专利名称：一种低能耗的低温复合喷雾切削系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工清洁生产技术领域，特别是涉及一种低能耗的低温复合喷雾切削系统。
背景技术：
机械加工中大量使用金属加工液(油性加工液和水溶性加工液)是为了达到润滑、冷却与洗净的效果。随着现代化加工业的高速发展，水溶性加工液(如乳化液、可溶液和溶解液)的大量循环使用，以及加工废液的大量排放，造成了严重的环境污染问题。加工液中不仅含有对人体有害的硫磺、磷、氯等元素的极压添加剂，而且含有表面活性添加剂， 当加工过程中混入细小切屑时，导致加工液中添加物难以分离，成为难于再回收利用的废液。要妥善处理这些切削废液，需要很多的处理设备和大量的处理费用。同时，高速加工中大量循环使用油性加工液(如矿物油和极压油)，使发生火灾的危险加大。随着世界对环境保护越来越重视，切削加工中大量使用加工液的加工方法将会受到种种限制，而加工液的适量化或者完全干式切削方法被希望能够应用于实际加工。较有代表性的为微量润滑喷雾切削技术和低温冷风切削技术。微量润滑喷雾切削技术，喷雾加工法是利用高压气流引导微量切削油对切削区进行喷雾润滑的加工方法。喷雾气流供给切削区，其中的微小油粒子会覆盖刀具、被切削材料和切屑，从而达到切削部的冷却和润滑的目的。作为给油方法，多使用两重软管。中心部的软管是用来将油泵供给的切削油送到喷嘴的前端，在喷嘴处被外层的高压气体所引导形成油雾供给切削部。现在喷雾加工法多使用植物性切削油，但由于其气化热小，微量油剂无法将大量切削热除去，因此在高速切削加工时，切削区的温度会急剧上升，使切削油蒸发而失去润滑机能。在切削加工中，影响刀具寿命最主要的因素是切削点产生的切削热。切削运动所需的能量大多用于被切削材料的变形、切断、产生切屑，以及刀具和加工表面产生的摩擦。而这其中的大部分将转变成热能，使被切削材料和刀具的温度上升。刀具温度上升会导致刀具切削刃的软化，从而使刀具磨损加速。在连续切削加工的场合，特别是对高温合金、钛合金特难加工金属的加工场合，因为切削区会产生大量热量，单纯使用微量植物性切削油将很容易导致切削区高温化。因此同时利用水和植物性切削油的复合喷雾加工法是实现了将水的冷却机能配合植物性切削油的润滑机能的加工方法。如果能把水温尽量降低， 同时把压缩空气的温度降低，效果会更加明显。低温冷风切削技术，低温风冷切削是采用低温冷风强烈冲刷加工区的一种方法。 它可以显着均勻地降低加工区、刀具及工件的温度，利用材料的低温脆性，使其在韧性降低、塑性减小的情况下完成切屑和工件的分离，有效地抑制刀具磨损，提高刀具耐用度，改善已加工表面的加工质量。气体的温度一般可控制在-10°C以下，因此有较强的冷却能力。 低温气体比液体更易进入切削区，以及刀具与切屑、刀具与工件的接触面，增加了冷却效果。这种加工工艺避免了使用切削液，但不具备有润滑性能，如能在冷风中供给微量高性能切削油，则改善效果更加明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，该低能耗的低温复合喷雾切削系统提出一种基于把无毒植物油润滑、低温液体汽化降温和低温冷风降温结合起来的能有效降温和润滑的绿色切削工艺技术，不仅保证了润滑效果，更显著提高了冷却效果；其低温液体和低温冷风的生产成本低， 设备制造成本低，且适用地域广泛，适用时间长，实现了南北不同地区高温和低温环境全天候使用。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，主要包括过滤减压阀、微细油雾发生装置、低温液体生产装置、低温冷风雾化装置、普通输送管和保温输送管，低温冷风雾化装置和微细油雾发生装置分别通过普通输送管连通过滤减压阀，微细油雾发生装置通过普通输送管连通低温冷风雾化装置，低温液体生产装置通过保温输送管连通低温冷风雾化装置。在上述技术方案中，所述微细油雾发生装置的内腔由隔板分开成为雾化室和沉淀室，在微细油雾发生装置上设置有微细雾化喷头和悬浮油粒子出口，微细雾化喷头设置在雾化室上部，悬浮油粒子出口设置在沉淀室上部，微型油泵和油量控制阀通过管道连通，管道上端连通微细雾化喷头，管道下端与微细油雾发生装置下侧部连接并与连通微细油雾发生装置的内腔底部相连通。