Magnetiska smörjmedel är en komplex blandning som uppvisar både kolloidala egenskaper och en mängd fysiska mekanismer som påverkar deras funktion i olika applikationer. Bland dessa egenskaper spelar viskositeten en avgörande roll i smörjmedlets prestanda, och den påverkas av en rad olika faktorer såsom temperatur, magnetiska fält och partikelsammansättning. En särskild aspekt som har fått uppmärksamhet är hur fryspunkt, mikeller och partikelsystemen påverkar dessa egenskaper.

Studier av magnetiska smörjmedel har visat att viskositeten kan minska när smörjmedlet fryser, vilket gör att dess förmåga att flöda förändras avsevärt. Enligt Yao et al. minskar viskositeten av ett fruset magnetiskt smörjmedel jämfört med dess tillstånd innan det fryses, och denna minskning är irreversibel. Mikeller i smörjmedlet, som vid rumstemperatur kan bilda en cirkulär struktur, förstörs vid nedfrysning. Volymen på det magnetiska fältet ökar vid frysning, och när smörjmedlet tinas upp accelereras den termiska rörelsen hos molekylerna, vilket bryter ned den cirkulära strukturen och minskar viskositeten. Detta fenomen förklaras genom mikellsystemens påverkan, vilket leder till en ökning av viskositeten i smörjmedlet under vissa förhållanden.

Vidare påverkas viskositeten också av valet av dispersionsmedel och storleken på de magnetiska partiklarna. Zhu påvisade att viskositeten var lägre (29,7 mPa·s) när OA (Octadecylamine) användes som dispersionsmedel, medan APEO-7 ökade viskositeten till 33,9 mPa·s under samma förhållanden. Detta beror på att OA-molekylernas dubbelbindningar reducerar intermolekylära krafter och därmed viskositeten. Förhållandet mellan partikelsstorlek och viskositet är också av vikt: större partiklar ger ett högre mass- och förhållande av den magnetiska partikelsystemen, vilket ökar de inre krafterna och förstärker viskositeten.

Flödesförmågan hos magnetiska smörjmedel, som är en direkt konsekvens av deras viskositet, följer fluiddynamiska principer. Enligt Zhao innefattar dessa tre huvudsakliga bevarandeprinciper: massbevarande, rörelsebevarande och energibevarelse. I magnetohydrodynamik definieras massbevarande genom att inga förändringar i massa sker i en given volym av vätskan under en viss tidsperiod. För magnetiska smörjmedel innebär detta att deras flöde måste beakta dessa bevarandeprinciper, särskilt när det gäller effekterna av externa krafter som magnetiska fält och gravitation.

Rörelsebevarande, som formuleras genom Navier-Stokes ekvationer, beskriver smörjmedlets rörelse under olika förhållanden, inklusive de krafter som verkar på det både som yttre och inre krafter. Ekvationen tar hänsyn till sådana faktorer som friktion, magnetiska krafter och termiska rörelser som påverkar smörjmedlets förmåga att flöda i olika applikationer.

Vad gäller energibevarelse, är förändringar i den totala energin hos det magnetiska smörjmedlet kopplade till externa och interna krafter, vilket kan påverka dess viskositet och flödesförmåga i drift. Den första termodynamiska lagen tillämpas här, där smörjmedlet tar upp värme eller utför arbete beroende på de yttre förhållandena.

Vidare påverkas tribologiska egenskaper – såsom friktionskoefficient och slitage – av både smörjmedlets sammansättning och externa faktorer som hastighet och oscillation. Experiment har visat att en ökad koncentration av magnetiska partiklar leder till en minskad friktionskoefficient. Detta beror på att de magnetiska partiklarna, genom sin sfäriska form, underlättar en relativ glidning i friktionsytan. Samtidigt bildas en fysisk adsorptionsfilm som kan minska friktionen avsevärt. Vid förhöjda nivåer av partiklar bildas en friktionsfilm som kan minska slitaget, medan en ojämn fördelning av partiklar kan leda till ökat slitage på grund av abrasive korn.

