一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的制作方法

文档序号：12554442阅读：233来源：国知局

本发明属于切削加工领域，特别涉及一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统。

背景技术：

未来的制造业需要绿色制造。目前绿色切削加工技术主要包括干式切削、亚干式切削、绿色湿式切削、超低温切削等。亚干式切削技术(一种介于干式切削与湿式切削之间的加工技术，包括喷雾冷却、微量润滑和低温微量润滑等技术)以其独特的优越性和实用性得到机械加工行业广泛认同。雾化少量润滑综合了喷雾冷却技术和MQL技术，系统组建简单，所需气体压力和耗气量较小，应用成本低，雾化微粒小等诸多优点在机械加工行业上很有推广价值。

喷雾冷却是以高压(3～6个大气压)将气液两相流的混合体以雾化的形式喷射到切削区，在切削区的高温作用下，雾化的质点颗粒发生相变吸收大量的切削热，降低了切削区的温度；同时在金属表面由于雾化的流体颗粒吸附形成润滑膜，减小了刀具与工件间的摩擦力。喷雾冷却效果取决于喷雾装置，常用的喷雾装置有以下3种形式：

(1)大气压式压缩空气通过喷雾装置进入进气管在雾化器中形成负压，油箱中的冷却液在油箱压力(大气压)下由吸液管吸入，然后在压缩空气的作用下雾化喷出；

(2)供液式冷却液被泵吸入喷雾装置，再由压缩空气作用下雾化喷出；

(3)吸液式根据伯努利方程，密闭容器内的流体流经容器较细部分时流速高压力低，而流过其较粗部分时压力高流速低。

技术实现要素：

为了克服上述不足，本发明设计了一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统，可以在不借助外力作用对润滑介质进行雾化，从而更有效的对高速切削加工进行微量润滑。响应国家先进制造和绿色制造技术的号召，达到减小切削力、切削温度及刀具磨损，提高切削加工表面质量的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于物理特性的介质混合高速切削微量润滑雾化装置，包括：润滑介质存储腔、加热装置、雾化喷嘴，所属润滑介质存储腔的底部设置有加热装置，所属润滑介质存储腔顶部开口处通过细管与雾化喷嘴相连。

本发明的主要特点在于不借助外力仅凭借润滑介质的物理特性进行雾化，主要的实施方式通过加热器对润滑介质进行加热致使其蒸发，蒸发过程就形成了雾化特性，并且在喷口处设有不同直径尺寸大小的孔状雾化器。

优选的，所述细管的直径为润滑介质存储腔的最小直径的1/20～30。

优选的，所述润滑介质存储腔设置有多组，相互间通过所述细管相连通。

本发明中所述的“润滑介质存储腔”是指：用于储存润滑介质的中空腔体。

本发明的“细管”是指：口径较小的管状结构体。

优选的，所述细管上设置有阀门和/或流量计量装置；本发明的介质喷射主要依靠阀门进行控制，当润滑介质达到蒸发温度时，开启相应通道阀门使其沿着通道向外蒸发，其射流速度主要通过控制加热器的加热温度实现，加热温度越高，其射流速度相应越快。

优选的，所述加热装置包括电加热器和相应的温控系统；

优选的，所述雾化装置还设置有射流控制系统。

本发明还提供了一种基于物理特性的介质混合高速切削微量润滑雾化方法，将润滑介质部分雾化，使雾化气由大口径容器进入小口径管道形成带有压力的雾状射流，喷射在刀具切削区域。

优选的，所述切削液雾状射流的压力为0.51Mp～0.60Mp。较高的射流压力可以更有效地降低刀具的温度(可适用于高温下、长时间的连续切削)，增强雾化粒子的渗透力，减少刀具前、后刀面与金属切屑的摩擦，起到润滑的效果，进一步提高刀具的耐用度、切削效率和表面的光滑度。同时，湿度的增加还能防止加工过程中粉尘的生成。

本发明还提供了一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化装置，包括：多个润滑介质存储腔、加热装置、雾化喷嘴；所属多个润滑介质存储腔的底部分别设置有加热装置，所述多个润滑介质存储腔顶部开口端通过细管相连，所述细管还与雾化喷嘴相连。

