專利名稱：：基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流綠色切削方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，屬于綠色切削
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在機(jī)械加工過程中，大量使用切削液的弊端日益顯現(xiàn)從環(huán)境污染角度，一方面廢棄的切削液是土壤和空氣的重要污染源，另一方面，切削液被工人吸入后容易引發(fā)各種疾?。粡氖褂贸杀窘嵌瓤紤]，切削液的購置、倉儲(chǔ)、后續(xù)處理等大大增加了產(chǎn)品的總體制造成本；從加工質(zhì)量角度，傳統(tǒng)的切削液對(duì)刀具表面有熱沖擊效應(yīng)，可能造成微裂紋等，細(xì)微的切屑混在切削液的循環(huán)系統(tǒng)中會(huì)嚴(yán)重影響加工質(zhì)量。因此研究新的綠色切削技術(shù)，是推動(dòng)綠色制造技術(shù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造可持續(xù)健康發(fā)展的必然要求。綠色切削技術(shù)是綠色制造的一個(gè)組成部分，它是指對(duì)生態(tài)大環(huán)境和加工現(xiàn)場(chǎng)小環(huán)境均無毒副作用(或副作用很小)，在加工過程中產(chǎn)生的少量“三廢”(廢氣、廢液和廢渣)在鏈條末端可回收或自然降解，達(dá)到無公害的環(huán)保要求，對(duì)人的健康和環(huán)境沒有危害的切削技術(shù)。近年來，出現(xiàn)了一些新的切削技術(shù)，主要有干式切削、液氮冷卻切削、水蒸汽冷卻切削、氣體射流冷卻切削、低溫風(fēng)冷切削、微量潤滑(MQL)切削技術(shù)和在冷風(fēng)中加微量切削油的低溫冷風(fēng)切削技術(shù)。其中，干式切削、液氮冷卻切削、水蒸汽冷卻切削、氣體射流冷卻切削及低溫風(fēng)冷切削等均屬于綠色切削技術(shù)；微量潤滑(MQL)切削技術(shù)和在冷風(fēng)中加微量切削油的低溫冷風(fēng)切削技術(shù)則屬于準(zhǔn)綠色切削技術(shù)。這些新式切削技術(shù)的出現(xiàn)，改善了傳統(tǒng)切削對(duì)于大量切削液依賴所造成的不好影響。但同時(shí)，這些新式切削技術(shù)也并非完美，也具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，比如現(xiàn)有的微量潤滑技術(shù)使用特殊的微量潤滑用油，價(jià)格昂貴(200元/升-500元/升)，且對(duì)環(huán)境和人體健康尚有一定影響，因此，需要進(jìn)一步的努力來為綠色切削提供新的技術(shù)方法和實(shí)現(xiàn)途徑。針對(duì)于此，我們提出了一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流的綠色切削方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，屬于綠色切削技術(shù)的范疇，該方法的突出意義在于完全擺脫了對(duì)潤滑油的使用，具有無污染、無危害、廉價(jià)、不需回收等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，微量細(xì)小冰粒(或冰水混合物)的使用不僅保證了潤滑效果，提高了冷卻效果，而且最大限度的降低了水對(duì)切削加工所帶來的不良影響，另外，初步研究表明，本方法對(duì)于改善被加工材料的表面質(zhì)量和改進(jìn)刀具壽命都有一定的積極效果。本發(fā)明所提出的基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法的實(shí)現(xiàn)，需要一套針對(duì)本發(fā)明方法的特定的切削系統(tǒng)，切削系統(tǒng)的基本組成如圖1所示，主要包括水霧化子系統(tǒng)、低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)、內(nèi)部管路、外部管路連接部件與保溫層。