Det är viktigt att förstå att smörjmedlens fysiska egenskaper, inklusive viskositet och flödesförmåga, inte bara påverkas av deras sammansättning utan också av externa förhållanden som temperatur, magnetiska fält och rörelseförhållanden. Genom att noggrant kontrollera dessa faktorer kan prestandan hos magnetiska smörjmedel optimeras för olika applikationer, vilket gör det möjligt att designa smörjmedel som fungerar effektivt i en rad industriella och tekniska miljöer.

Hur magnetfält och smörjmedel påverkar slipprestanda och materialbearbetning

I det här scenariot transporteras grafen snabbt av de riktade och regelbundet ordnade Fe3O4 nanopartiklarna. Som en följd förbättras infiltrationsförmågan i slipzonen avsevärt. Dessutom transfereras värme effektivt från slipzonen genom grafenets höga termiska ledningsförmåga, vilket minskar sliptemperaturen, förhindrar brännskador och ger en slät yta fri från skräpadhesion. En Energy Dispersive Spectroscopy (EDS)-analys genomfördes på arbetsstyckets yta under olika smörjförhållanden. Fe-elementet påträffades när Fe3O4 eller Fe3O4/graphene nanolubrikanter användes, vilket tyder på att Fe3O4 nanopartiklar lämnar små rester på arbetsstyckets yta och kan bilda ett smörjfilmslager. Fe-innehållet på ytan var högre vid traditionell NMQL-slipning jämfört med MTN-slipning. Magnetfältets adsorptionsverkan på Fe3O4 avlägsnar vissa nanopartiklar, vilket resulterar i mindre rester på arbetsstyckets yta och bekräftar magnetfältets inverkan. Vid användning av palmolja och Fe3O4 nanolubrikanter var det elementära kolinnehållet lågt. Däremot, när grafen nanolubrikant användes, ökade det elementära kolinnehållet till 13,45%, vilket är 81,04% högre än med palmolja. Det elementära kolinnehållet når också 12,63% i MTN-slipning med blandat nanolubrikant, vilket tyder på att ett stabilt smörjfilmslager bildas på arbetsstyckets yta när grafen är närvarande.

Forskningen fokuserar på magnetfältets påverkan på infiltrationshastigheten och flödet av smörjmedel. För slipning av svårbearbetade material föreslogs en ny slipkraftsmodell baserad på en avkortad hexahydron-kornmodell. Studien introducerar en mekanism för skjuvtransportkinetik för smörjmedel i slipzonen och en förstärkt infiltrationsmekanism via magnetfältadsorption. Den matematiska modellen för skjuvinfiltrationshastighet och flöde av smörjmedel har byggts. Magnetfälten har ytterligare integrerats, och effekten av magnetfältets styrka på glidkoefficienten vid gränssnitten har analyserats genom att undersöka smörjmedlens påfrestningar. Resultatet visar att smörjmedelns infiltrationshastighet och flöde ökar med magnetfältets styrka. Den nya modellen belyser relationen mellan magnetfältets styrka, smörjmedelns infiltrationshastighet och glidkoefficienten (CoF) för slipzonen.

Genom att kombinera forskningen om kornstorlekar och deras fördelning på CBN-slipkvarnen, har en metod utvecklats för att bygga den avkortade hexahydron-kornmodellen. Vidare har en spänningsfördelningsmodell för korn- och arbetsstyckets gränssnitt skapats, baserat på denna modell, och mekaniska modeller för ett enskilt korn har utvecklats. Kritiska kriterier för störande vinklar mellan skärande och plöjande beteenden har definierats. En ny slipkraftsmodell har därefter byggts genom att kombinera den dynamiska effektiva kornmodellen. Modellen för de kvantitativa relationerna mellan magnetfältets styrka, smörjmedelns infiltrationshastighet och den interfaciala CoF i slipzonen har byggts och integrerats i slipkraftsmodellen. Beräkningsresultaten visar att ökat magnetfält kan sänka slipkraften avsevärt.

Forskningen har också verifierat denna slipkraftsmodell med olika slipparametrar. Jämförelse mellan beräknade och experimentella resultat visade en bra överensstämmelse, med ett genomsnittligt avvikelsevärde på 9,7% för tangentiell slipkraft och 9,1% för normal slipkraft.

