基于微细冰水混合介质的低温冷风射流绿色切削方法技术

本发明专利技术涉及一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，属于绿色切削技术的范畴。具体实现方法是将雾化后的微量细小水滴通过低温冷风冷却变为细小冰粒或者细小冰粒与水滴混合物后，通过低温冷风采用射流方式吹送到切削区进行冷却润滑。本方法的突出意义在于完全摆脱了对润滑油的使用，具有无污染、无危害、廉价、不需回收等优点，同时，微量细小冰粒（或冰水混合物）使用不仅保证了润滑效果，提高了冷却效果，而且最大限度的降低了水对切削加工所带来的不良影响，另外，初步试验表明，本方法能够较大的改善被加工材料的表面质量，并且能够一定程度上的提高刀具寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，属于绿色切削

技术介绍
在机械加工过程中，大量使用切削液的弊端日益显现从环境污染角度，一方面废 弃的切削液是土壤和空气的重要污染源，另一方面，切削液被工人吸入后容易引发各种疾 病；从使用成本角度考虑，切削液的购置、仓储、后续处理等大大增加了产品的总体制造成 本；从加工质量角度，传统的切削液对刀具表面有热冲击效应，可能造成微裂纹等，细微的 切屑混在切削液的循环系统中会严重影响加工质量。因此研究新的绿色切削技术，是推动 绿色制造技术发展的重要环节，是实现机械制造可持续健康发展的必然要求。绿色切削技术是绿色制造的一个组成部分，它是指对生态大环境和加工现场小环 境均无毒副作用(或副作用很小)，在加工过程中产生的少量“三废”(废气、废液和废渣) 在链条末端可回收或自然降解，达到无公害的环保要求，对人的健康和环境没有危害的切 削技术。近年来，出现了一些新的切削技术，主要有干式切削、液氮冷却切削、水蒸汽冷却 切削、气体射流冷却切削、低温风冷切削、微量润滑(MQL)切削技术和在冷风中加微量切削 油的低温冷风切削技术。其中，干式切削、液氮冷却切削、水蒸汽冷却切削、气体射流冷却切 削及低温风冷切削等均属于绿色切削技术；微量润滑(MQL)切削技术和在冷风中加微量切 削油的低温冷风切削技术则属于准绿色切削技术。这些新式切削技术的出现，改善了传统 切削对于大量切削液依赖所造成的不好影响。但同时，这些新式切削技术也并非完美，也具 有各自的优缺点，比如现有的微量润滑技术使用特殊的微量润滑用油，价格昂贵(200元/ 升-500元/升)，且对环境和人体健康尚有一定影响，因此，需要进一步的努力来为绿色切 削提供新的技术方法和实现途径。针对于此，我们提出了一种基于微细冰水混合介质的低 温冷风射流的绿色切削方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，属 于绿色切削技术的范畴，该方法的突出意义在于完全摆脱了对润滑油的使用，具有无污染、 无危害、廉价、不需回收等优点，同时，微量细小冰粒(或冰水混合物)的使用不仅保证了润 滑效果，提高了冷却效果，而且最大限度的降低了水对切削加工所带来的不良影响，另外， 初步研究表明，本方法对于改善被加工材料的表面质量和改进刀具寿命都有一定的积极效果。本专利技术所提出的基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法的实现，需要一 套针对本专利技术方法的特定的切削系统，切削系统的基本组成如图1所示，主要包括水雾化 子系统、低温冷风子系统、内部管路、外部管路连接部件与保温层。其中，水雾化子系统通过连接部件与内部管路相连，低温冷风子系统也与内部管路相连，该内部管路再通过一段连接部件与外部管路相连；所述的保温层包覆于有低温冷风通过的内部管路及连接部件的 外围；水雾化子系统可采用不同方式(如采用气压式雾化装置或超声雾化装置)只要能够 将水雾化成细小水滴并输出至内部管路即可，低温冷风子系统的实现也可采用多种方式， 这里不做具体限定，要求能够直接连接实际机械加工环境中的提供的气源，且能够产生流 量不低于0. 2L/min、温度不高于-20°C的低温冷风即可；内部管路的主要所用有两方面一 方面是输送低温冷风与雾化后的细小水滴，另一方面是让低温冷风与细小水滴有充分的接 触，保证细小水滴在进入外部管路之前能够全部或部分冻成成细小冰粒(即达到冰水混合 的状态)；外部管路主要是喷出管路，包括喷嘴，将冰水混合介质与低温冷风输送至切削加 工区；连接部件用于连接各个管路，都采用现有的气动连接部件产品；保温层用于密封低 温冷风通过的管路以及连接部件，避免低温冷风的热量损失。