TCI 344-2024 低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削加工工藝規(guī)范

CCS25.020CCS25.020J30/39Cryogenicairminimumquantitylubricationsurfacprocessspecification2024-05-06發(fā)布2024-05-06實施中國國際科技促進(jìn)會發(fā)布IT/CI344-2024本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利，本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由青島理工大學(xué)提出。本文件由中國國際科技促進(jìn)會歸口。本文件起草單位：青島理工大學(xué)、青島即墨青理智能制造產(chǎn)業(yè)研究院、青島濱海學(xué)院、大連理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、重慶大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)、漢能（青島）潤滑科技有限公司、上海金兆節(jié)能科技有限公司、成都工具研究所有限公司、國華（青島）智能裝備有限公司、科益展智能裝備有限公司、寶騰智能潤滑技術(shù)(東莞)有限公司、國科聯(lián)盟（北京）國際信息科學(xué)研究院。本文件主要起草人：劉明政、李長河、楊敏、周宗明、董蘭、柏秀芳、劉新、安慶龍、趙彪、丁文鋒、肖貴堅、王大中、張彥彬、張乃慶、陳云、王廣、段振景、黨嘉強、李本凱、崔歆、高騰、劉德偉、許文昊、張澤晨、李偉秋、易世寶、馬利豪。本文件為首次發(fā)布。T/CI344-2024航空工業(yè)加工制造水平是體現(xiàn)國家綜合實力的一項關(guān)鍵指標(biāo)。結(jié)構(gòu)輕量化、高強度和高可靠性等要求已成為航空高端裝備發(fā)展的主流趨勢和終極目標(biāo)。為滿足使用要求，擁有強度高、韌性強、耐高溫等特性的金屬材料應(yīng)運而生。平面磨削加工（使用臥軸平面磨床，用砂輪外圓表面磨削）作為精密成型的必要工藝，占總工藝的60%以上。磨削過程中伴隨著彈塑性變形及劇烈摩擦，使磨削區(qū)長期處在高溫和高應(yīng)力耦合效應(yīng)的影響狀態(tài)下，極易導(dǎo)致磨屑粘附、重鑄，甚至引起工件表面燒傷，嚴(yán)重影響加工表面質(zhì)量和精度。因此，磨削過程中有效抑制工件表面熱損傷是亟需解決的技術(shù)難題。低溫冷風(fēng)賦能的準(zhǔn)干式冷卻潤滑技術(shù)是由低溫冷風(fēng)與微量潤滑結(jié)合而成，通過高壓低溫氣體將微量潤滑油霧化成微米級顆粒，噴射到磨削區(qū)域。冷風(fēng)與磨削區(qū)的溫差實現(xiàn)強化換熱并且氣流可將熱量帶離磨削區(qū)，霧化顆粒的小尺寸效應(yīng)具有更強的滲透性與潤滑性。低溫冷風(fēng)微量潤滑綠色環(huán)保，不影響工人身體健康，滿足清潔生產(chǎn)。低溫冷風(fēng)技術(shù)的最大優(yōu)勢在于能實現(xiàn)介質(zhì)溫度精準(zhǔn)可控，以適應(yīng)不同塑性金屬的磨削加工。合理的低溫域可使工件維持有利于磨削的硬度，防止高溫使工件塑性過大而對刀具粘結(jié)，降低磨削性能。冷風(fēng)和潤滑油耦合作用下，有效抑制磨削熱產(chǎn)生，減輕工件表面熱損傷。