进一步的，所述低温液体生产装置包括储液箱、半导体制冷或制热器、液量控制阀和保温输送管，储液箱通过管道连通半导体制冷或制热器，半导体制冷或制热器通过保温输送管连通液量控制阀，液量控制阀通过保温输送管连通低温冷风雾化装置。进一步的，所述半导体制冷或制热器包括不锈钢壳体、保温棉、半导体制冷片、半导体制热片和两个散热风扇，保温棉包住不锈钢壳体，半导体制冷片的制冷面紧密接触不锈钢壳体，半导体制冷片的制热面紧密接触散热风扇；半导体制热片的制热面紧密接触不锈钢壳体，半导体制热片的制冷面紧密接触散热风扇；在半导体制冷或制热器上设置有进液口和出液口。进一步的，所述低温冷风雾化装置包括涡流制冷器和雾化喷头，所述喷头包括固定片、油雾细管出口、水液细管出口、混合腔和出雾通道，油雾细管出口和水液细管出口分别通过固定片固定在喷头内；水液细管出口和水液细管连为一体，油雾细管出口和油雾细管连为一体，混合腔和出雾通道连在一起。更进一步的，所述水液细管出口比油雾细管出口更靠近喷头的出口。更进一步的，所述不锈钢壳体容纳液体的容量为100 200ml。本发明的有益效果是1、该低能耗的低温复合喷雾切削系统中的微细油雾发生装置产生适量的颗粒度不大于2 μ m的形同烟雾的干雾，并引至低温冷风雾化装置，同时低温液体生产装置利用半导体制冷原理生产低温水液体，并送至低温冷风雾化装置，低温冷风雾化装置利用涡旋制冷原理制造冷风和微细油雾发生装置产生的油雾混合成低温冷风油雾，低温冷风油雾作为气源对由低温液体生产装置送至的低温水液体进行雾化，即可产生颗粒度为100 μ m左右的水雾。根据油脂化学、界面化学反应原理，油分子具有亲水基(阴离子)和疏水基(阳离子)，油分子一个一个并排吸附在水的表面上。由于油分子的扩张性，成千上万个直径较小的油分子吸附的结果是使直径相对较大水分子表面上形成一层薄油膜。当低温油雾喷至切削区时，最初到达工件表面的油膜，起到充分的润滑和减磨作用，从而可产生良好的润滑效果。又由于低温水滴进入切削区后，吸收切削热后形成汽化中心，微小液滴迅速沸腾、汽化、气泡脱离，并且带动雾滴液体剧烈翻动，使雾滴进一步汽化，带走大量热量，细小水珠产生汽化相变，变成蒸汽，提高了散热能力。而油剂吸附在加工表面上，起到较好的润滑和防锈效果。同时，由于形成水滴的是由经过降温的低温水液体形成的，离水的汽化温度100°c比常温水的温差更大，从而吸收的热量更多。此外，低温冷风对切削区进行冲刷，起到冷风切削的作用。因此，降温作用有低温水雾汽化吸热、冷风直接降温和油膜降低磨摩热的三重降温效果相叠加，比普其它降温效果更为显着。该低能耗的低温复合喷雾切削系统提出一种基于把无毒植物油润滑、低温液体汽化降温和低温冷风降温结合起来的能有效降温和润滑的绿色切削工艺技术，不仅保证了润滑效果，更显著提高了冷却效果。 2、该低能耗的低温复合喷雾切削系统其低温液体和低温冷风的生产成本低，且设备制造成本低廉。3、该低能耗的低温复合喷雾切削系统适用地域广泛，适用时间长，实现了南北不同地区高温和低温环境全天候使用。4、该低能耗的低温复合喷雾切削系统将高性能纯油性植物油基切削油和经冷冻的低温纯净水及低温冷风形成细小油水复合雾，高速准确喷至金属切削区，实现了有效冷却和润滑的目的。5、半导体制冷片在技术应用上具有以下的优点和特点不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动和噪音；使用寿命长，安装方便；半导体制冷片具有两种功能，一面制热，另一面制冷。6、低温液体生产装置有如下特点功率小，耗电低； 既可制冷，也可制热，智能控制，全国各地均可全天候使用；使用乙醇冰点低和挥发降温的两大功能，事半功倍。7、涡旋制冷器靠压缩空气驱动，不需电力，纯机械结构，内部无化学物(无冷媒)，无污染可能；运行可靠，免维护，生产成本和使用成本很低，涡旋管内部无任何活动件、无磨损可能，寿命长达10年以上；体积小，重量轻，安装方便。8、在使用过程中， 水量和油量可以根据需要进行任意组合调节控制，使用非常方便。用于切削温很高的难加工材料切削时需强烈降温时，即可将水量适度调大；相反，当切削温度不高时，则可将水量适度调小。粗加工时，强调冷却性能，水量调大，油量调小；精加工时，强调润滑性能，油量调大，水雾调小。也可以实现一起用量大和量小。甚至，可关掉油或水中的一种，实现单一作用。因此，通过油量和水量的有意组合控制，可轻松实现润滑和冷却两种功能的所需的最佳效果。
