纳米微囊砂轮磨削工件表面自润滑层的形成.pdf

wheel J.China Surface024,37(1):254-266.Citation format:GUANJiju,XU,YANGLanyu,etal.Formationofself-lubricatingg layer on workpiece surface ground by nano-encapsulated grindingZhengya.引用格式：关集俱，徐正亚，杨兰玉，等纳米微囊砂轮磨削工件表面自润滑层的形成 .中国表面工程，2 0 2 4，37(1)：2 54-2 6 6.2024Feb.CHINASURFACHENGINEERING2024年2 月No.1Vol.37国面中表第37 卷第1期程doi:10.11933/j.issn.1007-9289.20230214002纳米微囊砂轮磨削工件表面自润滑层的形成关集俱1徐正亚1杨兰玉1夏雨？许雪峰2（1.常熟理工学院机械工程学院苏州215500;2.浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014)摘要：在磨削时磨削液难以有效渗入磨削区域起冷却润滑作用。提出利用润滑剂油酸（OA）填充碳纳米管（CNTs）制备CNTsOA纳米微囊，并以其为填充剂制备树脂砂轮，磨削时随着纳米微囊的破裂，油酸可释放到磨削区形成自润滑层起润滑作用，从而提高砂轮的磨削性能。首先，制备纳米微囊并对其进行表征，分析微囊在砂轮中的存在形式，考察微囊的填充对其力学性能的影响；其次，研究砂轮磨削GCr15钢时纳米微囊的含量和磨削速度对磨削力、磨削温度、磨削比和表面粗糙度的影响，分析磨削过程中纳米微囊释放润滑剂油酸并产生自润滑作用的机制。结果表明，纳米微囊具有较好的热稳定性，能够抵抗树脂砂轮的固化温度并保护其中的油酸，当微囊的填充量小于16%时，砂轮的力学性能可以满足使用需求。与普通砂轮比，纳米微囊砂轮磨削时的磨削力可减小40%，磨削温度降低45%，工件表面粗糙度减少15%，磨削比可提高30%。磨削过程中，砂轮中的纳米微囊可将其空腔中的润滑剂油酸不断被释放到磨削界面上形成自润滑层，使砂轮具有了较好的自润滑作用，从而提高了其磨削性能。研究成果可为解决磨削过程的润滑问题提供一种可行的技术路线。关键词：碳纳米管；油酸；纳米微囊；砂轮；自润滑；磨削性能中图分类号：TH162Formation of Self-lubricating Layer on Workpiece Surface Ground byNano-encapsulated Grinding WheelGUAN Jiju XU ZhengyaYANG LanyuIXIA Yu2XU Xuefeng2(1.College of Mechanical Engineering,Changshu Institute of Technology,Soochow 215500,China;2.Key Laboratory of Special Purpose Equipment and Advanced Manufacturing Technology ofMinistry of Education,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China)Abstract:Among the many machining methods available,grinding is one of the most important and is primarily used for the finalprocessing of different machine parts.The grinding wheel rotates at a high speed,which creates an airflow barrier around the grindingarea,preventing the grinding fluid from effectively cooling and lubricating the area during grinding.This leads to grinding burns andother surface quality problems of the workpiece and affects machining efficiency.To address this problem,this study proposes fillingthe cavity of carbon nanotubes(CNTs)with an oleic acid(OA)lubricant,which is used as a filler in resin-bonded grinding wheels.Using this nano-capsule as a filler could help improve the strength