專利名稱：：基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流綠色切削方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，屬于綠色切削
技術領域：
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背景技術：
：在機械加工過程中，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??；從使用成本角度考慮，切削液的購置、倉儲、后續(xù)處理等大大增加了產(chǎn)品的總體制造成本；從加工質量角度，傳統(tǒng)的切削液對刀具表面有熱沖擊效應，可能造成微裂紋等，細微的切屑混在切削液的循環(huán)系統(tǒng)中會嚴重影響加工質量。因此研究新的綠色切削技術，是推動綠色制造技術發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)機械制造可持續(xù)健康發(fā)展的必然要求。綠色切削技術是綠色制造的一個組成部分，它是指對生態(tài)大環(huán)境和加工現(xiàn)場小環(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，達到無公害的環(huán)保要求，對人的健康和環(huán)境沒有危害的切削技術。近年來，出現(xiàn)了一些新的切削技術，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、低溫風冷切削、微量潤滑(MQL)切削技術和在冷風中加微量切削油的低溫冷風切削技術。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冷切削等均屬于綠色切削技術；微量潤滑(MQL)切削技術和在冷風中加微量切削油的低溫冷風切削技術則屬于準綠色切削技術。這些新式切削技術的出現(xiàn)，改善了傳統(tǒng)切削對于大量切削液依賴所造成的不好影響。但同時，這些新式切削技術也并非完美，也具有各自的優(yōu)缺點，比如現(xiàn)有的微量潤滑技術使用特殊的微量潤滑用油，價格昂貴(200元/升-500元/升)，且對環(huán)境和人體健康尚有一定影響，因此，需要進一步的努力來為綠色切削提供新的技術方法和實現(xiàn)途徑。針對于此，我們提出了一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風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冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，屬于綠色切削技術的范疇，該方法的突出意義在于完全擺脫了對潤滑油的使用，具有無污染、無危害、廉價、不需回收等優(yōu)點，同時，微量細小冰粒(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切削加工所帶來的不良影響，另外，初步研究表明，本方法對于改善被加工材料的表面質量和改進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冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法的實現(xiàn)，需要一套針對本發(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)只要能夠將水霧化成細小水滴并輸出至內(nèi)部管路即可，低溫冷風子系統(tǒng)的實現(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際機械加工環(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與霧化后的細小水滴，另一方面是讓低溫冷風與細小水滴有充分的接觸，保證細小水滴在進入外部管路之前能夠全部或部分凍成成細小冰粒(即達到冰水混合的狀態(tài))；外部管路主要是噴出管路，包括噴嘴，將冰水混合介質與低溫冷風輸送至切削加工區(qū)；連接部件用于連接各個管路，都采用現(xiàn)有的氣動連接部件產(chǎn)品；保溫層用于密封低溫冷風通過的管路以及連接部件，避免低溫冷風的熱量損失。本發(fā)明一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，該方法是將霧化后的細小水滴通過低溫冷風冷卻變?yōu)榧毿”；蛘呒毿”Ｅc水滴混合物后，通過低溫冷風采用射流方式吹送到切削區(qū)進行冷卻潤滑。具體步驟如下(1)開啟低溫冷風子系統(tǒng)，產(chǎn)生的冷風通過內(nèi)部管路、連接部件與外部管路后輸出出去，形成冷風射流，待開啟低溫冷風子系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流量與溫度的低溫冷風后，保持低溫冷風子系統(tǒng)的正常工作；(2)對內(nèi)部管路、連接部件與外部管路進行預冷，即，在開啟水霧化子系統(tǒng)前，只開啟低溫冷風子系統(tǒng)，使得管路中只通低溫冷風一段時間；(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入內(nèi)部管路中，在內(nèi)部管路中，霧化細小水滴將與低溫冷風混合，并被低溫冷風攜帶輸出，形成含有混合介質的射流，通過對內(nèi)部管路的長度控制可以保證低溫冷風與細小水滴的充分接觸，最終確保細小水滴被全部或者部分凍成細小冰粒；(4)調(diào)整外部管路中噴嘴的方向與距離，使其對準切削加工區(qū)域，即可進行切削加工。本發(fā)明一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，其優(yōu)點及功效在于本發(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際的工作條件而定)，最大限度的降低了水對切削加工所帶來的不良影響，對于改善被加工材料的表面質量和改進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)明具體實施例1的切削系統(tǒng)示意圖；圖3為本發(fā)明具體實施例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、壓縮空氣具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明。本發(fā)明一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，具體如下(1)開啟低溫冷風子系統(tǒng)，產(chǎn)生的冷風通過內(nèi)部管路、連接部件與外部管路后輸出出去，形成冷風射流，待開啟低溫冷風子系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流量與溫度的低溫冷風后，保持低溫冷風子系統(tǒng)的正常工作；(2)對內(nèi)部管路、連接部件與外部管路進行預冷，即，在開啟水霧化子系統(tǒng)前，只開啟低溫冷風子系統(tǒng)，使得管路中只通低溫冷風一段時間；(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入內(nèi)部管路中，在內(nèi)部管路中，霧化細小水滴將與低溫冷風混合，并被低溫冷風攜帶輸出，形成含有混合介質的射流，通過對內(nèi)部管路的長度控制可以保證低溫冷風與細小水滴的充分接觸，最終確保細小水滴被全部或者部分凍成細小冰粒；(4)調(diào)整外部管路中噴嘴的方向與距離，使其對準切削加工區(qū)域，即可進行切削加工。