其中，水霧化子系統(tǒng)通過連接部件與內(nèi)部管路相連，低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)也與內(nèi)部管路相連，該內(nèi)部管路再通過一段連接部件與外部管路相連；所述的保溫層包覆于有低溫冷風(fēng)通過的內(nèi)部管路及連接部件的外圍；水霧化子系統(tǒng)可采用不同方式(如采用氣壓式霧化裝置或超聲霧化裝置)只要能夠?qū)⑺F化成細(xì)小水滴并輸出至內(nèi)部管路即可，低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也可采用多種方式，這里不做具體限定，要求能夠直接連接實(shí)際機(jī)械加工環(huán)境中的提供的氣源，且能夠產(chǎn)生流量不低于0.2L/min、溫度不高于-20°C的低溫冷風(fēng)即可；內(nèi)部管路的主要所用有兩方面一方面是輸送低溫冷風(fēng)與霧化后的細(xì)小水滴，另一方面是讓低溫冷風(fēng)與細(xì)小水滴有充分的接觸，保證細(xì)小水滴在進(jìn)入外部管路之前能夠全部或部分凍成成細(xì)小冰粒(即達(dá)到冰水混合的狀態(tài))；外部管路主要是噴出管路，包括噴嘴，將冰水混合介質(zhì)與低溫冷風(fēng)輸送至切削加工區(qū)；連接部件用于連接各個(gè)管路，都采用現(xiàn)有的氣動(dòng)連接部件產(chǎn)品；保溫層用于密封低溫冷風(fēng)通過的管路以及連接部件，避免低溫冷風(fēng)的熱量損失。本發(fā)明一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，該方法是將霧化后的細(xì)小水滴通過低溫冷風(fēng)冷卻變?yōu)榧?xì)小冰?；蛘呒?xì)小冰粒與水滴混合物后，通過低溫冷風(fēng)采用射流方式吹送到切削區(qū)進(jìn)行冷卻潤滑。具體步驟如下(1)開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)，產(chǎn)生的冷風(fēng)通過內(nèi)部管路、連接部件與外部管路后輸出出去，形成冷風(fēng)射流，待開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流量與溫度的低溫冷風(fēng)后，保持低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)的正常工作；(2)對(duì)內(nèi)部管路、連接部件與外部管路進(jìn)行預(yù)冷，即，在開啟水霧化子系統(tǒng)前，只開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)，使得管路中只通低溫冷風(fēng)一段時(shí)間；(3)開啟水霧化子系統(tǒng)，使水霧化子系統(tǒng)產(chǎn)生的霧化小水滴通過連接部件進(jìn)入內(nèi)部管路中，在內(nèi)部管路中，霧化細(xì)小水滴將與低溫冷風(fēng)混合，并被低溫冷風(fēng)攜帶輸出，形成含有混合介質(zhì)的射流，通過對(duì)內(nèi)部管路的長(zhǎng)度控制可以保證低溫冷風(fēng)與細(xì)小水滴的充分接觸，最終確保細(xì)小水滴被全部或者部分凍成細(xì)小冰粒；(4)調(diào)整外部管路中噴嘴的方向與距離，使其對(duì)準(zhǔn)切削加工區(qū)域，即可進(jìn)行切削加工。本發(fā)明一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于本發(fā)明采用無污染、無危害、且不需回收的水取代潤滑油作為切削液。本發(fā)明采用微量水作為切削液，可以在微量的范圍內(nèi)確定出適合切削加工所需的水的具體使用量(具體使用量需要視實(shí)際的工作條件而定)，最大限度的降低了水對(duì)切削加工所帶來的不良影響，對(duì)于改善被加工材料的表面質(zhì)量和改進(jìn)刀具壽命都有一定的積極效果。圖1為本發(fā)明方法的切削系統(tǒng)組成原理示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例1的切削系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例2的切削系統(tǒng)示意圖。1、水霧化子系統(tǒng)2、低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)3、內(nèi)部管路4、外部管路5、連接部件6、保溫層7、壓縮空氣具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。