of the grinding wheel owing to the high strength and thermalstability of the CNTs.The most important benefit of this method is the release of oleic acid into the grinding area when thenano-capsules rupture,and the self-lubricating layer formed can directly lubricate the grinding area,thereby improving theperformance of the grinding wheel.First,nano-capsules are prepared by widely used wet chemical methods and then characterized byThermogravimetric Analysis(TG),Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR),and Transmission Electron Microscopy(TEM)基金项目：国家自然科学基金（518 0 5345，52 2 7 546 8）。Fund:National Natural Science Foundation of China(51805345,52275468).收稿日期：2 0 2 3-0 2-14；修改日期：2 0 2 3-0 5-2 5；接受日期：2 0 2 3-0 9-0 6；上线日期：2 0 2 3-12-15。Received February 14,2023;Revised May 25,2023;Accepted in revised form September 9,2023;Available online December 15,2023.255关集俱，等：纳米微囊砂轮磨削工自润滑层的形成第1期to evaluate the material stability,surface functional groups,and morphology.In addition,we evaluate the presence of nano-capsules inthe grinding wheel and the effect of the nano-capsule filling on the tensile strength and hardness of the grinding wheel.Finally,theeffects of the nano-capsule content and grinding speed on the grinding force,grinding temperature,grinding ratio,and workpiecesurface roughness during the grinding of GCr15 steel are studied.The release of OA in the grinding wheel during the grinding processis studied using X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy(SEM)analysis of the workpiece surface,basedon which the formation mechanism of the self-lubricating film is further clarified.A mechanism for the lubrication effect of theself-lubricating film is also proposed.The nano-capsules were successfully prepared by wet chemical methods;they were found tohave a flling rate of approximately 20%and were thermally stable.During the curing process,the nano-capsules could resist thecuring temperature of the resin and effectively protect the oleic acid.According to the tensile test,the nano-capsules increased thestrength of the grinding wheel by approximately 25%when the filling amount was approximately 8%.Further