Endast genom att förstå sambandet mellan magnetfältets styrka, smörjmedlens inverkan på slipzonens temperatur och mekaniska egenskaper, kan vi optimera slipprocessen för svårbearbetade material. Denna forskning erbjuder konkreta modeller och matematiska uttryck som belyser de krafter och effekter som är centrala för den moderna slipteknologin.

Endtext

Hur påverkar luftflödet och mikro-droppar vid slipning och fräsning prestanda och effektivitet?

Vid ytslipning har Han et al. [108, 109] genomfört numeriska simuleringar för att undersöka luftflödesfördelning, och upptäckte att högre linjära hastigheter på slipstenen ökar tjockleken på "gasbarriärskiktet", lufttrycket och luftflödets hastighet i slipområdet. Enligt deras resultat leder en ökning av slipstensdiametern samt en skarp minskning av kilvinkeln inom slipområdet till en markant förbättring av intensiteten i återflödet. Vidare resulterar en minskning av det minsta avståndet mellan slipstenen och arbetsstycket i en kraftig ökning av både topp- och inloppstryck i slipområdet, vilket kraftigt försvårar inmatningen av kylvätska. Zhang et al. [110] utvecklade en modell för att bestämma det effektiva flödet i slipområdet, med hänsyn till den faktiska morfologin hos slipytan. Trots att luftflödesfältet på slipstensytan hindrar tillförseln av smörjmedel, använde Zhang et al. [111] skrapor och sko-dysor för att mildra denna effekt och öka det effektiva flödet.

Baumgart et al. [112] undersökte interaktionen mellan kylvätska och slipstenen, med fokus på luftflödets påverkan vid användning av olika kylvätskedysor och parametrar. Ett mer intrikat luftflöde kännetecknar fräsningsprocessen. Simuleringar genomförda vid olika hastigheter av Zou et al. [113, 114] visade på sambandet mellan fräsens hastighet och luftflödets egenskaper. Yin et al. [115, 116] kom genom teoretiska modeller och simuleringar fram till att luftflödesfältet består av cirkulär, inlopp, radial, återflöde samt ett gasbarriärskikt. De viktigaste faktorerna som påverkar luftflödesfältet under fräsning är hastighet, spiralvinkel och fräsdiameter. Fördelningen av luftflödesfältet bestämmer den optimala dyspositionen, som definieras av dess vinkel till fräsmatningens riktning, vinkel till arbetsstyckets yta och målavstånd. Duan et al. [117–119] kom fram till liknande slutsatser, som visas i Fig. 1.11b, genom att analysera hastighets- och tryckfördelningar vid det begränsade gränssnittet mellan fräsen och arbetsstycket.

De tidsberoende egenskaperna hos luftflödesfältet vid fräsning formas uppenbarligen av faktorer som verktygets geometri, hastighet och dess position i förhållande till arbetsstycket. Real-tids och adaptiva justeringar av mikro-dropparnas tillförselväg är därmed avgörande för att säkerställa en effektiv kylning och smörjning under bearbetning.

Wei [120] designade en enkeldimensionell dysklämningsmekanism, som roterar runt verktyget med fyra dysor som roterar 90° för att genomföra en fullständig cykel under fräsförhållanden. Genom att öppna och justera dysans position baserat på förhållandet mellan fräsen och arbetsstycket, eliminerar denna mekanism effektivt blindzoner under fräsning. En serie intelligent utformade dysutrustningar för fräsning och svarvning utvecklades av professor Li Changhes team. Smörjmedel levereras effektivt till skärpunkten längs "inloppflödet" genom realtidsjustering av dysans position och hållning.

Att skaffa luftflödesfältets fördelning med hänsyn till fräsparametrarna och förhållandet mellan fräsen och arbetsstycket är centralt för det intelligenta kontrollsystemet, eftersom det driver strategier för dysposition och rörelsekontroll. Wu [121] konstruerade ett dysklämssystem med tre frihetsgrader (se fig. 1.11c) och kartlade dysans position, luftflödesfältets fördelning och verktygsparametrar (hastighet, diameter, spiralvinkel) vid slutfräsning. Dessutom utvecklades en modell för optimal jetposition och hållning, där jetens position justerades baserat på bearbetningsförhållandena så att virvelströmsfältet vid det begränsade gränssnittet mellan fräs och arbetsstycke kunde verka som ett "drag" på kylvätskan. Trots att en ram för intelligent dysplanering [27] har föreslagits och preliminära studier genomförts, krävs ytterligare utveckling av en fallbas för dysposition och hållning i relation till verktygs- och arbetsstycksinteraktioner. Detta inkluderar scenarier som slutfräsning, hålfräsning och sidfräsning.

