T-CI 345-2024 磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削加工工艺规范

CCS25.020CCS25.020J30/39Processspecificationformagneticfieldassistednanofluidsminimumqu2024-05-06发布T/CI345-2024 2规范性引用文件 3术语和定义 4产品工作原理与型号标记 25技术要求 46磁场辅助装置及磁流体性能的检测 57产品使用说明 7附录A（规范性）磁场辅助平面磨削装置图 8附录B（规范性）不同磁场强度下的粘度及砂轮下方不同距离磁场强度 附录C（规范性）磁场辅助纳米流体微量润滑磨削性能验证 10T/CI345-2024本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由青岛理工大学提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：青岛理工大学、青岛即墨青理智能制造产业研究院、青岛滨海学院、长沙理工大学、南京航空航天大学、四川新航钛科技有限公司、香港理工大学、汉能（青岛）润滑科技有限公司，上海金兆节能科技有限公司、国华（青岛）智能装备有限公司、泰山体育产业集团有限公司、青岛海联金汇汽车零部件有限公司、宝腾智能润滑技术(东莞)有限公司、国科联盟（北京）国际信息科学研究院。本文件主要起草人：崔歆、李长河、张彦彬、董兰、柏秀芳、周宗明、毛聪、丁文锋、赵彪、刘波、王春锦、吴启东、王广、徐培明、王伟、王明伟、颜旭、刘明政、杨敏、高腾、李本凯、许文昊、刘德伟、张泽晨、黄恒、马利豪。本文件为首次发布。T/CI345-2024高强度合金材料在航空航天领域各种关键部件中的应用已有几十年的历史，特别是难加工材料的应用在航空航天中占有较大的比例。常用的钛合金材料，在航空发动机中重量占比高达30%。对于航空结构件，深磨和成型磨削是常用工艺，其特点是大磨削弧长。在磨削时的滑擦、耕犁、切削三个阶段中，磨粒与材料接触导致剧烈摩擦，其消耗的能量占磨削能量的90%以上。由于高强度、低导热系数的特性，使钛合金在加工中产生的摩擦热转换为大量的磨削热聚集在工件表面，造成严重表面缺陷甚至烧伤。因此，提升工件/磨粒界面之间的减摩抗磨性能，降低磨削热的产生，是解决钛合金材料的大弧长磨削难题的根源所在。磁场辅助纳米流体微量润滑难加工材料磨削新方法，通过外加磁场能够提升磁性纳米润滑剂在磨削区的浸润性能。通过施加永磁铁在砂轮表面产生梯度磁场，且磁场强度沿砂轮径向呈现梯度变化，这为磁性纳米润滑剂的吸附浸润提供了动力源。进一步，磁性纳米润滑剂在高压气体的作用下由喷嘴喷出，雾化成为微液滴群；微液滴群穿过砂轮表面气流场，在磁场力的吸引作用下向砂轮表面撞击并形成润滑油膜。由于磁场力的作用能够增加微液滴在砂轮表面的吸附率，从而提高了润滑剂进入磨削区的有效流量。当润滑剂到达磨削区入口时，在砂轮磁场力的吸附作用下，提高了润滑剂在磨削区微纳通道剪切流动的速度和流量，从而提升了其在大磨削弧长空间的浸润效率，进而提升冷却和润滑性能。新工艺能够降低难加工材料大磨削弧长加工过程中的磨削力、提高工件表面质量。此外，砂轮表面具有大量气孔更有利于磁性纳米润滑剂存储在砂轮气孔中和磨粒表面，实现对磨粒的保护作用。目前，磁场辅助纳米流体微量润滑技术已经在磨削加工中进行示范应用，但存在着实际操作规范不足等问题。磁场辅助纳米流体微量润滑技术尚无国家、行业技术规范，为使磁场辅助纳米流体微量润滑磨削难加工金属材料实现最优效果，根据《中华人民共和国标准化法》的有关规定，特制订本标准。磁场辅助纳米流体微量润滑技术具有广阔的市场前景和良好的社会效益，研发制定磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削标准对行业发展十分必要，用于指导磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削工件表面完整性的主动控制。