一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，包括高壓氣瓶或空氣壓縮機(jī)，高壓氣瓶或空氣壓縮機(jī)的輸出管路上依次連接有減壓閥、電磁閥、流量閥、壓力表、溫度調(diào)節(jié)器、單向閥，單向閥通過(guò)金屬軟管與噴射組件相連接；噴射組件包括噴射轉(zhuǎn)換接頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴，收縮擴(kuò)張型噴嘴包括噴嘴收縮段、噴嘴喉部、噴嘴擴(kuò)張段三段。能夠獲得出口速度為超音速的低溫氣流，具有噴射速度高的特點(diǎn)，提高了切削熱對(duì)流的效率，高速噴射對(duì)于材料的斷屑排屑有較好的輔助作用。相對(duì)其他制冷方式本發(fā)明能夠降低成本，消耗品是成本低廉的高壓氣體，獲取方式簡(jiǎn)易。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及切削加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低 溫氣流發(fā)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 高效潔凈機(jī)械制造是制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向，在切削加工領(lǐng)域中有多種高效潔凈 切削方式，其中一種重要方式是使用低溫氣體代替切削液作為切削加工的冷卻介質(zhì)。眾所 周知，切削液對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，危害操作人員的身體健康，部分材料斷屑排屑困難。采用低 溫氣體冷卻切削尤其對(duì)于高速切削及超高速切削意義深遠(yuǎn)，由于高速切削及超高速切削刀 具壽命短，切削熱產(chǎn)生較多，而低溫氣流能快速帶走切削熱，并使刀具溫度保持在合理的范 圍內(nèi)，從而使刀具保持較高的強(qiáng)度。
[0003] 低溫氣體冷卻切削能夠減少環(huán)境污染，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。其核心技術(shù) 在于研制低溫氣體發(fā)生裝置，目前常用的方法主要有：使用低沸點(diǎn)介質(zhì)的間接制冷，由于 液氮等低沸點(diǎn)介質(zhì)在外部制備，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行成本高，不太實(shí)用；循環(huán)壓縮間接制冷，制冷 程序復(fù)雜，成本高；渦流管直接制冷，制冷效率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供了一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音 速低溫氣流發(fā)生裝置，通過(guò)該項(xiàng)裝置可以提供低溫超音速氣流，所用氣流是空氣、氮?dú)狻?氣、氦氣中的任一種；根據(jù)不同的環(huán)境和加工材料選擇合適的氣流用于切削加工，高效帶走 切削熱，并以超音速氣流噴射切削區(qū)，由于氣流噴出速度較高，對(duì)切削過(guò)程中材料斷屑及排 屑有利，不僅代替了切削液對(duì)切屑的沖擊作用，同時(shí)能夠高速噴射到刀具表面，對(duì)于抑制積 屑瘤的產(chǎn)生也有作用。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其特征是，包括用于提 供高壓氣流的高壓氣瓶，高壓氣瓶的出口輸氣管路上連接有高壓減壓閥，高壓減壓閥的出 口通過(guò)輸氣管路與電磁閥相連，電磁閥控制氣路的通斷，電磁閥出口的輸氣管路上依次連 接流量閥、壓力表，流量閥可以調(diào)節(jié)氣流的流量大小，壓力表用于指示氣流壓力；壓力表通 過(guò)輸氣管路與調(diào)節(jié)氣流溫度的溫度調(diào)節(jié)器相連，溫度調(diào)節(jié)器的輸出管路上有防止回流的單 向閥，單向閥通過(guò)金屬軟管與噴射組件相連接。
[0007] 所用氣流為空氣時(shí)，高壓氣瓶用空氣壓縮機(jī)代替，其他結(jié)構(gòu)不變。
[0008] 所述噴嘴組件通過(guò)支架固定在機(jī)床上。
[0009] 所述噴射組件包括噴射轉(zhuǎn)換接頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴，所述收縮擴(kuò)張型噴嘴包括噴 嘴收縮段、噴嘴喉部、噴嘴擴(kuò)張段三段；所述噴嘴收縮段為直線型壁面錐形，所述噴嘴喉部 為圓弧過(guò)渡、所述噴嘴擴(kuò)張段為直線型壁面錐形。
[0010] 高壓氣瓶用于提供高壓氣流，經(jīng)過(guò)減壓閥調(diào)節(jié)至合適壓力，利用電磁閥控制整個(gè) 氣路的通斷，根據(jù)不同切削條件要求通過(guò)流量閥調(diào)節(jié)氣流流量，溫度調(diào)節(jié)器用于使流入收 縮擴(kuò)張型噴嘴的氣流溫度恒定可調(diào)，流量、壓力、溫度恒定的亞音速氣流經(jīng)過(guò)金屬軟管和噴 嘴轉(zhuǎn)換接頭流入收縮擴(kuò)張型噴嘴，在收縮擴(kuò)張型噴嘴收縮段氣流不斷加速，壓力和溫度隨 之降低，并在喉部達(dá)到音速，在擴(kuò)張段繼續(xù)加速，從而在出口得到低溫超音速氣流，并將其 對(duì)準(zhǔn)切削區(qū)域噴射。
[0011] 減壓閥輸出壓力根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)公式（1)計(jì)算得到，從而保證收縮擴(kuò)張型噴嘴的 出口為超音速氣流。