图1是本发明的结构简图，A箭头表示压缩空气的流向，B箭头表示颗粒度不大于 2ym的形同烟雾的干雾的流向，D箭头表示低温液体的流向，E箭头表示颗粒度为IOOym 的油膜附水雾的流向；
图2是本发明中的微细油雾发生装置的剖视图，A箭头表示压缩空气的流向；
图3是本发明中的低温液体生产装置的结构简图，A箭头表示压缩空气的流向；
图4是本发明中的半导体制冷或制热器的剖视图5是本发明中的低温冷风雾化装置的剖视图6是图5中C区域的放大图。5
图1至图6中的附图标记说明1——普通输送管；2——过滤减压阀；3——低温冷风雾化装置；4——微细油雾发生装置；5——保温输送管；6——低温液体生产装置； 7——悬浮油粒子出口 ；8——沉淀室；9——隔板；10——混合油雾；11——雾化室；12—— 微细雾化喷头；13——大颗粒油雾粒子；14——油量控制阀；15——微型油泵；16——切削油；17——悬浮油粒子；18——储液箱；19——半导体制冷或制热器；20——液量控制阀；21——半导体制冷片；22——保温棉；23——不锈钢壳体；24——出液口 ；25——进液口 ；26——半导体制热片；27——散热风扇；28——喷头；29——柔性软管；30——连接器； 31——水液体入口 ；32——油雾入口 ；33——涡旋制冷器；34——消音器；35——出雾通道；36——混合腔；37——固定片；38——压缩空气入口 ；39——油雾细管出口 ；40——油雾细管；41——水液细管；42——水液细管出口。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。如图1所示，本实施例所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，主要包括过滤减压阀2、微细油雾发生装置4、低温液体生产装置6、低温冷风雾化装置3、普通输送管1 和保温输送管5，低温冷风雾化装置3和微细油雾发生装置4分别通过普通输送管1连通过滤减压阀2，微细油雾发生装置4通过普通输送管1连通低温冷风雾化装置3，低温液体生产装置6通过保温输送管5连通低温冷风雾化装置3。A箭头表示压缩空气的流向，B箭头表示颗粒度不大于2 μ m的形同烟雾的干雾的流向，D箭头表示低温液体的流向，E箭头表示颗粒度为100 μ m左右的油膜附水雾的流向。如图2所示，A箭头表示压缩空气的流向，另一条管道中的箭头表示切削油16的流向，所述微细油雾发生装置4的内腔由隔板9分开成为雾化室11和沉淀室8，在微细油雾发生装置4上设置有微细雾化喷头12和悬浮油粒子出口 7，微细雾化喷头12设置在雾化室11上部，悬浮油粒子出口 7设置在沉淀室8上部，微型油泵15和油量控制阀14通过管道连通，管道上端连通微细雾化喷头12，管道下端与微细油雾发生装置4下侧部连接并与连通微细油雾发生装置4的内腔底部相连通。隔板9跟微细油雾发生装置4的垂直的两侧和顶部密封接触，而底部离切削油16的油面留有5 IOmm的距离。微型油泵15把切削油 16抽出，并经油量控制阀14调节到所需量。切削油16和压缩空气进入微细雾化喷头12混合，由微细雾化喷头12喷出到雾化室11中。混合油雾10颗粒有大有小，而且在相对较大的雾化室11的空间中流速较慢，大颗粒油雾粒子13和粘在雾化室11内壁上的粒子由于重力作用沉淀至切削油16中，颗粒较小重量轻的油雾粒子从切削油16和隔板9之间的空间进入沉淀室8。进入沉淀室8的油雾，由于流速低和重力作用的同样道理，对悬浮油粒子17 和较重的大颗粒油雾粒子13进行再次筛选，较重的大颗粒油雾粒子13沉入切削油16中， 只有质量较轻的悬浮油粒子17能经悬浮油粒子出口 7进入输送管，最后被送至低温冷风雾化装置3。其中微型油泵15、油量控制阀14和微细雾化喷头12为市场上的通用产品，此处不作详述。