När mikro-dropparna når arbetsstyckets yta efter att ha penetrerat luftflödesfältet, visar de typiskt kollisionsbeteenden såsom återstuds, spridning och stänk [122]. Endast de droppar som sprider sig [123] kan effektivt utföra kylning och smörjning. Yang et al. [124, 125] utvecklade en sannolikhetsdensitetsmodell för storleken på de värmeutbytes- effektiva dropparna, med hänsyn till Weibullfaktorens påverkan på beteenden som återstuds, stänk och spridning. Dropparnas spridningsegenskaper styrs av faktorer som ytspänning, densitet, viskositet, kontaktvinkel, infallshastighet och komprimerad lufttryck. Ett elektriskt fält kan förändra dropparnas storlek och fördelning, vilket ökar antalet effektiva droppar. Dessutom påverkar spektrumet av droppar kraftigt det effektiva värmeutbytesområdet på arbetsstyckets yta. Yang et al. [125, 126] skapade också en modell för konvektiv värmeöverföringskoefficient i slipområdet, som inkluderar fördelningen av droppstorlekar. Det elektriska fältet förbättrar inte bara atomiseringseffekten utan modifierar även fördelningen och de fysikaliska egenskaperna hos droppspektrumet, vilket förbättrar anti-friktions- och värmeöverföringskapaciteten.

Vid arbetsstyckets yta har mikro-dropparna stor betydelse för effektiv kylning och smörjning. Dropparnas kollisionsbeteende under spridning är avgörande för effektiv bearbetning. En sådan studie bekräftade att dropparnas spridning är beroende av en rad faktorer, och att en elektrisk fältförstärkning har en betydande positiv inverkan på denna process.

För att säkerställa effektiv smörjning och kylning i bearbetningsprocessen är det viktigt att förstå både dropparnas beteende vid kollisionspunkterna och hur externa faktorer som luftflöde och elektriska fält kan förbättra prestandan hos mikro-droppar. För detta ändamål kan ytterligare teknologiska innovationer och smarta mekanismer, som intelligent dysposition och justering, bidra till att optimera hela bearbetningscykeln.

Hur påverkar nanopartiklar prestandan hos nanoförstärkta kylmedel och smörjmedel?

Integrationen av nanoförstärkta tillsatser har visat sig avsevärt förbättra de extremtrycksegenskaper som rena vegetabiliska oljor besitter. Denna synergetiska interaktion mellan biolubrikanten och nanopartiklarna höjer smörjförmågan markant, vilket bland annat kan observeras i form av reducerad friktion i bearbetningszonen, jämnare fördelning av tryckkrafter, effektivare värmeavledning samt minskade spänningskoncentrationer. Exempelvis visade Li et al. att tillsatsen av grafen-nanoplattor (GNP) förbättrade kylning och smörjning i fluidfilmen vid fräsning av TC4-stål. Likaledes reducerade GNP-baserade nanoförstärkta kylmedel (NPEC) friktionskoefficienten med 39 % vid svarvning av titanlegeringen Ti–6Al–4V med texturerat hårdmetallverktyg. Andra material, såsom MoS₂ och SiO₂, bidrog ytterligare till att förbättra tribologin vid kontaktpunkten mellan verktyg, arbetsstycke och spån under fräsning av Al6061-T6, vilket resulterade i lägre skärkrafter och temperaturer samt en förbättrad ytkvalitet.

Studier visar att tillsats av små mängder, som 0,5 viktprocent WS₂ i NPEC, kan öka ytkvaliteten på Inconel 718 med cirka 35 % jämfört med traditionell minimal mängd smörjning. Yıldırım et al. rapporterade att användning av hexagonalt bor nitrid (HBN) i koncentrationer om 0,5 viktprocent ökade verktygslivslängden med över 100 % vid bearbetning av nickelbaserade högtemperaturlegeringar jämfört med torrbearbetning. Prestandan hos NPEC påverkas av nanopartiklarnas typ, storlek, form och koncentration, vilket har studerats ingående för att optimera sammansättningar för specifika bearbetningsförhållanden.

