TCI 345-2024 磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削加工工藝規(guī)范

CCS25.020CCS25.020J30/39Processspecificationformagneticfieldassistednanofluidsminimumqu2024-05-06發(fā)布T/CI345-2024 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4產(chǎn)品工作原理與型號標(biāo)記 25技術(shù)要求 46磁場輔助裝置及磁流體性能的檢測 57產(chǎn)品使用說明 7附錄A（規(guī)范性）磁場輔助平面磨削裝置圖 8附錄B（規(guī)范性）不同磁場強(qiáng)度下的粘度及砂輪下方不同距離磁場強(qiáng)度 附錄C（規(guī)范性）磁場輔助納米流體微量潤滑磨削性能驗證 10T/CI345-2024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(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(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、長沙理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、四川新航鈦科技有限公司、香港理工大學(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、國華（青島）智能裝備有限公司、泰山體育產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司、青島海聯(lián)金匯汽車零部件有限公司、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：崔歆、李長河、張彥彬、董蘭、柏秀芳、周宗明、毛聰、丁文鋒、趙彪、劉波、王春錦、吳啟東、王廣、徐培明、王偉、王明偉、顏旭、劉明政、楊敏、高騰、李本凱、許文昊、劉德偉、張澤晨、黃恒、馬利豪。本文件為首次發(fā)布。T/CI345-2024高強(qiáng)度合金材料在航空航天領(lǐng)域各種關(guān)鍵部件中的應(yīng)用已有幾十年的歷史，特別是難加工材料的應(yīng)用在航空航天中占有較大的比例。常用的鈦合金材料，在航空發(fā)動機(jī)中重量占比高達(dá)30%。對于航空結(jié)構(gòu)件，深磨和成型磨削是常用工藝，其特點是大磨削弧長。在磨削時的滑擦、耕犁、切削三個階段中，磨粒與材料接觸導(dǎo)致劇烈摩擦，其消耗的能量占磨削能量的90%以上。由于高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)的特性，使鈦合金在加工中產(chǎn)生的摩擦熱轉(zhuǎn)換為大量的磨削熱聚集在工件表面，造成嚴(yán)重表面缺陷甚至燒傷。因此，提升工件/磨粒界面之間的減摩抗磨性能，降低磨削熱的產(chǎn)生，是解決鈦合金材料的大弧長磨削難題的根源所在。磁場輔助納米流體微量潤滑難加工材料磨削新方法，通過外加磁場能夠提升磁性納米潤滑劑在磨削區(qū)的浸潤性能。通過施加永磁鐵在砂輪表面產(chǎn)生梯度磁場，且磁場強(qiáng)度沿砂輪徑向呈現(xiàn)梯度變化，這為磁性納米潤滑劑的吸附浸潤提供了動力源。進(jìn)一步，磁性納米潤滑劑在高壓氣體的作用下由噴嘴噴出，霧化成為微液滴群；微液滴群穿過砂輪表面氣流場，在磁場力的吸引作用下向砂輪表面撞擊并形成潤滑油膜。由于磁場力的作用能夠增加微液滴在砂輪表面的吸附率，從而提高了潤滑劑進(jìn)入磨削區(qū)的有效流量。當(dāng)潤滑劑到達(dá)磨削區(qū)入口時，在砂輪磁場力的吸附作用下，提高了潤滑劑在磨削區(qū)微納通道剪切流動的速度和流量，從而提升了其在大磨削弧長空間的浸潤效率，進(jìn)而提升冷卻和潤滑性能。新工藝能夠降低難加工材料大磨削弧長加工過程中的磨削力、提高工件表面質(zhì)量。此外，砂輪表面具有大量氣孔更有利于磁性納米潤滑劑存儲在砂輪氣孔中和磨粒表面，實現(xiàn)對磨粒的保護(hù)作用。目前，磁場輔助納米流體微量潤滑技術(shù)已經(jīng)在磨削加工中進(jìn)行示范應(yīng)用，但存在著實際操作規(guī)范不足等問題。磁場輔助納米流體微量潤滑技術(shù)尚無國家、行業(yè)技術(shù)規(guī)范，為使磁場輔助納米流體微量潤滑磨削難加工金屬材料實現(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)。