filling of thenano-capsules reduced the tensile strength of the grinding wheel,and the hardness of the grinding wheel continued to decrease with anincrease in the nano-capsule content.Moreover,the mechanical properties of the grinding wheel satisfied the requirements of itsintended use when the nano-capsule filling content was less than 16%.Compared with ordinary resin grinding wheels,the grindingforce of the nano-capsule filled grinding wheels can be reduced by 40%,the grinding temperature can be reduced by 45%,the surfaceroughness value can be reduced by 15%,and the grinding ratio can be increased by 30%.The nano-capsules embedded in the grindingwheel continuously released OA within its cavity onto the grinding interface during the surface grinding process,forming a compositeself-lubricating layer.Because of this lubricating layer,the grinding wheel achieved better lubrication performance,which in turn improvesthe grinding performance of the wheel.The research presented in this paper provides a viable technical solution for grinding lubricationproblems,which is beneficial for improving the grinding efficiency and surface quality of workpieces.The grinding wheel developed in thisstudy has significant potential for application in green machining conditions where a large amount of grinding fluid is not allowed.Keywords:carbon nanotubes;oleic acid;nano-capsules;grinding wheel;self-lubricating;grinding performance0前言磨削通常是各类精密零件的终加工工艺。磨削时，砂轮高速旋转在磨削区形成气流屏障，阻挡了磨削液的有效渗入，使得磨削区得不到有效的冷却润滑，从而导致工件出现各种表面质量问题。为解决此问题，目前除了采用高压喷射法、空气挡板辅助截断气流法-3 等手段强化磨削区供液外，也有学者开发自润滑型砂轮，使砂轮在磨削过程中自主释放润滑剂，达到增强润滑的效果。例如：日本学者SHAJI 等 4 以石墨为填充剂制备了一种树脂砂轮，磨削过程中石墨被释放到磨削区起到良好的润滑作用。李伟、滕霖等 5-6 开发的浸渗砂轮将液体润滑剂、固体润滑剂等渗入磨具气孔中，使其加工时在磨粒表面形成润滑膜，但液体润滑剂易堵塞磨具气孔，且在较高的磨削温度作用下易被融化、甩出，影响其润滑性，因此砂轮浸渗技术不能将润滑剂较好的保存在磨具中，如将润滑剂直接作为填充剂与磨具一起固化，则润滑剂可能会在固化过程中失效。日本学者山口崇等 7 将含有润滑剂的微型微囊（52 0 m）固化到砂轮内部，如图1所示。该砂轮在磨削时伴随着胶囊的破损，润滑剂可直接进入磨削区起润滑作用，但微米级微囊的尺寸较大，砂轮高速旋转时微囊内的润滑剂被甩出，导致后续磨削仍得不到充分润滑。许雪峰等 8 提出以纳米级的-环糊精液体润滑剂的分子胶囊为填料制备一种自润滑树脂砂轮，磨削过程中胶囊破裂，可均匀释放出润滑剂发挥作用，但这种胶囊的填充对磨具强度影响大，砂轮高速旋转时存在破裂风险。AbrasivesResinMicrocapsules图1内部固结微型微囊的磨具Fig.1Abrasive tool with internallyconsolidated microcapsules256面中表2024年国程为了解决上述浸渗砂轮和微囊砂轮存在的问题，本文提出将各种润滑剂填充进碳纳米管（CNTs）的空腔内制备纳米微囊，并以微囊为填料研制一种具有自润滑性能的纳米微囊砂轮。