如图3所示，A箭头表示压缩空气的流向，所述低温液体生产装置6包括储液箱 18、半导体制冷或制热器19、液量控制阀20和保温输送管5，储液箱18通过管道连通半导体制冷或制热器19，半导体制冷或制热器19通过保温输送管5连通液量控制阀20，液量控制阀20通过保温输送管5连通低温冷风雾化装置3。压缩空气经减压阀把压力降至合适的低压力(0.01 0.05MPa)后，进入储液箱18把液体压至半导体制冷或制热器19，制冷 (热)的液体经液量控制阀20调节至所需量，最后经保温输送管5被送至低温冷风雾化装置3进行雾化使用。该装置的技术关键在于半导体制冷或制热器19。该部件采用半导体制冷片作为冷(热)源。其中储液箱18用不锈钢制作，以防被锈蚀，并不得漏液漏气，能承受一定的压力(0. IMPa)。
如图4所示，进液口 25和出液口 M中的箭头分别表示其对应液体的流向，所述半导体制冷或制热器19包括不锈钢壳体23、保温棉22、半导体制冷片21、半导体制热片沈和两个散热风扇27，保温棉22紧密包住不锈钢壳体23，半导体制冷片21的制冷面紧密接触不锈钢壳体23，半导体制冷片21的制热面紧密接触散热风扇27 ；半导体制热片沈的制热面紧密接触不锈钢壳体23，半导体制热片沈的制冷面紧密接触散热风扇27 ；在半导体制冷或制热器19上设置有进液口 25和出液口 M。所述不锈钢壳体23容纳液体的容量为 100 200ml。由于复合喷雾系统使用的水液体量不大，每小时只需20 100ml，因此不锈钢壳体23容纳液体的容量为100 200ml即可，不用太大，以便制冷(热)速更快，不锈钢壳体23外面包保温效果好的保温棉22，防止不锈钢壳体23内外的热量进行交换。根据半导体制冷片一面制冷一面制热的特性，半导体制冷片21的制冷面紧密接触不锈钢壳体23， 制热面紧密接触散热风扇，这样即可取用制冷片的冷量；半导体制热片26的制热面紧密接触不锈钢壳体23，制冷面紧密接触散热风扇，这样即可取用制冷片的热量。不锈钢壳体23 并不得漏液漏气，能承受一定的压力(0. IMPa)，接触半导体制冷片21和半导体制热片沈的部位需保证很好的平整度，以保证不锈钢壳体23和接触半导体制冷片21的制冷面和半导体制热片26的制热面紧密接触。当液体由进液口 25进入不锈钢壳体23后，接受制冷或加温后，再由出液口 M流出，即可完成制冷或加热程序。可加装智能温度控制器，将不锈钢壳体23里面的水液体温设定在理想数值。举例说明，设定为所需温度为1 ;TC，可把装智能温度控制器的开始工作的温度设为0 4°C。当温度升至4°C时，半导体制冷片21开始工作进行制冷，一直工作至水温降至0°C ；而当温度降到0°C时，半导体制热片沈开始工作进行加热，一直工作至水温升至4°C。如此，在北方地区冬天温度达零下几十度时，都根据实际工部设置所需的合适温度，从而可以保证水液体不被冻结，而使用设备正常使用。而在南方地区，冬天温度都不会降至0°C以下的工作环境，可以不设制热用的半导体制热片26，只装半导体制冷片21即可。半导体制冷片21选用功率为60瓦的产品，该产品为家庭饮水机所用，价格最为低廉，并且耗电少。低温液体生产装置6所用水液体可以是纯净水，也可以是低浓度的水溶性植物油基切削液。使用切削液后，液体可以有较强的润滑性和防锈性，可对纯油性植物油基切削油的润滑性和防锈性起到加强的作用。此外，可以根据降温需要在液体中添加一定量的乙醇。乙醇，即为食用酒精，无毒，易挥发，能与水以任意比例互溶。纯乙醇的冰点为-117. 3°C，故在水中酒精含量越高，冰点就越低，其抗冻能力也就越强。乙醇型汽车防冻液就是采用乙醇与软水按不同比例混合，配制成不同冰点的防冻液。本发明专利申请利用乙醇冰点低和易挥发的功能，按一定的比例添加至水液体中，以达成如下两个功效其一、可将水液体的冰点由0°C降至更低，可使液雾温度更低，冷却效果更好；其二，乙醇具有快速的挥发性，挥发时带走大量的热量，降温效果非常显着，能把切削区的温度更好的降低。以下为发明人在实验室多次实验得出的纯净水配不同浓度的乙醇后的冰点数据
权利要求
