一种多参数优化的冷却切削工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种多参数优化的冷却切削工艺方法，包括在机床上装有一套液体冷却装置，在切削时开启该装置中的冷却泵，使冷却液经调节阀、液体流量计和喷嘴后喷出冷却工件，还装有一套空气冷却装置，空气压缩机将空气压缩后依次经安全阀、截止阀、温度调节器、调节阀、气体流量计、气压表、温度计和喷嘴后喷出冷却工件；气体的温度为－５～－３５℃；气体压力在０．１０～０．３５ＭＰａ范围；不同液态介质计量为０．０１５～１．２５ｍｌ／Ｓ，靶距调整在１５～３５ｍｍ范围，入射角调整在１５°～４５°范围，本发明专利技术能有效地提高刀具寿命三倍以上，切削力、切削热降低６％～２５％，表面粗糙值降低１～２级，尺寸误差值仅为纯自然风冷切削的５．５％，降低生产成本、无环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种冷却切削工艺，属于机械制造的金属切削工艺
技术背景金属材料切削时，会产生大量的切削热，从而使切削区的切削温度升高、切削力增加， 刀具磨损加剧，整个切削过程变得困难，并最终影响被加工零件的表面质量、尺寸精度和零 件加工的生产率等。因此在切削加工中往往需要增加冷却液进行冷却切削，改善切削环境达 到提高零件加工表面质量的目的。目前的切削冷却工艺方法主要是使用切削液进行冷却切削，在一般机床上装有冷却泵、 冷却液箱体、冷却液喷嘴及其软管；在金属切削需要冷却时，开动冷却泵，冷却泵工作并将 冷却液箱体中的冷却液通过管路泵送到喷嘴，打开喷嘴后一定压力的冷却液冲刷零件被切削 区域周围，起到冷却刀具、工件的作用；冷却刀具、工件后的切削液溅落在机床底盘后回流 至冷却液箱体，如此往复保证了切削冷却过程不断。这种工艺方法的缺陷是1、由于被切 削材料加工难易程度不一样，为满足切削时冷却的需要，操作者仅仅凭经验来调整阀开关， 控制冷却液流量的大小，从而控制切削液的冲刷量；2切削液中切屑粉末的反复夹带不利于 精密加工；3、对环境造成一定的污染、生产成本很高。_在近期国内外销售的部分数控机床或加工中心中用环境空气进行冷却切削的工艺也得 到一定程度应用，其工艺方法是用空压机或空气站泵送空气至机床上空气冷却喷嘴，空气经 过喷嘴喷向被加工零件的切削区域后冷却刀具、工件，喷嘴喷出的空气不回收直接融入环境空气中。这种工艺方法的缺陷是1、操作者也是凭经验通过调节开关的大小控制空气的量 来满足切削时冷却的需要；2、由于空气介质换热系数小，所以其冷却效果也受到一定影响。上述两种现有技术的金属切削冷却工艺方法都是属于粗犷式切削冷却工艺方式。目前已 知的理论研究是1、不同介质、压力、靶距、入射角等工艺参数是影响切削冷却的关键因 素，2、切削液冲刷被加工零件切削区域的冷却作用若能达到汽化冷却程度其冷却效果会发 生巨大变化，传统切削液的大量浇注冷却易在零件表面成膜，阻碍切削热挥发、汽化和传递， 而真正能够进入切削区的液体又很少，因此冷却作用是非常有限的。近几年，由于环境污染而开展了以"绿色"为其主要特征的先进制造技术研究，绿色冷 却切削就是该研究之一。由于不断涌现新的被切削材料使切削加工的难度增加，被加工零件 的尺寸精度、尺寸稳定性有了更高的要求，这对切削冷却效果、冷却工艺的集约方式都有新的需求。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的主要是解决现有粗犷式切削冷却工艺方法所存在的不足，专利技术 具有不同介质共同作用，不同介质计量最佳化，有关压力、靶距、入射角等工艺参数优化区 域合成形成的一种特殊的多参数优化的绿色冷却切削工艺方法。技术方案本专利技术采用的技术方案是包括在机床上装有一套液体冷却装置，在切削时 开启该装置中的冷却泵，使冷却箱中的冷却液经调节阀、液体流量计和喷嘴后喷出冷却工件；在机床上还装有一套空气冷却装置，切削时该装置中的空气压縮机将空气压縮、冷却后依次 通过安全阀、截止阀、温度调节器、调节阀、气体流量计、气压表、温度计和喷嘴后喷出冷 却工件。冷却切削工艺步骤依次是a、 先装夹好工件，将喷嘴对准刀具的切屑流经表面；然后开动机床，打开喷嘴；b、 先调节温度调节器，使喷出气体的温度为-5 -35'C;再调节气体流量计使气体压力 在O. 10 0. 35Mpa范围;c、 调节液体流量计使不同液态介质计量为0.015 1.25ml/S，将切削区至喷口的靶距h 调整在15 35mm范围，入射角a调整在15° 45°范围。