本发明属于机加工，具体涉及一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统及其方法。
背景技术：
1、多孔陶瓷基材料具有优异的力学性能、热稳定性能、耐腐蚀性能和较低的密度，常用于大型机械装备领域。多孔陶瓷基材料是典型的难加工材料，面临加工速度慢、刀具磨损快、表面质量差等问题。
2、传统的冷却润滑方法通过浇注大量切削液实现陶瓷基材料工件和刀具的冷却和润滑。专利《一种用于陶瓷加工的切削液循环过滤系统》(cn 216223322 u)通过高精度过滤袋、离心机等设备实现切削液循环使用。专利《特种陶瓷加工切削液过滤回收装置》(cn209791005u)通过多级过滤槽和沉降槽实现切削液的过滤回用。对于普通陶瓷基材料加工来说，传统的切削液冷却润滑方法可以满足基本加工需求。但对于多孔的、需具备多种关键性能的多孔陶瓷基材料来说，传统的切削液冷却润滑方法具有难以克服的缺陷。一旦切削液中的基础油、有机添加剂、无机添加剂等进入到多孔陶瓷基材料内部，很难通过后处理手段去除这些残留物。这些残留物在陶瓷基零件服役过程下发生分解、碳化等反应，显著降低陶瓷基材料的多种关键性能。
3、微量润滑、低温微量润滑通过微米级油雾实现陶瓷基工件和刀具的冷却和润滑。专利《基于低温微量润滑切削液的智能制造系统》(cn 114683091 a)设计了自适应加工工艺参数和刀具摩擦情况的低温微量润滑系统，可实时调整低温空气温度和流量、润滑油流量等参数。较少的润滑油使用量和配套的吸雾装置可以缓解残留物进入多孔陶瓷基零件的问题，但高扩散性的微米级油滴仍会进入到多孔陶瓷基工件表面/亚表面，且难以去除。另外，微量润滑有限的冷却性能难以满足陶瓷基工件和刀具的充分散热，导致刀具剧烈摩擦。
4、液氮冷却通过超低温度实现陶瓷基工件和刀具的强力冷却，是一种较理想的冷却方法。专利《一种适用于inconel718切削加工的双喷头液氮冷却系统》(cn 105583689 b)设计了双喷头结构的喷头单元，可以同时冷却刀具前刀面和后刀面。液氮冷却不产生残留物，从根本上避免残留物对多孔陶瓷基零件的负面影响。但液氮冷却对配套设备和使用环境要求高且经济成本高，难以在多孔陶瓷基零件批量生产过程中使用。另外，液氮冷却下，无润滑成分保护刀具和陶瓷基工件表面，刀具磨损较快，表面质量难以控制。
5、多孔陶瓷基材料的批量加工迫切需要一种冷却性能、润滑性能、清洁性能、经济成本等方面表现良好的绿色加工方法。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的问题，提供一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统及其方法，润滑油、水和空气三相供液系统及相应功能型喷嘴结构，实现油包水球滴的微量润滑，避免绝大部分冷却润滑介质渗入多孔陶瓷基零件内部；其中，微米水滴可显著提高冷却性能，油包水球滴结构可保障极少量润滑油具备良好润滑性能，两者协同提高陶瓷基材料绿色加工速度上限阈值。另外，可低温挥发冷却润滑介质及配套真空加热设备的使用，则可以完全去除多孔陶瓷基零件表面残留的冷却润滑介质。
2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，包括密封箱、刀具和功能型喷嘴，所述密封箱下端设置多孔陶瓷基工件，所述刀具用于多孔陶瓷基工件的加工；所述刀具中部设置有冷却润滑介质通道，所述功能型喷嘴提供润滑油、水和空气三种介质混合形成油水，三种介质混合形成油水通过冷却润滑介质通道流到多孔陶瓷基工件加工处。
4、优选的，所述功能性喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端设置有供水通道、供气通道和供油通道，所述喷嘴本体的另一端设置喷出口。
5、优选的，所述供水通道和供油通道设置有两个，所述供气通道设置一个。
6、优选的，所述供水通道通过水供给泵与水箱相连；所述供气通道通过空气供给泵与空气箱相连；所述供油通道通过润滑油供给泵与润滑油箱相连。
7、优选的，所述密封箱内设置有压力表和加热器。
8、优选的，所述密封箱上方设置有气雾吸收装置。
9、一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，包括以下步骤：