低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削技術(shù)尚無國家、行業(yè)技術(shù)規(guī)范，為使低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削實現(xiàn)最優(yōu)效果，根據(jù)《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》的有關(guān)規(guī)定，特制訂本標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，制定低溫冷風(fēng)微量潤滑磨削標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)發(fā)展是十分必要的。低溫冷風(fēng)微量潤滑磨削技術(shù)具有廣闊的市場前景和良好的社會效益，用于指導(dǎo)低溫冷風(fēng)微量潤滑切磨削工件表面完整性的主動控制。1T/CI344-2024本文件規(guī)定了低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削加工技術(shù)的應(yīng)用原理、應(yīng)用條件、應(yīng)用系統(tǒng)組成與功能、技術(shù)要求、應(yīng)用方法等。本文件適用于金屬工件低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T4127.1固結(jié)磨具尺寸第1部分：外圓磨砂輪GB4674磨削機械安全規(guī)程GB/T6144合成切削液GB/T16769金屬切削機床噪聲聲壓級測量方法GB/T31209綠色制造低溫冷風(fēng)切削技術(shù)要求GB/T31210.1綠色制造亞干式切削第1部分：通用技術(shù)要求GB/T31210.2綠色制造亞干式切削第2部分：微量潤滑系統(tǒng)技術(shù)要求3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1低溫冷風(fēng)cryogenicair低溫冷風(fēng)是指干燥后常溫空氣在特殊裝置中經(jīng)過壓縮機、蒸發(fā)器或者渦流管制冷后所形成氣壓為0.3MPa~0.7MPa、噴嘴出口處溫度為0°C~-60°C的氣流。系統(tǒng)輸出溫度在-60°C~20℃范圍內(nèi)可調(diào)。3.2微量潤滑minimumquantitylubrication在0.3MPa~0.7MPa壓縮空氣中混入微量的潤滑液，依靠氣流混合霧化后進(jìn)行冷卻及潤滑。3.324工作原理砂輪噴嘴工件5基本要求3T/CI344-2024式實現(xiàn)。5.3產(chǎn)品使用應(yīng)滿足安全防護(hù)要求，應(yīng)便于加工、操作、安裝及維護(hù)；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，與機床總體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致。5.4低溫冷風(fēng)微量潤滑磨削加工結(jié)束后，應(yīng)及時對被加工零件、刀具及相關(guān)工位器具實施防銹處理。低溫冷風(fēng)微量潤滑裝置應(yīng)具有相應(yīng)的防霜、防濕、防銹、清潔和排屑措施。6低溫冷風(fēng)技術(shù)要求6.1低溫冷風(fēng)設(shè)備放置于磨床旁邊干燥地面上，盡可能靠近磨床安裝。低溫冷風(fēng)供應(yīng)管長度應(yīng)不超過3m且保持直線布置，避免過度彎折。6.2開機前檢查各部件的連接，避免運輸、安裝造成有關(guān)部位發(fā)生松動。低溫冷風(fēng)設(shè)備與電氣規(guī)格和額定范圍相符的電路系統(tǒng)連接。檢查接入三相電源、零線、地線，測試電壓是否正確，三相電源是否無誤。