[發(fā)明專利]一種對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法及其裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010551978.9
• 申請(qǐng)日: 2010-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102029551A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛聰;周志雄;李岳林;鄒洪富;張健;胡宏偉;邵毅敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23Q11/10
• 分類(lèi)號(hào): B23Q11/10;C10M173/00;C10M169/04
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 鄧建輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法，本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

背景技術(shù)

切削加工過(guò)程中，特別是高硬難加工材料，加工區(qū)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，為了避免工件出現(xiàn)熱損傷，必須對(duì)加工區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，以減少熱量的產(chǎn)生，并將產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走。目前，對(duì)加工區(qū)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法主要包含：澆注切削液法、水蒸汽冷卻法、液氮冷卻法、低溫冷風(fēng)冷卻法和微量潤(rùn)滑(即MQL)技術(shù)。其中，在澆注切削液過(guò)程中能夠進(jìn)入切削區(qū)并真正起潤(rùn)滑和冷卻作用的切削液的量很少，而且進(jìn)入切削區(qū)的這少部分切削液受熱后會(huì)迅速汽化為“蒸汽膜”，蒸汽膜的出現(xiàn)會(huì)阻礙新的切削液進(jìn)入高溫切削區(qū)，同時(shí)，切削液的大量使用會(huì)污染環(huán)境；水蒸汽冷卻法會(huì)加速金屬材料工件生銹；液氮冷卻法成本很高；低溫冷風(fēng)冷卻和MQL技術(shù)分別是采用氣相和氣液兩相冷卻，冷卻效果不太理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種能將潤(rùn)滑性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)良的冷卻介質(zhì)有效地注入切削區(qū)，以改善切削區(qū)的潤(rùn)滑狀態(tài)、減小摩擦、減少發(fā)熱，并將產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走的對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

為了解決第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法，包括切削液，在切削液中按體積比為1～5％的比例加入粒徑達(dá)20～40納米的納米顆粒和0.05-0.15％的分散劑，在頻率為10～40KHz的超聲振動(dòng)下形成潤(rùn)滑和導(dǎo)熱性能大大增強(qiáng)且懸浮穩(wěn)定性能優(yōu)良的納米顆粒懸浮液，在壓力為0.3-1MPa的壓縮空氣作用下將納米顆粒懸浮液霧化成直徑達(dá)到微米級(jí)的霧粒，高壓霧粒沖破刀具和工件表面氣障層射向切削區(qū)，進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。

所述的納米顆粒為氧化鋁、多壁碳納米管或氧化鋅。

所述的分散劑為十二烷基磺酸鈉SDBS，化學(xué)純，陰離子型；或十六烷基三甲基溴化銨CTAB，化學(xué)純，陽(yáng)離子型。

所述的切削液為植物油或去離子水中。

所述的植物油為菜油、油茶油或蓖麻油。

為了解決第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法的裝置，包括噴嘴、容器、節(jié)流閥、流量計(jì)、儲(chǔ)氣罐、過(guò)濾器、減壓閥和壓縮機(jī)，所述的容器放置在超聲波振動(dòng)平臺(tái)上。

所述的超聲波振動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)頻率為10～40KHz。

采用上述技術(shù)方案的對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法及其裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其技術(shù)效果在于：

①霧粒中含有一定的納米顆粒，使得切削區(qū)的潤(rùn)滑性能得到極大改善，刀具與工件之間的摩擦系數(shù)大大下降，因摩擦而產(chǎn)生的切削熱將大為減少。

②眾所周知，固體的導(dǎo)熱系數(shù)通常比液體的要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，在切削液中添加納米顆粒制備成納米顆粒懸浮液后其傳熱性能會(huì)顯著提高；納米顆粒懸浮液霧化后霧粒的直徑達(dá)到微米級(jí)，這極大地增加了換熱面積，進(jìn)一步提高了霧粒的傳熱系數(shù)；同時(shí)，根據(jù)強(qiáng)化傳熱理論，由于噴霧射流具有較高的射流速度，使得工件和刀具表面對(duì)流換熱系數(shù)獲得極大提高。

③當(dāng)切削區(qū)的熱流密度增大至足夠產(chǎn)生沸騰時(shí)，水霧(針對(duì)水基納米顆粒懸浮液)受熱后會(huì)迅速汽化將帶走切削熱，降低磨削溫度；油霧(針對(duì)油基納米顆粒懸浮液)在切削區(qū)起潤(rùn)滑作用，能有效降低切削區(qū)的摩擦，抑制切削熱的產(chǎn)生。

④由于該裝置潤(rùn)滑性能優(yōu)良，傳熱效果好，使得切削溫度和切削力急劇下降，刀具磨損大大降低，刀具振動(dòng)非常小，工件表面粗糙度大為降低，表面質(zhì)量大為改善，生產(chǎn)效率也會(huì)得到提高。

⑤植物油(或去離子水)消耗量極小，通常為10-50ml/小時(shí)，而且完全可以自行分解，無(wú)公害、無(wú)毒性、沒(méi)有變態(tài)反應(yīng)，這使得工作環(huán)境大為改善，不會(huì)對(duì)人體造成傷害；同時(shí)，粘附在工件上的油污很少，清洗方便；切屑是干燥的，收集方便；不會(huì)腐蝕機(jī)床；降低了加工成本。

綜上所述，本發(fā)明是一種能將潤(rùn)滑性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)良的冷卻介質(zhì)有效地注入切削區(qū)，以改善切削區(qū)的潤(rùn)滑狀態(tài)、減小摩擦、減少發(fā)熱，并將產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走的對(duì)切削加工進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻的方法及其裝置。

附圖說(shuō)明

圖1是微量納米顆粒懸浮液噴霧射流冷卻裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。