优选的，所述细管的直径为润滑介质存储腔的最小直径的1/20～30。

优选的，所述所属润滑介质存储腔顶部开口端设置有流量控制装置和/或流量计量装置；

优选的，所述细管上设置有流量控制装置和/或流量计量装置；

优选的，所述加热装置包括电加热器和相应的温控系统；

优选的，所述雾化装置还设置有射流控制系统。

本发明中的所述“电加热器、温控系统、流量控制装置、流量计量装置和射流控制系统”的具体型号和设置方法，由本领域技术人员根据公知常识进行常规选择即可。

本发明还提供了一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化方法，将润滑介质部分雾化，使雾化气由大口径容器进入小口径管道相互混合并形成带有压力的雾状射流，喷射在刀具切削区域。

本发明还提供了一种雾化切削装置，包括：刀具和任一项上述的雾化装置。

本发明的有益效果

(1)在本发明中，高质、高效的完成金属材料的高速切削加工，降低了切削力和切削温度，提高了切削加工表面质量，延长了刀具寿命；并且，装置操作简单，便于调整与维护。

(2)本发明装置结构简单、实用性强，易于推广。

附图说明

图1一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统整体结构示意图。

图2为实验1基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验切削力结果：其中，a、b、c分别代表三个不同方向的切削力(即：X轴、Y轴、Z轴方向)。

图3为实验2基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验切削力结果：其中，采取了单介质微量润滑和多介质多方式微量润滑两种润滑方式。其中，a、b、c分别代表三个不同方向的切削力(即：X轴、Y轴、Z轴方向)。

图4为实验2基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验加工表面三维形貌结果。图4(a)为干切削加工表面三维表面形貌图；图4(b)为MQL1方式下的加工表面三维表面形貌；图4(c)为MQL2方式下的加工表面三维表面形貌。

图5为实验2基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验刀具磨损结果。图5(a)为干切削刀具磨损形貌图；图5(b)为MQL1方式下的刀具磨损表面形貌；图5(c)为MQL2方式下的刀具磨损表面形貌。

图6为润滑介质蒸发雾化的现场实拍照片。

图7为除油介质以外润滑介质雾化器雾化控制系统原理图

图8为油介质雾化器雾化控制系统原理图

具体实施方式

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例1

图1中，1为介质1存储腔，2为介质2存储腔，3为介质3存储腔，4为介质4存储腔，5为介质1加热器，6为介质2加热器，7为介质3加热器，8为介质4加热器，9为温度控制系统，10为射流控制系统，11为喷口雾化器。

单介质微量润滑高速切削实验时，将从介质1、介质2、介质3及介质4中选取任意润滑介质，然后选用相应的润滑介质加热器5、6、7、8对介质进行加热；通过温度控制系统9对润滑介质加热温度进行控制，与此同时，通过射流控制系统10控制润滑介质射流，最后射流介质经喷口雾化器11对其进行雾化喷射。

双介质微量润滑高速切削实验时，将从介质1、介质2、介质3及介质4中选取任意两种润滑介质，然后选用相应的润滑介质加热器5、6、7、8对介质进行加热；通过温度控制系统9对润滑介质加热温度进行控制，与此同时，通过射流控制系统10控制润滑介质射流，最后射流介质经喷口雾化器11对其进行雾化喷射。

三介质及以上微量润滑高速切削实验时，将从介质1、介质2、介质3及介质4中选取任意三种及三种以上润滑介质，然后选用相应的润滑介质加热器5、6、7、8对介质进行加热；通过温度控制系统9对润滑介质加热温度进行控制，与此同时，通过射流控制系统10控制润滑介质射流，最后射流介质经喷口雾化器11对其进行雾化喷射。

本实施例选取TC17钛合金为研究对象，制定基于切削速度的单因素切削实验方案如表1所示：高速切削实验分为实验1和实验2。

表1

实验1过程中微量润滑方式选择无润滑、传统加压雾化油润滑及本发明雾化系统油润滑，实验1中润滑的实施依靠本发明的基于物理特性的微量润滑雾化系统(MQL2)及传统加压雾化系统(MQL1)，其中MQL1的实施作为对照实验；实验2微量润滑方式选择无润滑及油水混合微量润滑两种润滑方式，实验2中的微量润滑的实施也采用本发明的基于物理特性的微量润滑雾化系统，同时选择普通的MQL1系统对其进行润滑作为对照实验。