d、 边切削边根据切削区温度、切屑流向的情况来调整气体压力、液态介质计量、靶距 和入射角的数值。有益效果本专利技术的有益效果是1、通过液体冷却装置和空气冷却装置的共同作用， 同时确定了切削时的压力、温度、流量、靶距、入射角工艺参数的范围，形成一种特殊的多参数优化的绿色冷却切削工艺，在行业上具有重要的意义和推广价值。2、在同等条件下与 采用冷却液冷却切削相比，能有效地提高刀具寿命三倍以上，切削力、切削热降低6% 25%， 表面粗糙值降低1 2级，尺寸误差值仅为纯自然风冷切削的5.5%，降低生产成本、无环境 污染。附图说明图1是本专利技术的原理框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术在机床上原有安装的一套液体冷却装置的基础上再另装一套空气冷却装置。先装夹好工件12，将喷嘴11对准刀具13面；然后开动机床，打开喷嘴ll，开启该装置中的冷却泵，使冷却箱中的冷却液14 (冷却介质可以是水、植物油、冷却液等)，经调节阀10、液体流量计9到喷嘴11冷却工件12。再在机床上装一套空气冷却装置，该装置 中的空气压縮机1将空气压縮后依次经安全阀2、截止阀3、温度调节器4、调节阀5、气体 流量计6、气压表7、温度计8后到喷嘴11喷出后冷却工件12，在此过程中可进一步精调 至和被切削材料切削温度相适应的气体温度和压力后进入喷嘴11;气体和液体介质经喷嘴 11混合后喷出后实施对工件12切削区的冷却。在切削时要调整装置的参数使其优化，先调节温度调节器4，使喷出气体的温度为-5 -35"C;再调节气体流量计6使气体压力在0. 10 0. 35Mpa范围；调节液体流量计9使不同 液态介质计量为0.015 1.25ml/S，将切削区至喷口的靶距h调整在15 35面范围，入射角 a调整在15。 45。范围。最后边切削边根据切削区温度、切屑流向的情况来调整气体压力、 液态介质计量、靶距和入射角的数值，使切削过程达到最佳。在这里气体或液体介质所占份 额都可以从零到计量仪器允许的数值变化，以便通过不同份额配比调控到本专利技术所公布的优 化值域去实施本专利技术的多参数优化的绿色冷却切削工艺。上述的空气压縮机1实质是一个冷风发生装置该装置采用技术专利ZL 00221237.4、名称是"一种无污染的金属切削气体射流冷却装置"中公开的设备，该装置能 根据实验要求提供不同温度、不同压力的气体作为气体射流的主体动力和气体介质。本专利技术在操作时的注意事项是1. 本专利技术耙距优化区域是指切削区至喷口的距离，材料的切削加工性系数越小取值越趋 向于本专利技术公布的值域小的 一侧；2. 本专利技术气体温度优化区域主要用于切削加工黑色金属材料时的冷却，尤其指具有低 温脆性性质材料的半精加工和精加工切削时使用，且材料的切削加工性系数越小取值越趋向 于本专利技术公布的值域负值偏大的一侧；有色金属材料和黑色金属材料粗加工时可以不使用人 工冷却或高于本专利技术气体温度范围的气体冷却切削；3. 本专利技术入射角优化区域主要是指切屑流经刀具的切平面(也可以取前刀面所在平 面)与喷嘴喷射中心线之间夹角，且材料的切削加工性系数越小取值越趋向于本专利技术公布的 值域偏小的一侧；当从后刀面喷射时本专利技术入射角优化区域是指切削平面与喷嘴喷射中心线 之间夹角；4.本专利技术不同液态冷却介质计量0.015ml/S 1.25ml/S主要指在以气体射流为动力 的冷却切削时，添加水、冷却液等换热系数大的液态介质的量的多少，且当切削区的切削温度越高时越偏向于取大值；切削冷却时植物油、矿物油的添加主要起润滑、防锈和减摩作用， 因此添加量比较小，使用中一般取小值；液态冷却介质添加可以与气体一同进入喷嘴混合腔、 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多参数优化的冷却切削工艺方法，包括在机床上装有一套液体冷却装置，在切削时开启该装置中的冷却泵，使冷却箱中的冷却液（１４）经调节阀（１０）、液体流量计（９）和喷嘴（１１）后喷出冷却工件（１２），其特征是：在机床上还装有一套空气冷却装置，切削时该装置中的空气压缩机（１）将空气压缩、冷却后依次经安全阀（２）、截止阀（３）、温度调节器（４）、调节阀（５）、气体流量计（６）、气压表（７）、温度计（８）和喷嘴（１１）后喷出冷却工件（１２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任家隆，周云祥，周根明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]