这种纳米微囊砂轮的优点在于：一方面，磨削过程中纳米微囊可更均匀释放出润滑剂发挥润滑作用，另一方面，纳米微囊可以增强砂轮的强度使其达到更高的磨削速度。CNTs是片状石墨卷曲而成的纳米管，其两端为半球形的富勒烯“端盖”，内部则是中空结构 9。CNTs具有较好的导热性能、力学性能和润滑性能，可在摩擦区域发挥类似“微轴承”的润滑作用10-1。CNTs内腔的直径为10 50 nm，在合适条件下，其他客体分子可以被填入CNTs内腔中，从而形成一种纳米微囊，以改善CNTs本身的摩擦性能、电磁性能等 12 。本文以所制备的CNTsOA 纳米微囊为树脂砂轮的填料，研究这种砂轮磨削GCr15时的自润滑性能，分析了磨削时纳米微囊释放OA的并产生自润滑作用的机制，为这种新型砂轮在磨削各种精密零部件加工中的应用奠定了理论基础。1试验部分1.1砂轮制备及性能多壁碳纳米管由上海阿拉丁公司提供，纯度95.5%、空腔内径约15nm，油酸（分子式C18H34O2，分析纯）购自国药集团化学试剂公司。市售CNTs的长径比大，且端口封闭，不利于填充，需先对CNTs进行酸化、短化处理 13。酸处理时，将50 g的CNTs投入1.5mL的40%的浓硝酸中，将混合物装入三口烧瓶后，在8 0 下加热回流8 h，同时施加磁力搅拌，转速为50 0 r/min；对混合物进行真空抽滤，所得滤饼在8 5下烘干后球磨10 h，得预处理CNTs。制备纳米微囊时，先将2 0 g的油酸溶解到1.0mL的酒精中，再投入40 g预处理的CNTs，将二者充分混合后装在球形瓶中抽真空至-0.2 MPa，在7 0 的温度下将混合物超声振动5h，超声结束后再对混合物进行抽滤，抽滤时用酒精反复清洗滤饼以清洗尚未被填充的油酸分子。最后，将滤饼置于烘箱中，在8 0 温度下烘干8 h，并经过超微球磨粉碎后制得CNTsOA纳米微囊。利用FEITECNAIG20透射电镜（TEM）观测样品结构，观测时加速电压2 0 0 kV，利用STA449热分析仪对CNTs和纳米微囊进行热重分析，温升范围2 0 800，温升速率2 0 /min。制备微囊砂轮时，先将质量分数为15%的酚醛树脂粉、0 2 0%的普通CNTs或微囊、8 5%6 5%的2 2 0#白刚玉按比例机械搅拌均匀（填料质量分数按2%递增，配方见表1）后放入球磨机中球磨6 h，搅拌时添加适量糠醇作为润湿剂；再将原料分别装入八字型腔模具和环形模具中，在6 0 MPa下冷压10min，取下试样放入烘箱中固化12 h，固化温度160，温升速率10/h，自然冷却；最后制得D175mmd80mmXH27mm的环形砂轮试样用于磨削试验，如图2 a，8 0 mm20mm的8 字块试样用于力学性能测试，如图2 b。测试内容如下。表1自润滑砂轮的配方（wt.%）Table 1 Formula of self-lubricating wheels(wt.%)No.ResinAbrasivesOrdinary CNTsCNTsOAnano-capsulesA01585B2,B4,B6,.,B16,B18,B201583,81,79,.,69,67,652,4,6,.,16,18,20C2,C4,C6,.,C16,C18,C201583,81,79,.,69,67,652,4,6,.,16,18,20Specimen(a)Grindingwheel(b)Tensile strengthtest(c)Hardness performance test图2 所制备的砂轮及性能测试Fig.2Prepared grinding wheel and performance test257关集俱，会等：纳米微囊砂轮磨削工件表面自润滑层的形成第1期（1）强度。在RG4100型万能材料试验机上，根据GB/T10401992塑料拉伸性能试验方法进行拉伸强度测试，拉伸速率为0.5mm/min，试验机自动加载拉力并记录拉伸强度。（2）硬度。利用HR-150A型洛氏硬度计，根据GB/T24902018固结磨具硬度检验测定磨具硬度；测定时，硬度计压头直径3.17 5mm，预载荷为98 N，主载荷为58 8 N；测定时，在正反两面的圆心至外圆1/2 处测4处，取每次的平均值。1.2磨削试验方案磨削试验在可变频调速的M7140型精密平面磨床上进行。磨削试验前，砂轮须进行精确动平衡。再用金刚石笔进行5次修整，修整时主轴转速2000r/min，单程修整量0.0 2 mm，修整后，砂轮磨削平稳无颤振。首先开展预磨削，使砂轮磨削性能达到稳定状态，此时砂轮实际磨削宽度为2 7 mm。而后再进行正式磨削测试，断续磨削的试验条件见表2。试验方案如下：首先，将砂轮转速固定在2000r/min，利用CNTs、微囊质量分数均为2%20%的砂轮进行磨削，对比普通树脂砂轮，研究填料含量的变化对砂轮磨削力、磨削温度、表面质量、磨削比等磨削性能的影响；其次，利用CNTs、微囊质量分数为14%的砂轮进行磨削，使砂轮转速在50030 0 0 r/m i n 变化，对比普通树脂砂轮，测试磨削速度对砂轮磨削性能的影响；每组试验进行三次平行试验。