[發(fā)明專利]一種納米流體油膜水滴靜電可控射流切削方法及裝置

有效

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• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN106826391B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇宇;陳興旺;湯正成;萬榮榮
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: B23Q11/10
• 分類號: B23Q11/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明公開切削加工領(lǐng)域中的一種納米流體油膜水滴靜電可控射流切削方法及裝置，同軸噴嘴通過第一硅橡膠管連接第一微量注射泵、通過第二硅橡膠管連接第二微量注射泵，第一微量注射泵泵出的是水基納米流體，第二微量注射泵泵出的是油基納米流體，可調(diào)高壓靜電發(fā)生器給同軸噴嘴輸出直流負(fù)高壓，在同軸噴嘴與刀具、工件之間建立高壓靜電場，水基納米流體和油基納米流體流與帶直流負(fù)高壓的同軸噴嘴直接接觸，荷上與同軸噴嘴同極性的負(fù)電荷，在噴嘴出料口的出口處匯合形成納米流體油膜水滴，有效結(jié)合水基納米流體的高冷卻性能與油基納米流體的優(yōu)異潤滑性能，對切削區(qū)可實(shí)施高效冷卻潤滑，實(shí)現(xiàn)納米流體油膜水滴向切削區(qū)的定向可控輸運(yùn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于切削加工領(lǐng)域，具體是對切削加工的切削區(qū)域進(jìn)行冷卻和潤滑的裝置及方法。

背景技術(shù)

切削加工是獲得零件的主要方法，在切削加工中，去除材料所消耗能量的絕大部分都轉(zhuǎn)化為切削熱并集中在切削區(qū)域，引起刀具高溫，導(dǎo)致刀具快速磨損，這在高速、高效切削時(shí)表現(xiàn)更為突出。通常的冷卻措施是向切削區(qū)澆注大量切削液的方式來達(dá)到降低切削溫度、延長刀具壽命進(jìn)而提高加工效率的目的。然而因刀具和切屑、刀具和工件接觸界面存在著很高的壓力，使得向切削區(qū)澆注大量切削液時(shí)，能夠進(jìn)入切削區(qū)并真正起到冷卻潤滑作用的切削液僅占極小的比例，無法對切削區(qū)進(jìn)行有效地?fù)Q熱，并且大量使用切削液會帶來諸如零件制造成本大幅度提高、環(huán)境嚴(yán)重污染、危害身體健康等負(fù)面影響。

目前，微量潤滑是將一定壓力的壓縮空氣與微量潤滑油混合并霧化，噴向切削加工區(qū)，對刀具與切屑和刀具與工件的接觸面進(jìn)行潤滑，以減少摩擦，同時(shí)冷卻切削區(qū)的一種準(zhǔn)干式切削技術(shù)，微量潤滑利用壓縮空氣射流帶走切削熱及微量潤滑油霧化成的油粒子在切削區(qū)發(fā)生相變吸收切削熱來實(shí)現(xiàn)對切削區(qū)的直接冷卻作用，微量潤滑油對切削區(qū)的潤滑還可降低刀具與切屑、工件之間的摩擦，減少摩擦熱的產(chǎn)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對切削區(qū)的間接冷卻作用。但由于氣體的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)低且潤滑油氣化熱小，這種冷卻方法無法有效降低切削高溫，且切削高溫還會使?jié)櫥驼舭l(fā)而喪失潤滑機(jī)能。這一問題在高效切削，尤其是難加工材料高效切削中表現(xiàn)更為突出。此外，在微量潤滑中，壓縮空氣為潤滑油霧化噴射的驅(qū)動力和霧滴輸送載體，霧滴噴出后運(yùn)動不可控制，易飄散至空氣中。這不僅污染了工作環(huán)境，而且通過呼吸作用和皮膚接觸使操作人員易患呼吸系統(tǒng)疾病和皮膚病，危害其健康。

為改善微量潤滑的冷卻潤滑性能，目前是采用油膜附水滴的冷卻潤滑加工方法，采用微量可降解潤滑油和少量水在壓縮空氣驅(qū)動作用下，在特殊多段式噴嘴中霧化并形成表面吸附油膜的微小水滴，在高壓空氣的作用下噴射至切削加工區(qū)，水滴吸收切削熱而汽化，起到冷卻作用，而油膜則附著在刀具或工件表面形成潤滑膜，起到潤滑和減摩作用。該方法利用水滴汽化吸熱提高散熱效率，有益于潤滑膜強(qiáng)度的保持，從而確保潤滑油的潤滑機(jī)能。盡管該方法提高了微量潤滑的冷卻潤滑效果，但其卻存在著如下缺陷：（1）油膜水滴形成所需的水流量較大，不能滿足高效率、低能耗的要求；（2）以高壓空氣作為油膜水滴形成和輸送的動力，同樣會造成油膜水滴向空氣中的飄散，對工作環(huán)境和人體健康產(chǎn)生不利的影響。