確認(rèn)入口和出口軟管已連接牢固。6.3連接冷風(fēng)輸運軟管到氣源。壓縮氣體要經(jīng)過干燥處理，避免空氣中水分冷凝導(dǎo)致輸運管路堵塞。低溫冷風(fēng)由壓縮空氣源經(jīng)特殊裝置中壓縮機、蒸發(fā)器制冷后生成。在工件加工之前，應(yīng)進(jìn)行預(yù)冷工序使冷風(fēng)溫度維持穩(wěn)定。6.4將噴嘴固定于機床的合適位置，可采用磁鐵或螺釘固定?；陟F化錐角18°~30°的范圍，噴嘴傾角在12°~20°之間，霧化液滴群形成的液膜能夠有效進(jìn)入磨削區(qū)。6.5低溫冷風(fēng)設(shè)備使用的管接頭，應(yīng)選用金屬材質(zhì)，采取保溫、防水、耐油、耐壓措施。6.6冷風(fēng)輸送軟管不應(yīng)有明顯的凹痕及壓扁現(xiàn)象，通道內(nèi)應(yīng)有足夠的通流面積。使用泡沫包裹耐低溫軟管，外部使用網(wǎng)罩保護(hù)泡沫。6.7冷風(fēng)發(fā)生裝置應(yīng)滿足連續(xù)加工的要求且滿足如下條件:1)環(huán)境溫度：0℃~30℃;2)相對濕度：0%~90%；3)存儲溫度：5℃~30℃;4)冷卻方式：自然冷卻；5）進(jìn)氣管徑：8mm~12mm；6）出氣管徑：8mm~12mm；7）耗氣量：50L/min~1000L/min；8）功率：1KW~3KW；4T/CI344-20249）使用電源：AC380V，50Hz；10）大氣壓力：70KPa~106KPa；6.8低溫冷風(fēng)使用的壓縮空氣源應(yīng)滿足如下條件:1)氣壓：0.3MPa~0.7MPa；2)輸出氣流溫度：<20℃;3)含水量：<30g/m3；4)含油量：<0.05mg/m3。6.9定期清理噴嘴油污及切屑。如果低溫設(shè)備長時間不使用，需關(guān)閉系統(tǒng)及所有供氣截止閥。6.10檢修設(shè)備前，務(wù)必先切斷電源，身體不要靠近溫度較高部位和溫度較低的部分。當(dāng)調(diào)節(jié)或修理低溫冷風(fēng)設(shè)備電氣系統(tǒng)暴露的帶電部分時，應(yīng)踩在絕緣體上工作，不要接觸設(shè)備其它部分。6.11在冷風(fēng)入口和出口附近工作時，務(wù)必小心并戴上手套，以防止凍傷。操作員面部和工件之間應(yīng)有合適的透明屏障，防止飛濺顆粒進(jìn)入眼睛、鼻子或嘴巴。6.12轉(zhuǎn)運設(shè)備時，設(shè)備不能傾斜和劇烈地震動。長時間不用時，泄壓及將油箱排空，防止造成管路堵塞。低溫冷風(fēng)設(shè)備在無人看管時要關(guān)閉并鎖上機箱門。7微量潤滑技術(shù)要求7.1微量潤滑系統(tǒng)使用前應(yīng)檢查油路是否通暢、是否泄露，應(yīng)放空壓力氣源中殘留的油和水，并在系統(tǒng)進(jìn)氣口與氣源輸出口之間，安裝前置油水過濾裝置。微量潤滑系統(tǒng)應(yīng)盡可能靠近機床或置于機床上，四周應(yīng)預(yù)留檢修空間。7.2確認(rèn)所使用的潤滑油品種及性質(zhì)，并嚴(yán)格按照說明書使用。所使用的型號符合操作要求，避免因誤操作而產(chǎn)生的損失。7.3微量潤滑裝置使用前，向油杯內(nèi)加入額定容量的潤滑油，將裝置分別向前、后、左、右傾斜45°,并在每個位置分別保持10s~20s，觀察滲漏情況。7.4連接電源與壓縮氣源，微量泵電機調(diào)至額定轉(zhuǎn)速，調(diào)壓閥調(diào)至最高工作壓力，目測檢查各管路及其連接處有無氣、液滲漏現(xiàn)象。7.5微量潤滑系統(tǒng)空運轉(zhuǎn)條件下，噪聲聲壓級應(yīng)不大于85dB(A)，噪聲測量方法按GB/T3785.1-2014的規(guī)定進(jìn)行。