表2每次磨削试验的条件Table 2Conditions of each grinding testWheel rotation speedWorkpiecespeedWheel feedGrinding depthMachine toolWorkpieceCooling conditionsn/(r/min)v/(m/s)a,/ma/umM7140 grinder with parallelGCr15 steel(HRC60-62),Waterwithaflowrate500,1 000,1 500,0.210300accuracyof0.005/500mm100mm50mm50mmof 2.5 L/min2000,2.500,3000磨削过程中，采用Kistler9129A型测力仪测量磨削法向力（Fn）、切向力（F），以此两向力作为切削力评价指标，如图3a。磨削过程中采用热电偶测量磨削温度，将标准K型热电偶埋设到预加工的测温孔内，该孔离上表面约1.5mm，以测试不同砂轮的磨削温度。利用千分表测量砂轮的磨损量，如图3c，利用TR-200粗糙度仪测试工件表面粗糙度。Thermo-detectorDynamometerForce sensor(a)Grinding equipment(b)Grinding area(c)Wear measurement of grinding wheel图3库磨削加工过程Fig.3Grinding process of nano-capsule grinding wheel研究纳米微囊砂轮的自润滑机理，将10 0 mmX45mm0.8mm的GCr15钢片固定在钢件上，利用不同砂轮将其表面磨除0.3mm。再将钢片取下，在丙酮中超声清洗2 0 min，利用AXISUltraDLD型X射线光电子能谱仪（XPS）探测磨削表面元素的结合能，测试时电子通能8 0 eV，污染碳Cis的结合能2 8 4.8 eV作内标。2结果与讨论2.1CNTsOA纳米微囊的表征图4为CNTs和纳米微囊的TEM图，可见CNTs的管状结构。图4b的观测区内，有一段液态物质填充进CNTs管内，这应是油酸，证明了CNTsOA258面中表2024年国程微囊的形成。液态物质能进入CNTs管内的主要驱动力是毛细作用，前提是液态物质在CNTs管内要有足够润湿力，使固一液界面发生浸润作用。由Laplace方程推导的固一液界面的接触角与表面张力的关系及气一液界面压力差公式如（1)、（2）14.COs=(/sv-YsL)/(1)P=2 c O s 0/(2)式中，、sV、SL、和r分别为液一固界面接触角、固一气界面表面张力、固一液界面表面张力、液体表面张力和曲率半径。固体表面能否被液体润湿主要取决于，当0 90 时不能发生浸润作用。只有当液态物质的0 90、表面张力低于2 0 0 mN/m时，浸润现象才发生，这种填充过程才能在合适条件下进行。油酸的表面张力约35mN/m，在被溶解到酒精中后，进一步降低了其表面张力，使得油酸更容易被填充进CNTs管内。在接续的烘干制备过程中无水乙醇挥发，油酸则留在了CNTs管内。OA10nm50nm(a)CNTs(b)CNTsOAnano-capsules图4（CNTs和纳米微囊的TEM影像Fig.4TEM images of CNTs and nano-capsules酸处理CNTs、油酸和纳米微囊的热重（TG）、差热（DSC）分析结果如图5所示。图5a中，纳米微囊在2 0 0 左右有一次失重过程，而酸处理CNTs则没有类似过程，这证明受热后纳米微囊中油酸的逸出。纳米微囊中油酸的填充率（n）可以根据相变潜热式（3)计算 15;n=H,/H,100%(3)式中，H为纳米微囊中油酸的相变潜热，H,为相同质量油酸的相变潜热（J/g）。图5b中，油酸和纳米微囊在低温区有相变吸热过程，其相变潜热值可由DSC曲线与基线围成区域的面积来计算。经过作图计算，可求得纳米微囊中油酸的相变潜热约为36.3J/g，而同质量油酸的相变潜热约为17 9.2 J/g，因此算得油填充率约为2 0.2%。1.AcidifiedCNTs100601.AcidifiedCNTs2.Oleic acid2.Oleic acid3.Nanocapsules403.Nanocapsules80(_3.M)/MOU 1eoH2026002-2040-40320-60-80L02004006008000200400600800Temperature/Temperature/C(a)TG curves(b)DSC curves图5酸处理CNTs、油酸和纳米微囊的TG与DSC曲线Fig.5TG and DSC curves of acid-treated CNTs,oleic acid and nano-capsules.2.2纳米微囊砂轮的力学性能与砂轮组织结构分析图6 为不同质量分数的CNTs或纳米微囊对砂轮抗拉强度和硬度的影响。