Olika former av nanoadditiv har distinkta funktioner. Stratiforma material som HBN kännetecknas av lamellär exfoliering vid friktion, vilket underlättar lager-glidning och därigenom minskar friktionen. GNP utmärker sig genom sin höga termiska ledningsförmåga och styrka, men deras höga produktionskostnad begränsar bredare användning. Sphericala nanopartiklar, som Al₂O₃ och SiO₂, bidrar till förbättrad stabilitet i smörjskiktet, underlättar rullande rörelser som minskar friktion och hjälper till med ytpreparering samt ökar oljans viskositet. TiO₂ nanopartiklar med nästan sfärisk form har visat sig avsevärt minska rullmotståndet, vilket gör dem särskilt lämpade för tribologiska tillämpningar inom mekanisk bearbetning.

Trådlika nanopartiklar är uppskattade för sin utmärkta termiska ledningsförmåga, vilken bidrar till lägre temperaturer under bearbetning, men deras benägenhet att agglomerera kan minska den tribologiska effekten. Partikelstorleken är en annan kritisk parameter. NPEC består av partiklar mindre än 100 nm, vilket ger stor specifik yta och därmed förbättrad värmeöverföring samt jämnare dispersion via Brownsk rörelse. Studier visar dock att större partiklar ibland kan ge bättre resultat i vissa applikationer, såsom ytjämnhet och minskat verktygsbortfall vid bearbetning av hårdmetaller, vilket antyder att en optimal kombination av partikelstorlekar kan bidra till förbättrad prestanda.

Koncentration av nanoadditiv påverkar i hög grad förbättringen av biolubrikantens effektivitet. En välavvägd koncentration krävs för att balansera förbättringar i smörjförmåga och kylning utan att orsaka negativa effekter som partikelsedimentering eller viskositetsförändringar som kan påverka systemets funktion negativt.

Det är av stor vikt att förstå att prestandan hos nanoförstärkta kylmedel och smörjmedel inte bara beror på en enskild parameter, utan på en komplex samverkan mellan materialegenskaper, partiklarnas form och storlek, samt deras koncentration i basmedlet. Att optimera dessa faktorer utifrån den specifika bearbetningsprocessen och det bearbetade materialet är avgörande för att maximera produktivitet och livslängd hos verktyg och maskiner.

För läsaren är det viktigt att beakta att de fysikaliska och kemiska interaktionerna mellan nanopartiklar och basolja kan påverka hela bearbetningsmiljön. En djup förståelse för tribologi, termisk överföring och materialvetenskap bakom nanoadditivens funktion är nödvändig för att kunna anpassa sammansättningar till verkliga industriella behov och för att undvika oönskade bieffekter såsom avlagringar, partikelslutning eller kemisk nedbrytning. Dessutom kräver praktisk implementering av nanoförstärkta kylmedel noggrann övervakning av koncentration, homogenitet och kompatibilitet med befintliga bearbetningssystem för att säkerställa hållbar och effektiv drift.

Hur optimerar man temperatur i hybrida kvantdatorsystem för att minimera effektförbrukning?
Hur kan ensemblemodeller och DST förbättra geologisk identifiering vid tunnelborrning?
Hur man effektivt administrerar och säkerställer en Microsoft Azure SQL-lösning
Hur den föreslagna WOA-algoritmen överträffar andra optimeringsstrategier för värme- och kraftdistributionsproblem
Plan för yrkesvägledning för elever vid MBOU Gymnasieskola nr 2 i staden Makarjev för läsåret 2016–2017
Kemilektion i 8:e klass – Ämne: "Kemiska reaktioner"
Erbjudandeformulär för juridiska personer och offentligrättsliga enheter avseende förvärv av aktier i PJSC "Aeroflot – Russian Airlines"
Förfarande och form för genomförande av prov i ryska språket, Rysslands historia och grunderna i Ryska federationens lagstiftning för utländska medborgare
Protonteorin för syror och baser: Utveckling av begrepp och tillämpningar inom modern kemi