實施例1附圖2為針對本發(fā)明方法所設計的具體切削系統(tǒng)的實施例1示意圖，在本實施例中，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小水滴，并能夠將霧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，低溫冷風子系統(tǒng)2中通入壓縮空氣7后產(chǎn)生的低溫冷風也進入內(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充分混合，在此過程中細小水滴將會全部或者部分被凍成細小冰粒，然后細小冰粒(或者冰粒與水滴混合物)與低溫冷風共同通過外部管路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。采用實施例1的切削系統(tǒng)對鋁合金材料進行銑削試驗，試驗中實施例1產(chǎn)生的低溫冷風溫度為_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。所用試件材料為2A12。使用機床為沈陽機床立式加工中心VMC0850B，刀具采用兩齒YT15鑲片端銑刀，主軸轉速為S=4000r/min。進給速度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)明的基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法進行切削試驗，試驗后測得的試件加工表面不同點的粗糙度值見表1。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1結果表明，本發(fā)明所使用的基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削相比于干式切削與傳統(tǒng)切削試件的表面質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)，采用基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法的刀具磨損較輕，表明，基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法能夠在一定程度上提高刀具的使用壽命。實施例2附圖3為針對本發(fā)明設計的切削系統(tǒng)的實施例2示意圖，實施例2與實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施例1中的氣壓式霧化裝置實現(xiàn)對水的霧化。采用實施例2的切削系統(tǒng)對合金鋼材料進行銑削試驗，試驗中實施例2產(chǎn)生的低溫冷風溫度為-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。使用機床為沈陽機床立式加工中心VMC0850B,刀具采用兩齒YT15鑲片端銑刀，主軸轉速為S=1500r/min。進給速度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)明的基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削進行切削試驗，試驗后測得的試件加工表面不同點的粗糙度值見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2結果表明，本發(fā)明所使用的基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削相比于干式切削與傳統(tǒng)切削試件的表面質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)，采用基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法的刀具磨損較輕，表明，基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法能夠在一定程度上提高刀具的使用壽命。權利要求一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，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小水滴通過低溫冷風冷卻變?yōu)榧毿”；蛘呒毿”Ｅc水滴混合物后，通過低溫冷風采用射流方式吹送到切削區(qū)進行冷卻潤滑。2.根據(jù)權利要求1所述的基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，其特征在于該方法具體步驟如下(1)開啟低溫冷風子系統(tǒng)，產(chǎn)生的冷風通過內(nèi)部管路、連接部件與外部管路后輸出出去，形成冷風射流，低溫冷風子系統(tǒng)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定流量與溫度的低溫冷風后，保持低溫冷風子系統(tǒng)的正常工作；(2)對內(nèi)部管路、連接部件與外部管路進行預冷，即，在開啟水霧化子系統(tǒng)前，只開啟低溫冷風子系統(tǒng)，使得管路中只通低溫冷風一段時間；(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入內(nèi)部管路中，在內(nèi)部管路中，霧化細小水滴將與低溫冷風混合，并被低溫冷風攜帶輸出，形成含有混合介質的射流；(4)調(diào)整外部管路中噴嘴的方向與距離，使其對準切削加工區(qū)域，即可進行切削加工。全文摘要本發(fā)明涉及一種基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流切削方法，屬于綠色切削技術的范疇。具體實現(xiàn)方法是將霧化后的微量細小水滴通過低溫冷風冷卻變?yōu)榧毿”；蛘呒毿”Ｅc水滴混合物后，通過低溫冷風采用射流方式吹送到切削區(qū)進行冷卻潤滑。本方法的突出意義在于完全擺脫了對潤滑油的使用，具有無污染、無危害、廉價、不需回收等優(yōu)點，同時，微量細小冰粒(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切削加工所帶來的不良影響，另外，初步試驗表明，本方法能夠較大的改善被加工材料的表面質量，并且能夠一定程度上的提高刀具壽命。文檔編號B24C1/00GK101817165SQ20101014137公開日2010年9月1日申請日期2010年4月6日優(yōu)先權日2010年4月6日發(fā)明者張賀磊,袁松梅申請人:北京航空航天大學