7.6微量潤滑裝置工作時，應(yīng)開啟通風(fēng)設(shè)備，保持空氣通暢以減少潤滑油微顆粒累積量，防5T/CI344-2024止工作區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)有害氣體。7.7在操作過程中，操作人員戴好防護(hù)用品，如眼鏡、口罩、手套、防護(hù)服等，避免被微量潤滑切削油粒子射到眼睛、皮膚和呼吸道等部位。7.8微量潤滑油應(yīng)滿足環(huán)保要求，應(yīng)符合GB/T6144。適用于低溫環(huán)境潤滑油應(yīng)滿足如下條件:1)安全性：28天內(nèi)降解60%以上，含無毒無害添加劑；2)凝點：<?10℃;3)沸點：>300℃;4)閃點：>200℃。7.9微量潤滑射流參數(shù)應(yīng)滿足如下條件:1)氣壓：0.3MPa~0.7MPa；2)氣液質(zhì)量比：0.4~0.5；3)潤滑油流量：60mL/h~100mL/h；4)泵油頻率：2Hz~6Hz；5)霧化液滴粒徑：120μm~180μm。8磨削加工要求8.1平面磨削加工應(yīng)符合GB4674標(biāo)準(zhǔn)。8.2檢查加工所用的機床設(shè)備，準(zhǔn)備好各種附件，按機床按規(guī)定進(jìn)行潤滑和試運行。8.3工件裝夾前應(yīng)將定位面、夾緊面和夾具定位面、夾緊面擦拭干凈，不得有毛刺。8.4在平面磨床上用磁盤吸住磨削支承面較小的工件時，應(yīng)在適當(dāng)位置添加擋塊，避免磨削時工件飛出。8.5平面磨削砂輪的選擇應(yīng)符合GB/T4127.1標(biāo)準(zhǔn)。8.6在精磨開始前，應(yīng)無背吃刀量多次走刀，至無火花為止。精磨前工件的表面粗糙度Ra值應(yīng)小于6.3um。批量加工時中，進(jìn)行首件檢查，合格后方可能繼續(xù)加工。8.7用磁力夾具吸住進(jìn)行加工的工件，加工后應(yīng)進(jìn)行退磁。工件加工后應(yīng)做到無屑、無水、無贓物，并在規(guī)定的位置擺好，以免碰傷。9低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削技術(shù)要求9.1低溫冷風(fēng)磨削的工作溫度，宜控制在-10°C~?55°C。低溫冷風(fēng)發(fā)生裝置的輸出溫度，不6T/CI344-2024應(yīng)低于?60°C，特殊要求時，可以使用更低溫度的介質(zhì)進(jìn)行磨削。9.2為保證潤滑油冷卻效果，微量潤滑油在噴射至噴嘴前，潤滑油輸運管道在低溫氣流中的長度不超過于30cm。9.3低溫冷風(fēng)磨削時，在不發(fā)生干涉情況下，低溫氣流噴出口距磨削區(qū)的距離不超過40mm。9.4低溫冷風(fēng)微量潤滑磨削時，低溫冷風(fēng)微量潤滑噴嘴組件可以設(shè)置1~2個噴嘴出口，噴射角度在12°~20°之間，從砂輪切入工件方向噴入磨削區(qū)。9.5低溫冷風(fēng)微量潤滑噴嘴裝置安裝定位后，應(yīng)在噴射出口處測量冷風(fēng)溫度。檢測時，在氣源額定工作壓力、流量范圍內(nèi)，使系統(tǒng)連續(xù)運行至額定輸出溫度。待氣流穩(wěn)定后，將測溫儀的檢測探頭放置在噴嘴出口處的低溫氣流中，并進(jìn)行充分冷卻。待溫度數(shù)值波動穩(wěn)定在±0.2°C內(nèi)時，可進(jìn)行讀數(shù)。9.6低溫冷風(fēng)微量潤滑裝置應(yīng)具備隨時關(guān)停啟動功能、溫度調(diào)節(jié)功能、壓力報警功能和必要的顯示功能。