10、步骤一、搭建润滑介质供液系统；
11、步骤二、设置供液循环参数；
12、步骤三、设置供液系统工艺参数；
13、步骤四、选择可低温挥发且能维持油包水球滴结构稳定的润滑油和表面活性剂；
14、步骤五、运行供液系统；
15、步骤六、通过加热器、气雾吸收装置和压力表控制密封箱内的真空度；
16、步骤七、多孔陶瓷基工件加工结束后，把表面吸附润滑油和表面活性剂的多孔陶瓷基工件放入真空加热设备中；去除润滑油和表面活性剂残留物。
17、优选的，所述步骤二中，每个周期t ms内，供气时间为t1 ms，供油时间为t2 ms，供水时间为t3 ms，且t＝t1+t2，t3<t2<t1，t1>5t2；(t2-t3)/2ms内润滑油流动的距离大于油包水球滴直径d；先启动空气供给泵，t1 ms后关闭空气供给泵；并立即启动润滑油供给泵，(t2-t3)/2ms后启动水供给泵，t3 ms后关闭水供给泵，(t2-t3)/2ms后关闭润滑油供给泵。
18、优选的，所述步骤三中，设置空气流量为q1、润滑油流量为q2和水流量为q3；其中，q3＝4q2，(q2+q3)/q1＝1:100000。
19、优选的，所述步骤四中，表面活性剂需能稳定分散于水中，不析出、不聚集；润滑油和表面活性剂的挥发/分解温度高于切削温度；润滑油和表面活性剂的挥发/分解温度低于陶瓷基材料变形、分解温度。
20、优选的，所述步骤五中，冷却润滑介质通过冷却润滑介质通道注入到陶瓷基材料切屑和刀具之间和注入到陶瓷基工件和刀具之间；微米油包水球滴破裂后，润滑油快速吸附在陶瓷基材料切屑、刀具、陶瓷基工件表面，形成润滑膜，刀尖附近的水滴在润滑油外形成水膜，强力吸热。
21、优选的，所述步骤六中，加热器用来加热多孔陶瓷基工件和吸附油层；压力表用来测量密封箱内的真空度，并实时记录和反馈真空度；当压力表示数超过20kpa时，气雾吸收装置启动，从而维持密封箱内合适的真空度范围(3kpa～15kpa)。
22、本技术方案的有益效果如下：
23、一、本发明提供的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，润滑油、水和空气三相供液系统及相应功能型喷嘴结构，实现油包水球滴的微量润滑，避免绝大部分冷却润滑介质渗入多孔陶瓷基零件内部；其中，微米水滴可显著提高冷却性能，油包水球滴结构可保障极少量润滑油具备良好润滑性能，两者协同提高陶瓷基材料绿色加工速度上限阈值。另外，可低温挥发冷却润滑介质及配套真空加热设备的使用，则可以完全去除多孔陶瓷基零件表面残留的冷却润滑介质。
24、二、本发明提供的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，基于微量润滑理念进行设计，以最小量冷却润滑介质实现多孔陶瓷基材料绿色加工，避免绝大部分冷却润滑介质深入陶瓷基工件内部。新型供液系统所用冷却润滑介质由润滑油、水和空气按一定比例混合而成，润滑油和水以微米颗粒形式存在，空气是润滑油和水的运输载体。
25、三、本发明提供的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，新型供液系统保留微量润滑快速渗透、精准润滑、最小用量等优点，微米油滴快速吸附在刀具和陶瓷基工件加工区域，起到良好润滑作用和一定冷却作用。
26、四、本发明提供的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，使用的冷却润滑介质为一次性用品(不直接循环使用)，无需添加大量有机和无机成分来维持冷却润滑介质的长期使用寿命、稳定性能、机床防锈性能和零件防腐性能等。润滑性能是润滑油最基本的性能，需满足陶瓷基零件加工需求；油包水球滴稳定性能是整个冷却润滑技术的基础保障，需通过润滑油成分和表面活性剂保证油包水球滴在高速输送过程中不破裂、不泄露。可低温挥发润滑油和表面活性剂设计难点在于平衡其润滑性能、稳定性能与挥发温度/分解稳定之间的物理矛盾，挥发/分解温度应控制在切削温度以上并远低于陶瓷基材料变形、分解温度。具体地，以低挥发温度成分为基体，以能与陶瓷基材料强力吸附成分为微量添加剂，两者协同调控吸附油层厚度。润滑油和表面活性剂成分可在真空加热设备内快速挥发/分解，实现陶瓷基零件表面无残留处理。