T/CI345-2024磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削加工工艺规范本文件规定了磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削加工工艺规范的应用原理、应用条件、应用系统组成与功能、技术要求、应用方法等。本文件适用于磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削加工工艺。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件的必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2484固结磨具一般要求GB/T2485固结磨具技术条件GB/T2490固结磨具硬度检验GB/T2492固结磨具交付砂轮允许的不平衡量测量GB/T2493砂轮的回转试验方法GB2494固结磨具安全要求GB/T3217永磁（硬磁）材料磁性试验方法GB/T3768声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级采用反射面上方包络测量面的简易法GB/T5780六角头螺栓C级GB/T6177.12型六角法兰面螺母GB/T10247粘度测量方法GB/T13560烧结钕铁硼永磁材料GB/T31210.1绿色制造亚干式切削第1部分：通用技术要求GB/T31210.2绿色制造亚干式切削第2部分：微量润滑系统技术要求JB/T9168.8切削加工通用工艺守则磨削3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2T/CI345-20243.1磁场辅助装置magneticfieldassisteddevice磁场辅助装置是指采用夹具将永磁铁放置于砂轮两侧，通过调节夹具实现永磁铁与砂轮之间的位置关系调整。3.2磁性纳米流体magneticnanofluids将磁性纳米粒子（如Fe3O4）和冷却润滑性能优异的纳米材料（如石墨烯）以一定比例混合，加入植物性润滑剂中，添加一定比例油酸作为表面活性剂制备磁性纳米流体。磁性纳米流体在梯度磁场内受磁场力吸引，同时具备良好的冷却润滑性能。3.3磁场辅助纳米流体微量润滑magneticfieldassistednanofluidsminimumquantitylubricationgrinding通过磁场辅助装置将永磁铁定位在砂轮两侧，使砂轮磁化并在磨削区产生梯度磁场，磁性纳米流体通过纳米流体微量润滑工艺供给至磨削区，磁性纳米流体在梯度磁场的作用下实现浸润、冷却和润滑性能。3.4相对磁导率relativepermeability为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率为基准，将其他物质的磁导率与真空磁导率比较，其比值叫相对磁导率。4产品工作原理与型号标记4.1工作原理磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削加工原理如图1所示。首先通过在砂轮两侧施加永磁铁、在砂轮表面产生梯度磁场，且磁场强度沿砂轮径向呈现梯度变化。磁性纳米流体雾化后成为微液滴群，由喷嘴喷出微量供给至磨削区。在磁场力的作用下向砂轮表面撞击吸附并形成润滑油膜。3T/CI345-2024图1磁场辅助纳米润滑剂微量润滑磨削加工原理4.2型号标记磁场辅助纳米流体微量润滑装置产品型号表示方法如下：——分类代号CF：磁场辅助装置——参数代号ZL：最大距离（格式为两位数字，单位：mm）——参数代号ZH：最大高度（格式为两位数字，单位：mm）——参数代号ZB：最大夹角（格式为两位数字，单位：°)——主参数代号：磁铁强度等级（如：N35）——改进代号：原型不标注，改进型用字母A、B……标注，第一次改进标注A，第二次改进标注B，以此类推。标记示例：经第三次改进的磁场辅助装置，磁铁强度等级为N35、最大距离为16mm、最大高度为30mm、最大夹角为30°,表示为：CF163030-N35C。4T/CI345-20245技术要求5.1一般要求5.1.1夹具装置应符合本文件的规定，并按规定程序批准的产品图样和技术文件制造。