图6 a中，随着填充量的增加，砂轮的抗拉强度有先增大、后减小的趋势，259等：纳米微囊砂轮磨削工件表面自润滑层的形成关集俱，第1期这是由于CNTs粒子的表面活性较高，其表面存在的大量不饱和残键和活性基团与酚醛树脂高分子链发生物理或化学交联 16，增强了材料结合处界面的黏结力，持续添加CNTs可能会导致其团聚问题，从而减小了这种交联作用，降低了砂轮的强度。使砂轮强度最高的CNTs填充量约6%，当填充量约10%时，纳米微囊砂轮的强度与普通砂轮相当。微囊的填充对砂轮强度和硬度的增强效果更为显著，这是由于微囊的长径比较小，与树脂的结合作用更加紧密。由图6 b可见，砂轮的硬度随填料质量分数的升高而降低，纳米微囊的填充量为16%时，抗拉强度约为8.2 MPa，硬度为52HRE。根据GB/T24902018，当填充剂质量分数小于16%时，仍满足实际使用条件。可见，使用CNTsOA纳米微囊较好地解决了填充剂影响砂轮强度的问题。20Nano-capsules wheel120Nano-capsules wheelCNTswheel18CNTs wheel16100148012106084064202人0246810 121416182002468101214161820Content/%Content/%(a)Change of tensile strength with filling content(b)Change of hardness with filling content图6 CNTs和纳米微囊的填充的质量分数对砂轮拉伸强度和硬度的影响Fig.6Effect of mass fraction of CNTs and nano-capsules on tensile strength and hardness of grinding wheels酚醛树脂的固化反应过程较为复杂，纳米微囊可能在树脂的固化过程中被破坏。因此，这需要微囊在固化过程中具有一定的热稳定性，且与树脂具有一定的相容性。由图5a中纳米微囊的热失重曲线可见，纳米微囊在2 0 0 以上时才发生明显的失重，此温度足以抵抗砂轮的固化温度。图7 a为结合剂、纳米微囊和磨具固化组织的红外光谱，其中纳米微囊光谱的峰值16 2 8、2 58 3、2 92 4、342 4cm分别代表 CNTs 骨架振动、C-H 伸缩振动、C-H变形振动和O一H键伸缩振动吸收峰。这其中前三个峰在固化组织的光谱中都是存在的，表明微囊中CNTs的骨架结构并未在固化过程中被破坏，可对其中的油酸客体形成充分保护。图7 b为砂轮组织的SEM图，可见纳米微囊以团状颗粒形式分布于砂轮组织中，磨削时随着微囊的破裂，T304可实时释放到磨削区域，这较好地解决了润滑剂均匀释放的问题。ResinResinNano-capsulesNano-capsulesWheel ingredient aftercuring10um360030002.40018001200600Wavenumbers/cm=!(a)FTIR ofwheel ingredient before/after curing(b)SEMofwheel organization图7磨具组织的FTIR和SEM分析Fig.7FTIR and SEM analysis of the wheel organization2.3填充量和砂轮转速对磨削力的影响图8 a为砂轮内纳米粒子填充量对法向磨削力Fn和切向磨削力Ft的影响。首先，可见填充CNTs或纳米微囊的砂轮的两向磨削力均小于普通砂轮260面中表2024年程国的。其次，随着填充量的增加，CNTs砂轮加工时的两向磨削力均有先减小、后增大的趋势，这是由于磨削过程中随着砂轮的磨损，其中的CNTs的结构被破坏，所形成的碳沉积膜可起到一定的减摩作用 17 ，而添加过多的CNTs导致磨具组织变软，摩擦系数增大、磨削力增加。纳米微囊砂轮磨削时，两向磨削力也随填充量的增加而不断减小，当填充量超过12%左右时，磨削力也有缓慢上升趋势，且在各种含量下，纳米微囊砂轮的磨削力均小于CNTs砂轮的，这是由于砂轮中的纳米微囊在磨削过程中被破坏并释放出油酸，油酸在磨削区形成自润滑膜，并与CNTs的摩擦产物共同形成一种自润滑层，进一步减小了磨削力。砂轮中纳米微囊的最佳含量约为14%。与普通砂轮比，填充纳米微囊可降低法向磨削力约30%、切削磨削力约38%。磨削时砂轮转速的变化对两向磨削力的影响如图8 b所示，可见各种砂轮的磨削力都随砂轮转速的增大而减小；填充量相同时，CNTs砂轮磨削时的磨削力比普通砂轮小，纳米微囊砂轮的两向磨削力为最小。