图2所示的为实验1基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统进行的单介质的高速切削实验切削力结果：

通过切削力实验结果可以发现：本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统相比于传统的加压雾化微量润滑方式在高速切削中的微量润滑效果明显，大幅度的降低了切削力。其中，a、b、c分别代表三个不同方向的切削力(即：X轴、Y轴、Z轴方向)。

图3为实验2基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验切削力结果：图3中采取了单介质微量润滑和多介质多方式微量润滑两种润滑方式。其中，a、b、c分别代表三个不同的不同方向的切削力(即：X轴、Y轴、Z轴方向)。

图4为实验2基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验加工表面三维形貌结果。图4(a)为干切削加工表面三维表面形貌图；图4(b)为MQL1方式下的加工表面三维表面形貌；图4(c)为MQL2方式下的加工表面三维表面形貌。结果可以发现：本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统有效的减少表面粗糙度，提高了切削加工表面质量。

图5为实验2基于本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统的高速切削实验刀具磨损结果。图5(a)为干切削刀具磨损形貌图；图5(b)为MQL1方式下的刀具磨损表面形貌；图5(c)为MQL2方式下的刀具磨损表面形貌。结果可以发现：本发明的一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化系统有效的减少了刀具磨损，延长了刀具寿命。

实施例2

一种基于物理特性的介质混合高速切削微量润滑雾化装置，包括：润滑介质存储腔1、加热装置5、雾化喷嘴11，其特征是：所属润滑介质存储腔1的底部设置有加热装置5，所属润滑介质存储腔1顶部开口处通过细管与雾化喷嘴11相连。

实施例3

所述细管的直径为润滑介质存储腔1的最小直径的1/20～30。

实施例4

所述润滑介质存储腔设置有多组1、2、3、4，相互间通过所述细管相连通。

实施例5

所述细管上设置有阀门和/或流量计量装置。

实施例6

所述加热装置包括电加热器和相应的温控系统9。

实施例7

所述雾化装置还设置有射流控制系统10。

实施例8

一种基于物理特性的介质混合高速切削微量润滑雾化方法，将润滑介质部分雾化，使雾化气由大口径容器进入小口径管道形成带有压力的雾状射流，喷射在刀具切削区域。

实施例9

所述切削液雾状射流的压力为0.51Mp～0.60Mp。较高的射流压力可以更有效地降低刀具的温度(可适用于高温下、长时间的连续切削)，增强雾化粒子的渗透力，减少刀具前、后刀面与金属切屑的摩擦，起到润滑的效果，进一步提高刀具的耐用度、切削效率和表面的光滑度。同时，湿度的增加还能防止加工过程中粉尘的生成。

实施例10

一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化装置，包括：多个润滑介质存储腔(1、2、3、4)、多组对应的加热装置(5、6、7、8)、雾化喷嘴11；所属多个润滑介质存储腔(1、2、3、4)的底部分别设置有加热装置(5、6、7、8)，所述多个润滑介质存储腔(1、2、3、4)顶部开口端通过细管相连，所述细管还与雾化喷嘴11相连。

实施例11

所述细管的直径为润滑介质存储腔(1、2、3、4)的最小直径的1/20～30。

实施例12

所述所属润滑介质存储腔(1、2、3、4)顶部开口端设置有流量控制装置和/或流量计量装置。

实施例13

所述细管上设置有流量控制装置和/或流量计量装置。

实施例14

所述加热装置(5、6、7、8)包括电加热器和相应的温控系统9。

实施例15

所述雾化装置还设置有射流控制系统10。

实施例16

一种基于物理特性的多介质混合高速切削微量润滑雾化方法，将润滑介质部分雾化，使雾化气由大口径容器进入小口径管道相互混合并形成带有压力的雾状射流，喷射在刀具切削区域。

实施例17

实施例18

一种雾化切削装置，包括：刀具和实施例1-7、10-15任一所述的雾化装置。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

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该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
技术研发人员：张平;王优强;王立梅;王涛;王建;
技术所有人：青岛理工大学;
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