【權(quán)利要求】
1. 一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其特征是，包括高壓氣瓶， 所述高壓氣瓶出口通過(guò)輸氣管路與減壓閥入口連接，所述減壓閥出口通過(guò)輸氣管路連接控 制整個(gè)氣路通斷的電磁閥，所述電磁閥通過(guò)輸氣管路與流量閥相接，所述流量閥出口通過(guò) 輸氣管路連接壓力表，所述壓力表通過(guò)輸氣管路連接調(diào)節(jié)氣流溫度的溫度調(diào)節(jié)器，所述溫 度調(diào)節(jié)器出口的輸氣管路上連接有單向閥，所述單向閥通過(guò)金屬軟管與噴射組件相連接； 所述噴射組件包括噴射轉(zhuǎn)換接頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴，所述收縮擴(kuò)張型噴嘴包括噴嘴收 縮段、噴嘴喉部、噴嘴擴(kuò)張段三段；所述噴嘴收縮段為直線型壁面錐形，所述噴嘴喉部為圓 弧過(guò)渡、所述噴嘴擴(kuò)張段為直線型壁面錐形； 所述減壓閥輸出壓力根據(jù)以下氣體動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算得到，保證收縮擴(kuò)張型噴嘴的出口 為超音速氣流，
式中，Ma為氣體馬赫數(shù)，V為氣體流速，A為管道面積； 所述溫度調(diào)節(jié)器保證收縮擴(kuò)張型噴嘴入口氣流溫度可調(diào)，氣流入口溫度及出口溫度滿 足以下氣體動(dòng)力學(xué)公式，根據(jù)所要求的超音速氣流溫度，將所要求的入口溫度計(jì)算出來(lái)，并 利用溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，
式中，k為氣體的比熱比，T為氣體入口總溫，Te為氣體出口靜溫，Me為收縮擴(kuò)張型噴 嘴出口馬赫數(shù)， 所述收縮擴(kuò)張型噴嘴的出口壓力為大氣壓時(shí)，收縮擴(kuò)張型噴嘴入口壓力和出口壓力滿 足以下公式，由此公式計(jì)算出收縮擴(kuò)張型噴嘴入口壓力，
式中，P為收縮擴(kuò)張型噴嘴入口總壓力，Pe為噴嘴出口靜壓力，k為氣體的比熱比，Me為 收縮擴(kuò)張型噴嘴出口馬赫數(shù)。
2. -種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其特征是，包括空氣壓縮 機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)出口通過(guò)輸氣管路與減壓閥入口連接，所述減壓閥出口通過(guò)輸氣管路 連接控制整個(gè)氣路通斷的電磁閥，所述電磁閥通過(guò)輸氣管路與流量閥相接，所述流量閥出 口通過(guò)輸氣管路連接壓力表，所述壓力表通過(guò)輸氣管路連接調(diào)節(jié)氣流溫度的溫度調(diào)節(jié)器， 所述溫度調(diào)節(jié)器出口的輸氣管路上連接有單向閥，所述單向閥通過(guò)金屬軟管與噴射組件相 連接； 所述噴射組件包括噴射轉(zhuǎn)換接頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴，所述收縮擴(kuò)張型噴嘴包括噴嘴收 縮段、噴嘴喉部、噴嘴擴(kuò)張段三段，所述噴嘴收縮段為直線型壁面錐形，所述噴嘴喉部為圓 弧過(guò)渡、所述噴嘴擴(kuò)張段為直線型壁面錐形； 所述減壓閥輸出壓力根據(jù)以下氣體動(dòng)力學(xué)公式計(jì)算得到，保證收縮擴(kuò)張型噴嘴的出口 為超音速氣流，
式中，Ma為氣體馬赫數(shù)，V為氣體流速，A為管道面積； 所述溫度調(diào)節(jié)器保證收縮擴(kuò)張型噴嘴入口氣流溫度可調(diào)，氣流入口溫度及出口溫度滿 足以下氣體動(dòng)力學(xué)公式，根據(jù)所要求的超音速氣流溫度，將所要求的入口溫度計(jì)算出來(lái)，并 利用溫度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，
式中，k為氣體的比熱比，T為氣體入口總溫，Te為氣體出口靜溫，Me為收縮擴(kuò)張型噴 嘴出口馬赫數(shù)， 所述收縮擴(kuò)張型噴嘴的出口壓力為大氣壓時(shí)，收縮擴(kuò)張型噴嘴入口壓力和出口壓力滿 足以下公式，由此公式計(jì)算出收縮擴(kuò)張型噴嘴入口壓力，
式中，P為收縮擴(kuò)張型噴嘴入口總壓力，Pe為噴嘴出口靜壓力，k為氣體的比熱比，Me為 收縮擴(kuò)張型噴嘴出口馬赫數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其特征 是，所述高壓氣瓶?jī)?nèi)的氣流主要成分為氮?dú)?、氬氣、氦氣中的任何一種。
4. 如權(quán)利要求2所述一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其特征 是，所用氣流為空氣。
5. 如權(quán)利要求1或2所述一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其 特征是，所述噴射轉(zhuǎn)換接頭與收縮擴(kuò)張型噴嘴通過(guò)螺紋相連接。
6. 如權(quán)利要求1或2所述一種用于切削加工過(guò)程冷卻的超音速低溫氣流發(fā)生裝置，其 特征是，所述噴嘴轉(zhuǎn)換接頭中間內(nèi)部設(shè)有凸臺(tái)。
【文檔編號(hào)】B23Q11/10GK104308648SQ201410550865
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】劉戰(zhàn)強(qiáng), 蔡玉奎, 史振宇, 萬(wàn)熠 申請(qǐng)人:山東大學(xué)