140-C NT s w h e e l-Fn160F-Ordinarywheel-Fn-V-CNTs wheelFtCNTs wheel-Fn140120-Nano-capsulewheel-FNano-capsulewheel-Fn-o-Nano-capsulewheel-Fn1201001008080-Ordinarywheel-Ft-CNTs wheel-Ft6060-Nano-capsulewheel-Ft4040202000500100015002.00025001300002468101214161820Content/%Rotation speed/(r:min-l)(a)Effect of content on grinding force(b)Effect of rotation speed on grinding force图：填充剂含量和磨削速度对磨削力的影响Fig.8Influence of filler content and grinding speed on grinding force2.4填充量和砂轮转速对磨削温度的影响图9a为砂轮内填料含量对磨削温度的影响，可见在砂轮转速保持不变时，填充CNTs或纳米微囊的砂轮的磨削温度也小于普通砂轮。随添加含量的增大，CNTs砂轮的磨削温度呈不断减小趋势，这是由于磨削过程中CNTs的摩擦产物形成的碳沉积膜起到一定的减摩作用，降低了磨削温度。含量持续增加时，纳米微囊砂轮的磨削温度也逐渐减小，而后逐渐平稳。在相同填充量下，纳米微囊砂轮的磨削温度要小于CNTs砂轮的，这是由于磨削时纳米微囊可将其空腔中的油酸释放到磨削区并形成自润滑层，减缓了磨粒与工件表面的滑擦，从而降低了磨削温度。与普通砂轮比，纳米微囊砂轮可降低磨削温度45%左右。110120CNTs wheelOrdinarywheel100Nano-capsule wheel110CNTs wheel90100Nano-capsulewheel90808070H70606050F50F40H40F3030F20201010園05001000150020002.500300002468101214161820Content/%Rotation speed/(rmin-l)(a)Effect of content on grinding temperature(b)Effect of rotation speed on grinding temperature图9填料含量和磨削速度对磨削温度的影响Fig.9Influence of filler content and grinding speed on grinding temperature261关集俱，等：纳米微囊砂轮磨削工自润滑层的形成第1期图9b为砂轮转速对磨削温度的影响，可见磨削温度均随转速的提高而有一定升高，这是由于速度增加导致单位时间内进行磨削作用的磨粒增加，加快了磨粒对工件的切削与摩擦作用，导致磨削温度升高 18 ；在填充量相同的情况下，CNTs砂轮的磨削温度比普通树脂砂轮小，而纳米微囊砂轮磨削温度为最小，表明纳米微囊砂轮降低磨削温度的效果更为显著。另外，由图9可见最高磨削温度约为110，而油酸的分解温度约为2 0 0，因而在本文的试验条件下，微囊砂轮所形成自润滑层仍能较好的发挥作用。2.5填充量和磨削速度对磨削比的影响磨削比为一次磨削过程中被磨除金属与砂轮磨损的体积比，GCr15硬度高，且树脂结合剂对磨粒的保持性较差，因此试验中纳米微囊砂轮的磨削比虽较小，但也属正常范围。图10 a为填料含量变化对磨削比的影响趋势图，可见随着填料含量的上升，CNTs砂轮和纳米微囊砂轮的磨削比均呈现先增大后减小的趋势，磨削比最高值的含量分别为10%和12%。这是由于填充量较少时，纳米粒子的自润滑作用可提高磨削比；而当纳米粒子填充量较高时，砂轮的硬度降低，砂轮组织也变得松软，导致磨削比降低。在相同的试验条件下，纳米微囊砂轮的磨削比比普通砂轮高35%左右，比CNTs砂轮高2 5%。图10 b为砂轮转速对磨削比的影响，可见在不同转速下，纳米微囊砂轮的磨削比也为最高。磨削过程中，纳米微囊砂轮中的油酸可直接被释放到磨削区，其在磨粒一工件界面间形成的自润滑膜可起到润滑作用。同时，磨削时CNTs的外壳被分解，其摩擦产物也能起到润滑作用，这进一步减轻了磨粒一工件间的摩擦，提高了纳米微囊砂轮的磨削比。另外，纳米微囊砂轮磨削时自润滑膜的生成也减小了砂轮表面的粘屑，延缓砂轮的钝化，这使得砂轮中的磨粒能始终保持锐利的切削作用，也提高了其磨削比。1.21.2CNTs wheelOrdinary wheel1.1Nano-capsulewheelCNTswheel1.01.0Nano-capsulewheel0.90.80.80.70.60.60.50.40.40.30.20.20.1園002468101214161820500100015002.0002.5003000Content/%Rotation speed/(r min-l)(a)Effect of content on grinding ratio(b)Effect of rotation speed on grinding ratio图10填充剂含量和磨削速度对磨削比的影响Fig.10Influence of filler content and grinding speed on grinding ratio2.6填充量和磨削速度对工件表面粗糙度的影响图1la为不同砂轮磨削后工