[發明專利]測試亞干式冷卻條件對材料表面質量影響的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201410401472.8
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104181188A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 任家隆;任近靜;趙禮剛;韓劍敏;張春燕;管小燕;樊玉杰;胡小康;王明建
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;G01N25/72
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

技術領域

本發明涉及機械制造金屬切削工藝技術領域中的一種實驗裝置及其方法，具體涉及一種測試亞干式冷卻條件對材料表面質量影響的裝置及其方法。

背景技術

金屬材料切削時，會產生大量的切削熱，從而使切削區的切削溫度升高、切削力增加，刀具磨損加劇，整個切削過程變得困難，并最終影響被加工零件的表面質量、尺寸精度和零件加工的生產率等。因此在切削加工中往往需要增加冷卻液進行冷卻切削，改善切削環境達到提高零件加工表面質量的目的。

目前的切削冷卻工藝方法主要是使用切削液進行冷卻切削，在一般機床上裝有冷卻泵、冷卻液箱體、冷卻液噴嘴及其軟管；在金屬切削需要冷卻時，開動冷卻泵，冷卻泵工作并將冷卻液箱體中的冷卻液通過管路泵送到噴嘴，打開噴嘴后一定壓力的冷卻液沖刷零件被切削區域周圍，起到冷卻刀具、工件的作用；冷卻刀具、工件后的切削液濺落在機床底盤后回流至冷卻液箱體，如此往復保證了切削冷卻過程不斷。這種工藝方法的缺陷是：1、由于被切削材料加工難易程度不一樣，為滿足切削時冷卻的需要，操作者僅僅憑經驗來調整閥門開關，控制冷卻液流量的大小，從而控制切削液的沖刷量；2切削液中切屑粉末的反復夾帶不利于精密加工；3、對環境造成一定的污染、環境保護工作使生產成本提高。

近期，在國內外部分數控機床或加工中心中采用環境空氣、微量潤滑油和冷卻液相結合霧化的方法，即亞干式方式進行冷卻切削的工藝。該方法以“綠色”為其主要特征，減少了環境污染，提高了冷卻效率，工藝的集約性得到了顯著加強。

但是，在采用亞干式方式進行冷卻切削時，存在以下問題：針對不同的材料，究竟應該如何設定冷卻條件和相關的參數，才可以使得冷卻效果最佳并且材料表面質量最好？如何確保被加工零件的尺寸精度、尺寸穩定性？現有技術中，完全是在零件加工開始后依賴人為主觀判斷以及個人有限的經驗現場調節冷卻條件和相關參數，所以加工出來的零件質量參差不齊。有時候在加工過程中，由于不斷調整和嘗試最佳參數會造成大批工件的報廢，不但浪費原材料，而且大大增加了企業生產成本。

所以，亟需研究開發一種新的裝置和方法，在加工開始前就能測試出該材料最佳的冷卻條件和參數，然后將這些條件和參數固定下來后再進行實際加工。試驗研究亞干式不同冷卻條件對材料表面質量的影響。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種測試亞干式冷卻條件對材料表面質量影響的裝置及其方法，能夠揭示亞干式不同冷卻條件對材料表面質量影響規律，指導工業應用。

技術方案：為實現上述目的，本發明的測試亞干式冷卻條件對材料表面質量影響的裝置，包括試件、用于固定試件并模擬切削熱的電阻爐、氣體冷卻裝置和液態介質冷卻裝置，所述氣體冷卻裝置依次包括空氣壓縮機、安全閥、空氣過濾器、截止閥、溫度調節器、第一調節閥、氣體流量計、氣壓表、溫度表和空氣干燥管，所述空氣干燥管末端連接第一噴嘴；所述液態介質冷卻裝置依次包括液態介質、第二調節閥、液體流量計和液態介質管路，液態介質管路末端分支后分別連接第一噴嘴和第二噴嘴，液態介質管路與第一噴嘴和第二噴嘴分別設有第一開關和第二開關。

所述液態介質并非僅指油基與水基切削液、潤滑油，而是泛指具有冷卻及微量潤滑作用、能用于亞干式切削的一切介質，包括水、植物油等。(冷卻液包括水、植物油)。所述試件為兩同軸圓柱體，包括上圓柱體和下圓柱體，所述下圓柱高為17.5mm直徑為10mm；上圓柱高為2.5mm，直徑為14mm；同時在上圓柱側面銑兩對稱平面，銑入深度為1.5mm。。本發明中的液態介質管路、干燥管和閥門、噴嘴等部件可以吊裝在支架上。

本發明中的電阻爐還可以是其他能夠模擬工件被連續切削時不間斷產生切削熱的裝置，例如該裝置包括測溫熱電偶、溫控儀器、根據需要持續供熱爐、試件安放腔體等組成。此外，本發明可以配合使用一套每秒自動采集50次數據并處理的數據采集處理裝置，包括溫度測量傳感器、顯示器、操作平臺、數據處理中心器件等。

本發明還公開一種基于上述測試亞干式冷卻條件對材料表面質量影響的裝置的方法，包括以下步驟：

(1)將試件安裝在持續供熱的電阻爐上，設定電阻爐溫度，使試件表面溫度達到初始設定溫度；

(2)打開空氣壓縮機，調節溫度調節器，使噴出氣體的溫度達到實驗預定溫度；調節氣體流量計，使氣體壓力達到實驗預定壓力，調整第一噴嘴，使第一噴嘴垂直于試件端面；

(3)選擇打開第一開關或者第二開關，調節液體流量計，使液態介質的流量達到實驗設定計量；