1.一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于包括过滤减压阀O)、微细油雾发生装置G)、低温液体生产装置(6)、低温冷风雾化装置(3)、普通输送管(1)和保温输送管(5)，低温冷风雾化装置C3)和微细油雾发生装置(4)分别通过普通输送管(1)连通过滤减压阀O)，微细油雾发生装置(4)通过普通输送管(1)连通低温冷风雾化装置(3)，低温液体生产装置(6)通过保温输送管( 连通低温冷风雾化装置(3)。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于所述微细油雾发生装置的内腔由隔板(9)分开成为雾化室(11)和沉淀室(8)，在微细油雾发生装置(4)上设置有微细雾化喷头(1 和悬浮油粒子出口(7)，微细雾化喷头(1 设置在雾化室(11)上部，悬浮油粒子出口(7)设置在沉淀室(8)上部，微型油泵(1 和油量控制阀(14)通过管道连通，管道上端连通微细雾化喷头(12)，管道下端与微细油雾发生装置 (4)下侧部连接并与连通微细油雾发生装置的内腔底部相连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于所述低温液体生产装置(6)包括储液箱(18)、半导体制冷或制热器(19)、液量控制阀00)和保温输送管(5)，储液箱(18)通过管道连通半导体制冷或制热器(19)，半导体制冷或制热器(19)通过保温输送管( 连通液量控制阀(20)，液量控制阀00)通过保温输送管(5) 连通低温冷风雾化装置(3)。
4.根据权利要求3所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于所述半导体制冷或制热器(19)包括不锈钢壳体(23)、保温棉(22)、半导体制冷片(21)、半导体制热片06)和两个散热风扇(27)，保温棉02)包住不锈钢壳体( ),半导体制冷片的制冷面紧密接触不锈钢壳体(23)，半导体制冷片的制热面紧密接触散热风扇(XT)；半导体制热片06)的制热面紧密接触不锈钢壳体(23)，半导体制热片06)的制冷面紧密接触散热风扇(XT)；在半导体制冷或制热器(19)上设置有进液口 0 和出液口 04)。
5.根据权利要求1所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于所述低温冷风雾化装置(3)包括喷头( )，所述喷头08)包括固定片(37)、油雾细管出口(39)、 水液细管出口(42)、混合腔(36)和出雾通道(35)，油雾细管出口(39)和水液细管出口 (42)分别通过固定片(37)固定在喷头08)内；水液细管出口 02)和水液细管Gl)连为一体，油雾细管出口(39)和油雾细管00)连为一体，混合腔(36)和出雾通道(3 连在一起。
6.根据权利要求5所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于所述水液细管出口 G2)比油雾细管出口(39)更靠近喷头08)的出口。
7.根据权利要求4所述的一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，其特征在于所述不锈钢壳体03)容纳液体的容量为100 200ml。
全文摘要
一种低能耗的低温复合喷雾切削系统，属于机械加工清洁生产技术领域。本发明主要包括过滤减压阀、微细油雾发生装置、低温液体生产装置、低温冷风雾化装置、普通输送管和保温输送管。微细油雾发生装置包括隔板、雾化室、沉淀室、微型油泵和油量控制阀。低温液体生产装置包括储液箱、半导体制冷或制热器、液量控制阀和保温输送管；低温冷风雾化装置包括产生冷风的涡流制冷器和喷头，喷头包括固定片、油雾细管出口、水液细管出口、混合腔和出雾通道。本发明将高性能纯油性植物油基切削油和经冷冻的低温纯净水及低温冷风形成水滴上覆盖一层薄油膜的低温复合型油水雾，高速准确喷至金属切削区，实现有效冷却和润滑的目的。
文档编号B23Q11/10GK102501132SQ201110442709
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者熊伟强 申请人:东莞市安默琳节能环保技术有限公司