5.1.2夹具装置的相同型号零部件应符合通用性和互换性。5.2磁场辅助装置要求5.2.1磁场辅助装置零件应采用相对磁导率<1的材料加工而成。5.2.2用于磁场辅助装置的螺栓和螺母，采用标准件，按GB/T5780和GB/T6177.1的规定执行。5.2.3永磁铁参数：定物理参数，用特殊证明1）永磁铁的参数和强度测试按GB/T3217和GB/T13560的规定进行；2）永磁铁与砂轮平行时，内部磁感线方向与砂轮侧面垂直，且两块永磁铁磁极方向为同向相斥放置；3）磁极强度选用范围：N35~N54；5.2.4通过调节磁场辅助装置，永磁铁与砂轮的位置关系和参数范围：1）永磁铁与砂轮侧面夹角β：0°~30°;2）永磁铁与砂轮侧面的距离L：6~16mm；3）永磁铁到砂轮底部距离H：10~30mm。5.3砂轮要求5.3.1适用于磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削工艺的砂轮应满足如下条件：1）砂轮基体采用导磁性的金属材料制备，相对磁导率应﹥200；2）砂轮采用金属结合剂砂轮或金属基体电镀砂轮。5.3.2在砂轮表面产生磁场强度﹥1×105A/m。5.3.3砂轮制备技术要求、安全要求、验收标准应按GB/T2484、GB/T2485、GB/T2490、GB/T2492、GB/T2493、GB2494、执行。5.4磁性纳米流体要求5.4.1制备方法：磁性纳米润滑剂采用物理制备法进行制备。5.4.2纳米粒子：采用磁性纳米粒子以基础油的3%~6%的体积分数添加。5.4.3纳米流体分散性：保证纳米添加项在润滑剂中的悬浮时间＞24h。5T/CI345-20245.4.4基础油：1）安全性：生物降解率>60%，不含有毒有害添加剂；2）沸点：>300℃;3）闪点：>200℃。5.4.5磁性纳米流体粘度：粘度值范围在50~200之间（温度：25℃)。5.5工件材料要求适用于磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削机加工的工件材料相对磁导率应<1.5。5.6纳米流体微量润滑供给装置要求5.6.1纳米流体微量润滑供给装置采用压缩气体，装置要求按GB/T31210.2的规定进行。5.6.2纳米流体微量润滑供给装置安装成使用状态，油杯内加入额定容量的润滑剂，将装置分别向前、后、左、右倾斜45°,并在每个位置分别保持10~20s，观察渗漏情况。5.6.3纳米流体微量润滑供给装置使用的压缩空气源应满足如下条件：1）输出压力：0.3~0.7MPa；2）输出气流温度：0~20℃;3）含水量：具体按GB/T31210.1的规定进行；4）含油量：具体按GB/T31210.1的规定进行。5.6.4可设置多个喷嘴，从不同角度、不同方向喷入磨削区。5.6.5喷嘴出口距磨削区的距离保持在10~50mm。5.6.6磁性纳米流体供给流量为10~100ml/h，依据平面磨削加工工艺参数和砂轮宽度设置。5.7磁场辅助纳米流体微量润滑平面磨削加工要求5.7.1应满足连续磨削工作要求，按JB/T9168.8的规定进行。5.7.2磨削工艺参数应限定在：砂轮速度≧20m/s，磨削深度0.1~20mm，进给速度0.1~10m/min。5.7.3工作电压：交流电220V。6磁场辅助装置及磁流体性能的检测6.1磁流体粘度检测规则6.1.1磁场的设置在粘度计油缸的两侧放置永磁铁，通过改变永磁铁到油缸的距离，得到几个典型距离时的纳米流体粘度值。采用三维高斯计（型号DX-350）测量上述距离时的磁场强度。从而得到不同磁场强度下的纳米流体粘度变化规律，如图2所示。6T/CI345-2024图2磁场作用下的粘度测试方法6.1.2测量方法纳米流体粘度测量按GB/T10247的规定进行。6.2磁场辅助装置砂轮表面磁场强度检测规则通过标尺测量砂轮下方距离，在不同位置处采用三维高斯计的探头进行磁场强度的测量。测量方法如图3所示。图3典型工况下的磁场测试6.3噪声检测噪声的测量按照GB/T3768的规定进行。7T/CI345-20247产品使用说明7.1产品使用说明书的编制应符合GB/T9969的规定。