[發(fā)明專利]適用于高速干式切削的氮氣防護系統(tǒng)及方法、介質(zhì)

有效

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• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113103053B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 郭國強;成群林;穆英娟;曹忠;趙強祥;周井文;孔志學;張尚雄
• 申請（專利權(quán)）人: 上海航天精密機械研究所
• 主分類號: B23Q11/00
• 分類號: B23Q11/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發(fā)明提供了一種適用于高速干式切削的氮氣防護系統(tǒng)，包括：氮氣輸送管路、輔助切削配氣控制器、數(shù)控機床氮氣配送管路、切削區(qū)氮氣供氣噴嘴和集中排屑氮氣配送管路；通過氮氣輸送管路將氮氣輸送至輔助切削配氣控制器進行干燥和雜質(zhì)去除；經(jīng)過干燥和雜質(zhì)去除后的氮氣通過數(shù)控機床氮氣配送管路分配給切削區(qū)氮氣供氣噴嘴，對切削加工區(qū)進行噴射；通過干燥和雜質(zhì)去除后的氮氣經(jīng)由集中排屑氮氣配送管路對集中排屑區(qū)進行輸送。本發(fā)明利用95％純度的常溫氮氣，并將氮氣噴射到數(shù)控機床內(nèi)部切削區(qū)和集中排屑系統(tǒng)，實現(xiàn)了鎂合金材料零件高速干式切削過程和集中排屑系統(tǒng)的安全防護，實現(xiàn)惰性氣體的防燃燒保護作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于高速干式切削的氮氣防護系統(tǒng)及方法、介質(zhì)。

背景技術(shù)

鎂合金材料在高速切削加工時，易與刀具前刀面發(fā)生粘結(jié)，形成積屑瘤，增加切屑與刀具的摩擦特性，產(chǎn)生大量切削熱。鎂合金材料鑄造工件表面的硬質(zhì)顆粒，對刀具刃口的破壞作用極大，刃口的崩刃會降低刀具的使用壽命，且會增加切削過程中的滑擦與耕犁作用，從而快速增大切削區(qū)的溫度。同時，鎂合金材料切屑尺寸的大小直接影響鎂合金材料的燃點，切屑尺寸越小，表面效應越大，活性越高，極具發(fā)生劇烈氧化效應，釋放熱量，引起溫度上升。由于高速切削鎂合金材料，不能使用冷卻液對切削區(qū)進行冷卻降溫。一旦熱量積聚，鎂合金材料的燃點達到490℃以上時，就會引起鎂合金材料切屑的燃燒，引發(fā)安全事故，甚至燒毀機床。

由此可見，由于鎂合金材料本身的物理化學特性，使得其在高速切削加工過程中切屑發(fā)生燃燒的概率比起鋁合金、鈦合金等金屬材料要高，從而存在嚴重的生產(chǎn)安全隱患問題。因此，需要研制鎂合金材料高速干式切削防燃燒控制系統(tǒng)，從而大幅降低鎂合金材料高速干式切削切屑發(fā)生燃燒的可能性。

經(jīng)過檢索，專利文獻CN108393741A公開了一種氮氣流射硬態(tài)切削加工裝置及切削方法，具體涉及一種氮氣流射硬態(tài)切削加工裝置，采用超硬刀具對淬硬工件進行切削加工，并在加工過程中將從制氮機從空氣中分離出的常溫氮氣由氮氣控制器經(jīng)高壓氮氣噴射頭高速噴射到淬硬工件加工表面，一方面通過氣體介質(zhì)起到強氣清洗、潤滑、適度冷卻作用，另一方面利用氮氣來隔離保護工件表面不被氧化，促進加工表面與氮氣進行摩擦化學反應，使工件表面產(chǎn)生有利于增強表面質(zhì)量的富氮層。該現(xiàn)有技術(shù)是通過氮氣保護工件表面不被氧化，并促進摩擦化學反應，但是不足之處在于不能通過數(shù)控機床控制系統(tǒng)實現(xiàn)氮氣的自動開/關(guān)，不能通過氮氣這類惰性氣體的防護作用，以提升鎂合金材料的燃點至550℃，從而同時起到鎂合金材料高速干式切削和集中排屑系統(tǒng)中的切屑燃燒防護作用。

經(jīng)過檢索，專利文獻CN203875686U公開了一種低溫氮氣微量油霧化氣流切削裝置，該現(xiàn)有技術(shù)解決了低溫空氣流冷卻加工屬于干式冷卻，對刀具的磨損大、冷卻效率低；低溫霧化冷卻中刀具易被氧化等問題。該低溫氮氣微量油霧化氣流切削裝置，包括用于通入空氣并制造出氮氣的制氮機，與制氮機連接用于干燥、凈化從制氮機中流出的氮氣的干燥系統(tǒng)，用于冷卻干燥后的氮氣的制冷系統(tǒng)，以及微量霧化裝置。將一定壓力下(0.3～0.6Mpa)的常溫空氣經(jīng)制氮機產(chǎn)生氮氣，經(jīng)凈化干燥后，通過制冷系統(tǒng)冷卻至零下-10℃～-60℃成低溫氣流，然后配置霧化裝置，通過該低溫氮氣霧化氣流代替現(xiàn)有的用冷卻液實現(xiàn)冷卻、潤滑、排屑加工的方式，同時利用氮氣隔絕空氣，防止刀具氧化。該現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于其利用制冷系統(tǒng)將氮氣冷卻至零下-10℃～-60℃成低溫氣流，以實現(xiàn)切削加工區(qū)的冷卻、潤滑等作用，同時防止刀具氧化。同樣，該方法不是通過氮氣這類惰性氣體的防護作用，以提升鎂合金材料的燃點，因此也不能有效且高效同時解決鎂合金材料高速干式切削區(qū)和集中排屑系統(tǒng)中發(fā)生切屑燃燒的可能性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于高速干式切削的氮氣防護系統(tǒng)及方法、介質(zhì)，通過將氮氣噴射到切削加工區(qū)和集中排屑系統(tǒng)，對切削加工區(qū)和集中排屑系統(tǒng)起到惰性氣體的防護作用。