[發明專利]基于微細冰水混合介質的低溫冷風射流綠色切削方法

無效

• 申請號: 201010141376.6
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101817165A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 袁松梅;張賀磊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B24C1/00
• 分類號: B24C1/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發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。

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：從環境污染角度，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各種疾病；從使用成本角度考慮，切削液的購置、倉儲、后續處理等大大增加了產品的總體制造成本；從加工質量角度，傳統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系統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展的重要環節，是實現機械制造可持續健康發展的必然要求。

綠色切削技術是綠色制造的一個組成部分，它是指對生態大環境和加工現場小環境均無毒副作用(或副作用很小)，在加工過程中產生的少量“三廢”(廢氣、廢液和廢渣)在鏈條末端可回收或自然降解，達到無公害的環保要求，對人的健康和環境沒有危害的切削技術。

近年來，出現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，改善了傳統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，也具有各自的優缺點，比如現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。

發明內容

本發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，需要一套針對本發明方法的特定的切削系統，切削系統的基本組成如圖1所示，主要包括：水霧化子系統、低溫冷風子系統、內部管路、外部管路連接部件與保溫層。其中，水霧化子系統通過連接部件與內部管路相連，低溫冷風子系統也與內部管路相連，該內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部管路及連接部件的外圍；水霧化子系統可采用不同方式(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部管路即可，低溫冷風子系統的實現也可采用多種方式，這里不做具體限定，要求能夠直接連接實際機械加工環境中的提供的氣源，且能夠產生流量不低于0.2L/min、溫度不高于-20℃的低溫冷風即可；內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)；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；連接部件用于連接各個管路，都采用現有的氣動連接部件產品；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為細小冰粒或者細小冰粒與水滴混合物后，通過低溫冷風采用射流方式吹送到切削區進行冷卻潤滑。

具體步驟如下：

(1)開啟低溫冷風子系統，產生的冷風通過內部管路、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能夠產生穩定流量與溫度的低溫冷風后，保持低溫冷風子系統的正常工作；

(2)對內部管路、連接部件與外部管路進行預冷，即，在開啟水霧化子系統前，只開啟低溫冷風子系統，使得管路中只通低溫冷風一段時間；