特点，Fe3O4/环氧树脂形状记忆复合颗粒18.1通过砂轮自转产生的离心力而牢牢吸附在砂轮磨粒13.1上，从而能够防止磨粒脱落，增加砂轮13有效磨粒数，改善砂轮13的表面形貌，增强了砂轮的磨削性能。
步骤7、未能吸附在砂轮13表面的纳米气溶胶颗粒和加工过程中释放的纳米气溶胶混合颗粒18及磨屑等杂质因为纳米CaCo3颗粒18.2的吸附性能，使得纳米气溶胶混合颗粒18及磨屑等杂质团聚，通过砂轮13自转产生的离心力排出砂轮磨削区，从而防止砂轮磨粒13.1间隙被堵塞，增加有效磨粒数目。
步骤8、团聚的杂质颗粒15.1通过砂轮13旋转带入进水流旋力回收机构15的涡流腔室15.2中形成涡流流体，流体流动先经过振动过滤网膜15.3筛出小于或等于纳米气溶胶混合颗粒18尺寸的混合颗粒；当混合颗粒进入两侧为多孔电磁铁15.4的倾斜流道时，纳米Fe3O4颗粒13.3则被吸附在流道壁上，流道壁内连接有软管，软管末端内置磁铁，对磁性纳米混合颗粒进行二次吸附，吸附后的混合颗粒通过软管进入回收室15.5内。没有磁性的相关杂质顺涡流流至回收机构末端；当电磁铁块断电后，控制回收机构的开关打开，同时在重力的影响下，倾斜流道壁上弱磁性纳米颗粒下落到回收机构中。
本发明借助三级加速装置直接将纳米气溶胶颗粒均匀嵌入砂轮表面形成一层纳米层，相当于从砂轮内部释放纳米颗粒到工件加工表面，极大提高了磨削核心区域的润滑冷却效果，大幅降低磨削比能，同时减少了大量磨削液的浪费使用。利用三级加速装置来加速纳米气溶胶，在加速途中给纳米气溶胶中的纳米颗粒包裹一层“外衣”使其在砂轮表面的树脂结合剂层上形成纳米气溶胶层，当纳米层旋转到与工件接触时再释放纳米颗粒，在磨削区内部起到润滑冷却作用，实现磨削润滑方式从外部到内部的转变，进而提升磨削加工质量。
在本发明中，术语“连通”“输送”等术语均应做广义理解，例如，“连通”可以是直接连通，也可以是间接连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对发明的原理进行说明，并非意在对本发明的进行限制。
尽管参考附图详地公开了本发明的具体实施方式，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对本发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (9)

1.一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：包括控制系统、储存机构、输送机构、加速混合喷射机构和回收机构，其中：
所述储存机构包括纳米颗粒粉末储存室(5)和润滑混合液储存室(19)；
所述加速混合喷射机构包括静电发射加速装置(8)、聚焦线圈加速管(9)、润滑混合液发生管(10)、喷射泵(11)和环形喷孔(12)；
所述润滑混合液发生管(10)的一端与所述润滑混合液储存室(19)连通，另一端与所述喷射泵(11)连通，两个拉法尔管(10.5)在润滑混合液发生管(10)的两端；
所述纳米颗粒粉末储存室(5)依次通过所述静电发射加速装置(8)和所述聚焦线圈加速管(9)与所述喷射泵(11)连通；
所述喷射泵(11)远离所述润滑混合液发生管(10)的一端与所述环形喷孔(12)连通。
2.根据权利要求1所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述控制系统包括：计算机控制器(1)、开关控制器(2)、电流控制器(16)、电路开关控制器(17)，其中所述计算机控制器(1)分别与所述开关控制器(2)、所述电流控制器(16)和所述电路开关控制器(17)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述输送机构包括充气泵(3)、气动三通阀(4)、气路转子流量计(6)、缓冲过滤室(7)、中和器(21)、储气罐(23)，其中：
所述充气泵(3)的一端与所述储气罐(23)的出口连通，所述充气泵(3)的另一端与所述气动三通阀(4)的进气端连通；
第一输出支路通过导管连接气路转子流量计(6)后连接润滑混合液储存室(19)，第一输出支路通过气路转子流量计(6)测量气路流量，所述气动三通阀(4)的第一输出支路与所述润滑混合液储存室(19)远离所述润滑混合液发生管(10)的一端连通；所述气动三通阀(4)的第二输出支路与所述纳米颗粒粉末储存室(5)远离所述静电发射加速装置(8)的一端连通；
所述纳米颗粒粉末储存室(5)依次通过缓冲过滤室(7)、中和器(21)与所述静电发射加速装置(8)连通。
4.根据权利要求1所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：来自所述纳米颗粒粉末储存室(5)的纳米气溶胶颗粒(8.2)依次通过所述静电发射加速装置(8)、所述聚焦线圈加速管(9)和所述喷射泵实现三级加速。
5.根据权利要求4所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述静电发射加速装置(8)包括充电腔(8.1)、充电电极(8.3)和喷嘴(8.4)；所述聚焦线圈加速管(9)包括加速管螺线圈(9.1)和加速管端口(9.2)。
6.根据权利要求5所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述喷射泵(11)包括泵芯(11.1)、混合液通道(11.2)、螺旋面(11.3)、螺旋体(11.4)、液体感应开关(11.5)、第一空腔内壁(11.6)、出液通道(11.7)、通孔(11.8)、第一空腔(11.9)、泵筒(11.12)和导流座(11.13)；其中所述螺旋体(11.4)设置在所述第一空腔(11.9)中，所述螺旋面(11.3)设置在所述螺旋体(11.4)上，所述喷射泵(11)通过所述导流座(11.13)与所述环形喷孔(12)连通。
7.根据权利要求1所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置，其特征在于：所述回收机构包括涡流腔室(15.2)、振动过滤网膜(15.3)、电磁铁(15.4)和回收室(15.5)；其中所述电磁铁(15.4)为多孔材质，并设置在倾斜流道的两侧。
8.一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工方法，该方法通过权利要求1-7中任一所述纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工装置实现，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、把工件固定在工作台的工件固定板上；通过输送机构将润滑混合液储存室中的润滑混合液输送至润滑混合液发生管，做好将混合液输送至喷射泵的准备；通过输送机构将纳米颗粒粉末储存室中的纳米气溶胶颗粒输送至静电发射加速装置，做好被推动加速的准备；
步骤2、通过静电发射加速装置实现对纳米气溶胶颗粒的一级加速；
步骤3、通过聚焦线圈加速管实现对纳米气溶胶颗粒的二级加速；
步骤4、将由润滑混合液发生管输送至喷射泵的混合液与由聚焦线圈加速管输送至喷射泵的纳米气溶胶颗粒混合，并经过环形喷孔流出喷射泵外，实现三级加速；
步骤5、纳米气溶胶混合颗粒通过环形喷孔喷射至工件表面，并在工件表面形成纳米气溶胶层；
步骤6、工件开始工作，部分纳米气溶胶颗粒吸附在工件表面的磨粒上；
步骤7、未吸附在工件表面的纳米气溶胶颗粒与杂质团聚形成杂质颗粒，防止工件磨粒间隙被堵塞；
步骤8、团聚形成的杂质颗粒落入回收机构。
9.根据权利要求8所述的一种纳米气溶胶定向吸附金刚石砂轮磨削加工方法，其特征在于：所述砂轮为树脂结合剂金刚石砂轮；所述纳米气溶胶颗粒由四氧化三铁磁性纳米颗粒与碳酸钙纳米颗粒混合而成。
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