1.一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，其特征在于：包括密封箱、刀具和功能型喷嘴，所述密封箱下端设置多孔陶瓷基工件，所述刀具用于多孔陶瓷基工件的加工；所述刀具中部设置有冷却润滑介质通道，所述功能型喷嘴提供润滑油、水和空气三种介质混合形成油水，三种介质混合形成油水通过冷却润滑介质通道流到多孔陶瓷基工件加工处。
2.根据权利要求1所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，其特征在于：所述功能性喷嘴包括喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端设置有供水通道、供气通道和供油通道，所述喷嘴本体的另一端设置喷出口。
3.根据权利要求2所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，其特征在于：所述供水通道和供油通道设置有两个，所述供气通道设置一个。
4.根据权利要求3所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，其特征在于：所述供水通道通过水供给泵与水箱相连；所述供气通道通过空气供给泵与空气箱相连；所述供油通道通过润滑油供给泵与润滑油箱相连。
5.根据权利要求1所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，其特征在于：所述密封箱内设置有压力表和加热器。
6.根据权利要求1所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，其特征在于：所述密封箱上方设置有气雾吸收装置。
7.一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，其特征在于，使用根据权利要求1-6任意一项所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却用润滑介质供液系统，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，其特征在于：所述步骤二中，每个周期t ms内，供气时间为t1 ms，供油时间为t2 ms，供水时间为t3 ms，且t＝t1+t2，t3<t2<t1，t1>5t2；(t2-t3)/2ms内润滑油流动的距离大于油包水球滴直径d；先启动空气供给泵，t1 ms后关闭空气供给泵；并立即启动润滑油供给泵，(t2-t3)/2ms后启动水供给泵，t3 ms后关闭水供给泵，(t2-t3)/2ms后关闭润滑油供给泵。
9.根据权利要求8所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，其特征在于：所述步骤三中，设置空气流量为q1、润滑油流量为q2和水流量为q3；其中，q3＝4q2，(q2+q3)/q1＝1:100000。
10.根据权利要求9所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，其特征在于：所述步骤四中，表面活性剂需能稳定分散于水中，不析出、不聚集；润滑油和表面活性剂的挥发/分解温度高于切削温度；润滑油和表面活性剂的挥发/分解温度低于陶瓷基材料变形、分解温度。
11.根据权利要求10所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，其特征在于：所述步骤五中，冷却润滑介质通过冷却润滑介质通道注入到陶瓷基材料切屑和刀具之间和注入到陶瓷基工件和刀具之间；微米油包水球滴破裂后，润滑油快速吸附在陶瓷基材料切屑、刀具、陶瓷基工件表面，形成润滑膜，刀尖附近的水滴在润滑油外形成水膜，强力吸热。
12.根据权利要求11所述的一种多孔陶瓷基材料绿色加工冷却润滑方法，其特征在于：所述步骤六中，加热器用来加热多孔陶瓷基工件和吸附油层；压力表用来测量密封箱内的真空度，并实时记录和反馈真空度；当压力表示数超过一定阈值20kpa时，气雾吸收装置启动，从而维持密封箱内合适的真空度范围。