本發(fā)明一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，具體如下(1)開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)，產(chǎn)生的冷風(fēng)通過內(nèi)部管路、連接部件與外部管路后輸出出去，形成冷風(fēng)射流，待開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流量與溫度的低溫冷風(fēng)后，保持低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)的正常工作；(2)對(duì)內(nèi)部管路、連接部件與外部管路進(jìn)行預(yù)冷，即，在開啟水霧化子系統(tǒng)前，只開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)，使得管路中只通低溫冷風(fēng)一段時(shí)間；(3)開啟水霧化子系統(tǒng)，使水霧化子系統(tǒng)產(chǎn)生的霧化小水滴通過連接部件進(jìn)入內(nèi)部管路中，在內(nèi)部管路中，霧化細(xì)小水滴將與低溫冷風(fēng)混合，并被低溫冷風(fēng)攜帶輸出，形成含有混合介質(zhì)的射流，通過對(duì)內(nèi)部管路的長(zhǎng)度控制可以保證低溫冷風(fēng)與細(xì)小水滴的充分接觸，最終確保細(xì)小水滴被全部或者部分凍成細(xì)小冰粒；(4)調(diào)整外部管路中噴嘴的方向與距離，使其對(duì)準(zhǔn)切削加工區(qū)域，即可進(jìn)行切削加工。實(shí)施例1附圖2為針對(duì)本發(fā)明方法所設(shè)計(jì)的具體切削系統(tǒng)的實(shí)施例1示意圖，在本實(shí)施例中，水霧化子系統(tǒng)1采用氣壓式水霧化裝置，向其中通入壓縮空氣7可以將其中的水霧化成細(xì)小水滴，并能夠?qū)㈧F化后的水滴通過與其相連的連接部件5吹入內(nèi)部管路3中，低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)2中通入壓縮空氣7后產(chǎn)生的低溫冷風(fēng)也進(jìn)入內(nèi)部管路3中，在內(nèi)部管路3中產(chǎn)生的霧化水滴與低溫冷風(fēng)充分混合，在此過程中細(xì)小水滴將會(huì)全部或者部分被凍成細(xì)小冰粒，然后細(xì)小冰粒(或者冰粒與水滴混合物)與低溫冷風(fēng)共同通過外部管路4形成射流，最終被送入切削區(qū)，其中保溫層6包覆在有低溫冷風(fēng)通過的內(nèi)部管路3及連接部件5外圍，起保溫隔熱作用，減少熱量損失。采用實(shí)施例1的切削系統(tǒng)對(duì)鋁合金材料進(jìn)行銑削試驗(yàn)，試驗(yàn)中實(shí)施例1產(chǎn)生的低溫冷風(fēng)溫度為_50°C，氣量流量約為0.5L/min，霧化裝置的霧化量彡50mL/h，霧粒直徑為微米級(jí)。所用試件材料為2A12。使用機(jī)床為沈陽機(jī)床立式加工中心VMC0850B，刀具采用兩齒YT15鑲片端銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為S=4000r/min。進(jìn)給速度fz=0.075mm/齒，切寬ac=32mm，切深ap=2mm。分別采用干切削，傳統(tǒng)切削(使用大量切削液)和本發(fā)明的基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法進(jìn)行切削試驗(yàn)，試驗(yàn)后測(cè)得的試件加工表面不同點(diǎn)的粗糙度值見表1。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1結(jié)果表明，本發(fā)明所使用的基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削相比于干式切削與傳統(tǒng)切削試件的表面質(zhì)量都有較大幅度的改善。另外，通過比較不同切削方式后的刀具磨損情況，發(fā)現(xiàn)，采用基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法的刀具磨損較輕，表明，基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法能夠在一定程度上提高刀具的使用壽命。實(shí)施例2附圖3為針對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)的切削系統(tǒng)的實(shí)施例2示意圖，實(shí)施例2與實(shí)施例的不同之處在于，其中水霧化子系統(tǒng)1采用超聲霧化器代替實(shí)施例1中的氣壓式霧化裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)水的霧化。采用實(shí)施例2的切削系統(tǒng)對(duì)合金鋼材料進(jìn)行銑削試驗(yàn)，試驗(yàn)中實(shí)施例2產(chǎn)生的低溫冷風(fēng)溫度為-20°C，氣量流量約為0.2L/min，霧化裝置的霧化量約為彡10ml/h，霧粒直徑0.55um。所用試件材料合金鋼30CrMoNi2。