7.2产品使用说明书应包括以下内容：1）产品主要用途、使用范围；2）产品的主要参数；3）产品的正确安装与调试方法；4）产品的安全使用，安全防护要求；5）产品的维修与保养要求；6）产品常见故障原因及排除方法。7.3标志与包装、运输、储存7.3.1标志与包装：产品应有牢固的包装，所有存储的包装物应贴上准确的、易于辨认的标签。独立包装应选择合适的类型和大小，以减少数量，降低处置风险。7.3.2运输：包装箱应用新的坚固的材料制造，适用长途运输、防潮、防锈、防震、防粗暴装卸，适于陆运和整体吊装，并注明起吊位置，起吊重量及重心位置。7.3.3储存：化学品的存储，包括废物，应依据化学品的性质和相互间反应活性。避免化学试剂及其容器被阳光直射，应贮存在干燥、通风和防潮的仓库内，产品储存时应存放在原包装箱内。外装箱应垫离地面至少20cm，距离墙壁、热源、冷源、窗口或空气入口至少50cm。8T/CI345-2024（规范性）磁场辅助平面磨削装置图磁场辅助装置结构图主要由以下部分组成：1-磁铁固定板、2-锥形头螺栓、3-螺母I、4-砂轮、5-磁铁、6-铰制孔螺栓、7-连接块I、8-连接块II、9-压板、10-内六角螺栓I、11-全螺纹螺杆、12-螺母II、13-内六角螺栓、14-螺杆固定块、15-螺栓I、16-左侧板、17-螺母III、18-定位螺栓、19-上盖板、20-螺栓IV、21-砂轮罩。442233图4磁场辅助装置图永磁铁通过锥形头螺栓（2）和螺母（3）固定在磁铁固定板（1）上，磁铁固定板上设置有与永磁铁尺寸对应的方形槽，实现永磁铁的定位。固定板有两块，分别分布在砂轮左右两侧，实现了两块磁铁的定位。在磁铁固定板（1）的两端通过铰制孔螺栓（6）定位在连接块I、II（7、8）上。其中下方螺母配合的是连接板的圆孔，上方螺母配合的是连接板的弧形孔。通过弧形孔实现固定板角度的调节，从而带动永磁铁的转动，实现其与砂轮侧面的夹角角度(β)的调节。进一步连接板I、II（7、8）上方具有滑块结构，和左侧板（17）的滑槽结构配合，能够实现沿砂轮轴向方向的移动。通过压板（9）实现对连接板的夹紧，并通过固定的全螺纹螺杆（11）和螺母II（12）实现沿轴向的距离的调节（即永磁铁与砂轮侧面的距离L）和定位。螺杆固定块（14）起到了全螺纹螺杆的定位作用。左侧板（16）具有方型槽，通过螺栓（15）固定在砂轮罩（21）上。通过调节螺栓（18）可以实现砂轮下表面与9T/CI345-2024永磁铁下表面的距离H的调节。然后通过螺母（17）夹紧。右侧板与左侧板（16）具有对称结构，不再详述。上盖板（19）通过螺栓（20）固定在砂轮罩（21）上，它是整体装置的基础支撑件。T/CI345-2024（资料性）不同磁场强度下的粘度及砂轮下方不同距离磁场强度B.1不同磁场强度下的粘度采用棕榈油为基础油，分别采用Fe3O4、Fe3O4与石墨烯混合纳米粒子（Fe3O4/石墨烯）、Fe3O4化学修饰石墨烯纳米粒子（Fe3O4@石墨烯）作为添加相，制备磁性纳米流体，粘度测试结果如图5所示。当磁场强度较小时（50Gs），三种磁性纳米流体的粘度值在71~74cp范围。当磁场强度到达285.3GS，Fe3O4纳米流体、Fe3O4@石墨烯纳米流体和Fe3O4/石墨烯纳米流体粘度值分别为147.5cp、82.4cp和126.3cp。随着磁场强度的增加，三种磁性纳米流体的粘度曲线均呈现S型增长曲线变化趋势，当磁场强度大于285.3Gs后，三种磁性纳米流体的粘度呈现稳定波动状态。通过对比三种磁性纳米流体发现，Fe3O4纳米流体、Fe3O4/石墨烯纳米润滑剂的曲线迅速增加，而Fe3O4@石墨烯纳米流体的粘度曲线变化不大。Fe3O4纳米流体的粘度曲线变化趋势较混合纳米流体的趋势更明显。这是因为，Fe3O4/石墨烯纳米流体中Fe3O4的含量小于纯Fe3O4纳米流体，受磁场的影响较弱。而在Fe3O4@石墨烯纳米流体中，石墨烯分子上修饰的Fe3O4含量更少，所以粘度变化趋势比较平缓。图5不同磁场强度下的粘度变化规律B.2不同砂轮位置磁场强度对于厚度为20mm、直径为300mm、基体材料为Q235的CBN砂轮，当磁铁参数为H=25mm、L=12mm、β=0°时测得的磁场强度变化规律如图6所示。随着距离的增加，磁