磁場輔助納米流體微量潤滑技術(shù)具有廣闊的市場前景和良好的社會效益，研發(fā)制定磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)發(fā)展十分必要，用于指導(dǎo)磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削工件表面完整性的主動控制。T/CI345-2024磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削加工工藝規(guī)范本文件規(guī)定了磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削加工工藝規(guī)范的應(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。本文件適用于磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削加工工藝。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)成本文件的必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；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/T2484固結(jié)磨具一般要求GB/T2485固結(jié)磨具技術(shù)條件GB/T2490固結(jié)磨具硬度檢驗GB/T2492固結(jié)磨具交付砂輪允許的不平衡量測量GB/T2493砂輪的回轉(zhuǎn)試驗方法GB2494固結(jié)磨具安全要求GB/T3217永磁（硬磁）材料磁性試驗方法GB/T3768聲學(xué)聲壓法測定噪聲源聲功率級和聲能量級采用反射面上方包絡(luò)測量面的簡易法GB/T5780六角頭螺栓C級GB/T6177.12型六角法蘭面螺母GB/T10247粘度測量方法GB/T13560燒結(jié)釹鐵硼永磁材料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JB/T9168.8切削加工通用工藝守則磨削3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。2T/CI345-20243.1磁場輔助裝置magneticfieldassisteddevice磁場輔助裝置是指采用夾具將永磁鐵放置于砂輪兩側(cè)，通過調(diào)節(jié)夾具實現(xiàn)永磁鐵與砂輪之間的位置關(guān)系調(diào)整。3.2磁性納米流體magneticnanofluids將磁性納米粒子（如Fe3O4）和冷卻潤滑性能優(yōu)異的納米材料（如石墨烯）以一定比例混合，加入植物性潤滑劑中，添加一定比例油酸作為表面活性劑制備磁性納米流體。磁性納米流體在梯度磁場內(nèi)受磁場力吸引，同時具備良好的冷卻潤滑性能。3.3磁場輔助納米流體微量潤滑magneticfieldassistednanofluidsminimumquantitylubricationgrinding通過磁場輔助裝置將永磁鐵定位在砂輪兩側(cè)，使砂輪磁化并在磨削區(qū)產(chǎn)生梯度磁場，磁性納米流體通過納米流體微量潤滑工藝供給至磨削區(qū)，磁性納米流體在梯度磁場的作用下實現(xiàn)浸潤、冷卻和潤滑性能。3.4相對磁導(dǎo)率relativepermeability為便于對各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能進(jìn)行比較，以真空磁導(dǎo)率為基準(zhǔn)，將其他物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率比較，其比值叫相對磁導(dǎo)率。4產(chǎn)品工作原理與型號標(biāo)記4.1工作原理磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削加工原理如圖1所示。首先通過在砂輪兩側(cè)施加永磁鐵、在砂輪表面產(chǎn)生梯度磁場，且磁場強(qiáng)度沿砂輪徑向呈現(xiàn)梯度變化。磁性納米流體霧化后成為微液滴群，由噴嘴噴出微量供給至磨削區(qū)。在磁場力的作用下向砂輪表面撞擊吸附并形成潤滑油膜。3砂輪基體②砂輪引導(dǎo)磁場分布動態(tài)非磁區(qū)w潤滑劑β動態(tài)噴嘴N碰撞吸附永磁鐵永磁鐵圖1磁場輔助納米潤滑劑微量潤滑磨削加工原理磁場輔助納米流體微量潤滑裝置產(chǎn)品型號表示方法如下：主參數(shù)代號：磁鐵強(qiáng)度等級參數(shù)代號ZB:最大夾角(單位：mm)參數(shù)代號ZH:最大高度(單位：mm)參數(shù)代號ZL:最大距離(單位：mm)分類代號CF:磁場輔助裝置——分類代號CF:磁場輔助裝置——參數(shù)代號ZL:最大距離(格式為兩位數(shù)字，單位：mm)——參數(shù)代號ZH:最大高度(格式為兩位數(shù)字，單位：mm)——主參數(shù)代號：磁鐵強(qiáng)度等級(如：N35) 改進(jìn)代號：原型不標(biāo)注，改進(jìn)型用字母A、B......