9.7低溫冷風(fēng)微量潤滑輔助平面磨削加工參數(shù)適用范圍:1)砂輪線速度：≥50m/s；2)工件進(jìn)給速度：≥8mm/s；3)磨削深度：≥30μm；7T/CI344-2024低溫冷風(fēng)微量潤滑平面磨削換熱量計算A.1低溫冷風(fēng)換熱在磨削過程中，低溫冷風(fēng)與磨削區(qū)的刀具/工件進(jìn)行換熱時，遵循對流換熱公式：由式（1）可知，熱流量大小與切削區(qū)溫差成正比，溫度差越大，交換熱量越多，冷卻效果越明顯。A.2低溫流動液膜換熱由于流動液膜厚度極小，工件表面過熱時，液膜與工件界面將迅速產(chǎn)生大量微汽泡。隨著微汽泡持續(xù)吸收熱量，體積將逐漸增加，對液膜擾動作用加強。在一個完整換熱周期內(nèi)（與磨削區(qū)對應(yīng)砂輪面積完整更迭），磨削區(qū)液膜總換熱量Qt包括液膜流動換熱量Qf和沸騰氣泡群換熱量Qb：QtQfQb對于流動液膜，其換熱量Qf計算式為：QfNufAfTwTf(3)式中，Af為液膜有效覆蓋面積，mm2；Tf為流動液膜溫度，℃;Tw為工件表面溫度，℃。流動液膜的努舍爾數(shù)Nuf可近似表示為：Nuf0.322Ref2Prf3(4)式中，Re為液膜流動雷諾數(shù)，Ref=vf·ρf·hf/μf，其中vf為液膜流動速度，m/s；Prf為液膜普朗特數(shù)，Prf=μf·ρf/λf，其中μf為液體動力粘度，m2/s。對于液膜核態(tài)沸騰，過熱工件表面會持續(xù)產(chǎn)生氣泡成核點，成核點吸收熱量，形成微氣泡。過熱表面的成核點數(shù)量Nb（單位面積）可近似表示為：,8T/CI344-2024對于任意單個氣泡，首先在成核點上生成，隨后吸熱體積增大。假定液膜核態(tài)沸騰狀態(tài)下工件表面形成的氣泡形狀為球形，當(dāng)氣泡即將脫離工件表面時應(yīng)用Fritz公式可求得氣泡直徑db為：db0.0208cgg(6)式中，σf為液體表面張力，mN；ρf為液體密度，kg/m3；ρg為氣體密度，kg/m3。因此，單個氣泡從氣核處生成到成長脫離所吸收的熱量Qd為：式中，ζb為氣泡潛熱，取384.3kJ/kg。磨削區(qū)所有氣泡所吸收的熱量Qb為：Qb=NbWlcQd(8)9T/CI344-2024不同泵油頻率對應(yīng)單泵油量下表為氣源壓力一定時，泵的頻率與接通時間不同組合時，對應(yīng)單泵油量的參考值。氣源MPa頻率Hz接通時間s單泵油量mL/h0.460.00346.090.460.00450.690.450.00338.750.450.00445.070.450.00547.240.440.00232.260.440.00336.870.440.00438.020.430.00328.640.430.002T/CI344-2024磨削鈦合金Ti-6Al-4V獲得最優(yōu)工件表面質(zhì)量時低溫冷風(fēng)微量潤滑參數(shù)與磨削參數(shù)量化映射關(guān)系下表為磨削鈦合金Ti-6Al-4V獲得最優(yōu)工件表面質(zhì)量時低溫冷風(fēng)微量潤滑參數(shù)與磨削參數(shù)量化映射關(guān)系。冷風(fēng)溫度噴嘴傾角°氣壓MPa砂輪線速度m/s進(jìn)給速度mm/s磨削深度μm-300.4264-300.4288-300.4306-400.426620-400.428420-400.330820-500.326830-500.328630-500.330430(資料性)磨削鈦合金Ti-6Al-4V不同冷風(fēng)溫度參數(shù)和射流參數(shù)對磨削性能表征參數(shù)影響規(guī)律。下圖為磨削鈦合金Ti-6Al-4V時，不同冷風(fēng)溫度參數(shù)和射流參數(shù)對磨削性能表征參數(shù)影v?=30m/s,vw=6mm/s,ap=