本专利技术一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，该方法是将雾化后 的细小水滴通过低温冷风冷却变为细小冰粒或者细小冰粒与水滴混合物后，通过低温冷风 采用射流方式吹送到切削区进行冷却润滑。具体步骤如下(1)开启低温冷风子系统，产生的冷风通过内部管路、连接部件与外部管路后输出 出去，形成冷风射流，待开启低温冷风子系统能够产生稳定流量与温度的低温冷风后，保持 低温冷风子系统的正常工作；(2)对内部管路、连接部件与外部管路进行预冷，即，在开启水雾化子系统前，只开 启低温冷风子系统，使得管路中只通低温冷风一段时间；(3)开启水雾化子系统，使水雾化子系统产生的雾化小水滴通过连接部件进入内 部管路中，在内部管路中，雾化细小水滴将与低温冷风混合，并被低温冷风携带输出，形成 含有混合介质的射流，通过对内部管路的长度控制可以保证低温冷风与细小水滴的充分接 触，最终确保细小水滴被全部或者部分冻成细小冰粒；(4)调整外部管路中喷嘴的方向与距离，使其对准切削加工区域，即可进行切削加工。本专利技术一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，其优点及功效在 于本专利技术采用无污染、无危害、且不需回收的水取代润滑油作为切削液。本专利技术采用微量水作为切削液，可以在微量的范围内确定出适合切削加工所需的 水的具体使用量(具体使用量需要视实际的工作条件而定)，最大限度的降低了水对切削 加工所带来的不良影响，对于改善被加工材料的表面质量和改进刀具寿命都有一定的积极 效果。附图说明图1为本专利技术方法的切削系统组成原理示意图；图2为本专利技术具体实施例1的切削系统示意图；图3为本专利技术具体实施例2的切削系统示意图。1、水雾化子系统2、低温冷风子系统3、内部管路4、外部管路 5、连接部件6、保温层7、压缩空气 具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的说明。本专利技术一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，具体如下(1)开启低温冷风子系统，产生的冷风通过内部管路、连接部件与外部管路后输出 出去，形成冷风射流，待开启低温冷风子系统能够产生稳定流量与温度的低温冷风后，保持 低温冷风子系统的正常工作； (2)对内部管路、连接部件与外部管路进行预冷，即，在开启水雾化子系统前，只开 启低温冷风子系统，使得管路中只通低温冷风一段时间；(3)开启水雾化子系统，使水雾化子系统产生的雾化小水滴通过连接部件进入内 部管路中，在内部管路中，雾化细小水滴将与低温冷风混合，并被低温冷风携带输出，形成 含有混合介质的射流，通过对内部管路的长度控制可以保证低温冷风与细小水滴的充分接 触，最终确保细小水滴被全部或者部分冻成细小冰粒；(4)调整外部管路中喷嘴的方向与距离，使其对准切削加工区域，即可进行切削加工。实施例1附图2为针对本专利技术方法所设计的具体切削系统的实施例1示意图，在本实施例 中，水雾化子系统1采用气压式水雾化装置，向其中通入压缩空气7可以将其中的水雾化成 细小水滴，并能够将雾化后的水滴通过与其相连的连接部件5吹入内部管路3中，低温冷 风子系统2中通入压缩空气7后产生的低温冷风也进入内部管路3中，在内部管路3中产 生的雾化水滴与低温冷风充分混合，在此过程中细小水滴将会全部或者部分被冻成细小冰 粒，然后细小冰粒(或者冰粒与水滴混合物)与低温冷风共同通过外部管路4形成射流，最 终被送入切削区，其中保温层6包覆在有低温冷风通过的内部管路3及连接部件5外围，起 保温隔热作用，减少热量损失。采用实施例1的切削系统对铝合金材料进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微细冰水混合介质的低温冷风射流切削方法，该方法所基于的切削系统主要包括：水雾化子系统、低温冷风子系统、内部管路、外部管路连接部件与保温层；特征在于：该方法是将雾化后的细小水滴通过低温冷风冷却变为细小冰粒或者细小冰粒与水滴混合物后，通过低温冷风采用射流方式吹送到切削区进行冷却润滑。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁松梅，张贺磊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]