使用機(jī)床為沈陽機(jī)床立式加工中心VMC0850B,刀具采用兩齒YT15鑲片端銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為S=1500r/min。進(jìn)給速度fz=0.067mm/齒，切寬ae=32mm,切深ap=0.25mm。分別采用干切削，傳統(tǒng)切削(使用大量切削液)和本發(fā)明的基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削進(jìn)行切削試驗(yàn)，試驗(yàn)后測(cè)得的試件加工表面不同點(diǎn)的粗糙度值見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2結(jié)果表明，本發(fā)明所使用的基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削相比于干式切削與傳統(tǒng)切削試件的表面質(zhì)量都有較大幅度的改善。另外，通過比較三種不同切削方式后的刀具磨損情況，發(fā)現(xiàn)，采用基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法的刀具磨損較輕，表明，基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法能夠在一定程度上提高刀具的使用壽命。權(quán)利要求一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，該方法所基于的切削系統(tǒng)主要包括水霧化子系統(tǒng)、低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)、內(nèi)部管路、外部管路連接部件與保溫層；特征在于該方法是將霧化后的細(xì)小水滴通過低溫冷風(fēng)冷卻變?yōu)榧?xì)小冰?；蛘呒?xì)小冰粒與水滴混合物后，通過低溫冷風(fēng)采用射流方式吹送到切削區(qū)進(jìn)行冷卻潤滑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，其特征在于該方法具體步驟如下(1)開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)，產(chǎn)生的冷風(fēng)通過內(nèi)部管路、連接部件與外部管路后輸出出去，形成冷風(fēng)射流，低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流量與溫度的低溫冷風(fēng)后，保持低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)的正常工作；(2)對(duì)內(nèi)部管路、連接部件與外部管路進(jìn)行預(yù)冷，即，在開啟水霧化子系統(tǒng)前，只開啟低溫冷風(fēng)子系統(tǒng)，使得管路中只通低溫冷風(fēng)一段時(shí)間；(3)開啟水霧化子系統(tǒng)，使水霧化子系統(tǒng)產(chǎn)生的霧化小水滴通過連接部件進(jìn)入內(nèi)部管路中，在內(nèi)部管路中，霧化細(xì)小水滴將與低溫冷風(fēng)混合，并被低溫冷風(fēng)攜帶輸出，形成含有混合介質(zhì)的射流；(4)調(diào)整外部管路中噴嘴的方向與距離，使其對(duì)準(zhǔn)切削加工區(qū)域，即可進(jìn)行切削加工。全文摘要本發(fā)明涉及一種基于微細(xì)冰水混合介質(zhì)的低溫冷風(fēng)射流切削方法，屬于綠色切削技術(shù)的范疇。具體實(shí)現(xiàn)方法是將霧化后的微量細(xì)小水滴通過低溫冷風(fēng)冷卻變?yōu)榧?xì)小冰?；蛘呒?xì)小冰粒與水滴混合物后，通過低溫冷風(fēng)采用射流方式吹送到切削區(qū)進(jìn)行冷卻潤滑。本方法的突出意義在于完全擺脫了對(duì)潤滑油的使用，具有無污染、無危害、廉價(jià)、不需回收等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，微量細(xì)小冰粒(或冰水混合物)使用不僅保證了潤滑效果，提高了冷卻效果，而且最大限度的降低了水對(duì)切削加工所帶來的不良影響，另外，初步試驗(yàn)表明，本方法能夠較大的改善被加工材料的表面質(zhì)量，并且能夠一定程度上的提高刀具壽命。文檔編號(hào)B24C1/00GK101817165SQ20101014137公開日2010年9月1日申請(qǐng)日期2010年4月6日優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日發(fā)明者張賀磊,袁松梅申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)