標(biāo)注，第一次改進(jìn)標(biāo)注A,第二次改進(jìn)標(biāo)注B,以此類推。標(biāo)記示例：經(jīng)第三次改進(jìn)的磁場輔助裝置，磁鐵強(qiáng)度等級為N35、最大距離為16mm、最大高度為30mm、最大夾角為30°,表示為：CF163030-N35C。4T/CI345-20245技術(shù)要求5.1一般要求5.1.1夾具裝置應(yīng)符合本文件的規(guī)定，并按規(guī)定程序批準(zhǔn)的產(chǎn)品圖樣和技術(shù)文件制造。5.1.2夾具裝置的相同型號零部件應(yīng)符合通用性和互換性。5.2磁場輔助裝置要求5.2.1磁場輔助裝置零件應(yīng)采用相對磁導(dǎo)率<1的材料加工而成。5.2.2用于磁場輔助裝置的螺栓和螺母，采用標(biāo)準(zhǔn)件，按GB/T5780和GB/T6177.1的規(guī)定執(zhí)行。5.2.3永磁鐵參數(shù)：定物理參數(shù)，用特殊證明1）永磁鐵的參數(shù)和強(qiáng)度測試按GB/T3217和GB/T13560的規(guī)定進(jìn)行；2）永磁鐵與砂輪平行時，內(nèi)部磁感線方向與砂輪側(cè)面垂直，且兩塊永磁鐵磁極方向為同向相斥放置；3）磁極強(qiáng)度選用范圍：N35~N54；5.2.4通過調(diào)節(jié)磁場輔助裝置，永磁鐵與砂輪的位置關(guān)系和參數(shù)范圍：1）永磁鐵與砂輪側(cè)面夾角β：0°~30°;2）永磁鐵與砂輪側(cè)面的距離L：6~16mm；3）永磁鐵到砂輪底部距離H：10~30mm。5.3砂輪要求5.3.1適用于磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削工藝的砂輪應(yīng)滿足如下條件：1）砂輪基體采用導(dǎo)磁性的金屬材料制備，相對磁導(dǎo)率應(yīng)﹥200；2）砂輪采用金屬結(jié)合劑砂輪或金屬基體電鍍砂輪。5.3.2在砂輪表面產(chǎn)生磁場強(qiáng)度﹥1×105A/m。5.3.3砂輪制備技術(shù)要求、安全要求、驗收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按GB/T2484、GB/T2485、GB/T2490、GB/T2492、GB/T2493、GB2494、執(zhí)行。5.4磁性納米流體要求5.4.1制備方法：磁性納米潤滑劑采用物理制備法進(jìn)行制備。5.4.2納米粒子：采用磁性納米粒子以基礎(chǔ)油的3%~6%的體積分?jǐn)?shù)添加。5.4.3納米流體分散性：保證納米添加項在潤滑劑中的懸浮時間＞24h。5T/CI345-20245.4.4基礎(chǔ)油：1）安全性：生物降解率>60%，不含有毒有害添加劑；2）沸點：>300℃;3）閃點：>200℃。5.4.5磁性納米流體粘度：粘度值范圍在50~200之間（溫度：25℃)。5.5工件材料要求適用于磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削機(jī)加工的工件材料相對磁導(dǎo)率應(yīng)<1.5。5.6納米流體微量潤滑供給裝置要求5.6.1納米流體微量潤滑供給裝置采用壓縮氣體，裝置要求按GB/T31210.2的規(guī)定進(jìn)行。5.6.2納米流體微量潤滑供給裝置安裝成使用狀態(tài)，油杯內(nèi)加入額定容量的潤滑劑，將裝置分別向前、后、左、右傾斜45°,并在每個位置分別保持10~20s，觀察滲漏情況。5.6.3納米流體微量潤滑供給裝置使用的壓縮空氣源應(yīng)滿足如下條件：1）輸出壓力：0.3~0.7MPa；2）輸出氣流溫度：0~20℃;3）含水量：具體按GB/T31210.1的規(guī)定進(jìn)行；4）含油量：具體按GB/T31210.1的規(guī)定進(jìn)行。5.6.4可設(shè)置多個噴嘴，從不同角度、不同方向噴入磨削區(qū)。5.6.5噴嘴出口距磨削區(qū)的距離保持在10~50mm。5.6.6磁性納米流體供給流量為10~100ml/h，依據(jù)平面磨削加工工藝參數(shù)和砂輪寬度設(shè)置。5.7磁場輔助納米流體微量潤滑平面磨削加工要求5.7.1應(yīng)滿足連續(xù)磨削工作要求，按JB/T9168.8的規(guī)定進(jìn)行。5.7.2磨削工藝參數(shù)應(yīng)限定在：砂輪速度≧20m/s，磨削深度0.1~20mm，進(jìn)給速度0.1~10m/min。5.7.3工作電壓：交流電220V。6磁場輔助裝置及磁流體性能的檢測6.1磁流體粘度檢測規(guī)則6.1.1磁場的設(shè)置在粘度計油缸的兩側(cè)放置永磁鐵，通過改變永磁鐵到油缸的距離，得到幾個典型距離時的納米流體粘度值。采用三維高斯計（型號DX-350）測量上述距離時的磁場強(qiáng)度。從而得到不同磁場強(qiáng)度下的納米流體粘度變化規(guī)律，如圖2所示。6圖2磁場作用下的粘度測試方法6.1.2測量方法6.2磁場輔助裝置砂輪表面磁場強(qiáng)度檢測規(guī)則通過標(biāo)尺測量砂輪下方距離，在不同位置處采用三維高斯計的探頭進(jìn)行磁場強(qiáng)度的測量。測量方法如圖3所示。圖3典型工況下的磁場測試6.3噪聲檢測噪聲的測量按照GB/T3768的規(guī)7T/CI345-20247產(chǎn)品使用說明7.1產(chǎn)品使用說明書的編制應(yīng)符合GB/T9969的規(guī)定。7.2產(chǎn)品使用說明書應(yīng)包括以下內(nèi)容：1）產(chǎn)品主要用途、使用范圍；2）產(chǎn)品的主要參數(shù)；3）產(chǎn)品的正確安裝與調(diào)試方法；4）產(chǎn)品的安全使用，安全防護(hù)要求；5）產(chǎn)品的維修與保養(yǎng)要求；6）產(chǎn)品常見故障原因及排除方法。7.3標(biāo)志與包裝、運輸、儲存7.3.1標(biāo)志與包裝：產(chǎn)品應(yīng)有牢固的包裝，所有存儲的包裝物應(yīng)貼上準(zhǔn)確的、易于辨認(rèn)的標(biāo)簽。獨立包裝應(yīng)選擇合適的類型和大小，以減少數(shù)量，降低處置風(fēng)險。7.3.2運輸：包裝箱應(yīng)用新的堅固的材料制造，適用長途運輸、防潮、防銹、防震、防粗暴裝卸，適于陸運和整體吊裝，并注明起吊位置，起吊重量及重心位置。7.3.3儲存：化學(xué)品的存儲，包括廢物，應(yīng)依據(jù)化學(xué)品的性質(zhì)和相互間反應(yīng)活性。避免化學(xué)試劑及其容器被陽光直射，應(yīng)貯存在干燥、通風(fēng)和防潮的倉庫內(nèi)，產(chǎn)品儲存時應(yīng)存放在原包裝箱內(nèi)。外裝箱應(yīng)墊離地面至少20cm，距離墻壁、熱源、冷源、窗口或空氣入口至少50cm。8附錄A圖4磁場輔助裝置圖永磁鐵通過錐形頭螺栓(2)和螺母(3)固定在磁鐵固定板(1)上，磁鐵固定板上設(shè)角角度(β)的調(diào)節(jié)。進(jìn)一步連接板I、Ⅱ(7、8)上方具有滑塊結(jié)構(gòu)，和左側(cè)板(17)的滑過固定的全螺紋螺桿(11)和螺母Ⅱ(12)實現(xiàn)沿軸向的距離的調(diào)節(jié)(即永磁鐵與砂輪側(cè)面的距離L)和定位。螺桿固定塊(14)起到了全螺紋螺桿的定位作用。左側(cè)板(16)具有方型槽，通過螺栓(15)固定在砂輪罩(21)上。通過調(diào)節(jié)螺栓(18)可以實現(xiàn)砂輪下表面與9T/CI345-2024永磁鐵下表面的距離H的調(diào)節(jié)。然后通過螺母（17）夾緊。右側(cè)板與左側(cè)板（16）具有對稱結(jié)構(gòu)，不再詳述。上蓋板（19）通過螺栓（20）固定在砂輪罩（21）上，它是整體裝置的基礎(chǔ)支撐件。(資料性)Fe?O4化學(xué)修飾石墨烯納米粒子(Fe?O?@石墨烯)作為添加相，制備磁性納米流體，粘度測試結(jié)果如圖5所示。當(dāng)磁場強(qiáng)度較小時(50Gs),三種磁性納米流體的粘度值在71~74cp流體的粘度曲線均呈現(xiàn)S型增長曲線變化趨勢，當(dāng)磁場強(qiáng)度大于285.3Gs后，三種磁性納流體中Fe?O?的含量小于純Fe?O?納米流體，受磁場的影響較弱。而在Fe?O?@石墨烯納米流體中，石墨烯分子上修飾的Fe?O?含量更少，所以粘度變化趨勢比較平緩。擬合函數(shù)圖5不同磁場強(qiáng)度下的粘度變化規(guī)律B.2不同砂輪位置磁場強(qiáng)度對于厚度為20mm、直徑為300mm、基體材料為Q235的CBN砂輪，當(dāng)磁鐵參數(shù)為6圖6不同砂輪位置磁場強(qiáng)度變化規(guī)律磁場輔助納米流體微量潤滑磨削性能驗證磨削工藝參數(shù)數(shù)值砂輪速度V(m/s)進(jìn)給速度Vw(m/min)磨削深度ap(μm)微量潤滑劑流量率(mL/h)噴嘴距離(mm)噴嘴角度()微量潤滑劑空氣壓力(Mpa)20501215Mix無磁場法向力切向力數(shù)據(jù)采集點160-Mix有磁場)1-