一种用于低温切削加工的低温系统及其使用方法与流程

本发明涉及低温加工技术领域，特别是涉及一种用于低温切削加工的低温系统及其使用方法。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，难加工材料如高温合金、高强度钢、钛合金等广泛应用于航空、航天领域。难加工材料大多具有高温强度、高温硬度、抗腐蚀、抗氧化、耐热性好等优异的性能。但与优异的物理性能相伴的是切削加工的困难性。难加工材料在切削加工时，切削力较大，切削温度高，刀具的寿命低导致加工的成本居高不下。而且切削液会造成大量的污染，在现在倡导“绿色制造”的大背景下，绿色加工显得尤为重要。由于难加工材料的切削困难性，导致刀具磨损增加，对加工的工件的表面质量也会有所影响。刀具的剧烈磨损甚至限制了一些具有优秀切削性能的刀具如金刚石刀具在黑色金属加工领域的使用。针对上述问题，低温切削加工技术脱颖而出，低温切削加工技术可以有效降低切削区的温度，增加刀具寿命，提高工件的表面质量。但低温切削加工过程中，存在液态二氧化碳不稳定，喷口处的温度压力不确定的问题，导致冷却效果无法控制，工件的表面质量和刀具寿命无法保证。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于低温切削加工的低温系统及其使用方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于低温切削加工的低温系统，包括：外冷喷口、内冷车刀、低温监控子系统以及通过管路连接的储气子系统和调压稳压子系统，其中，所述调压稳压子系统的输出端用于通过转接头与所述外冷喷口或所述内冷车刀连接；

所述储气子系统中存储有高压液化气体，用于切削过程中的冷却；

所述内冷车刀包括刀柄和刀片，所述刀柄中开设有用于将高压液化气体输送至所述刀片附近位置的通道以及位于所述刀片附近位置的喷口；

所述低温监控子系统包括记录装置以及与所述记录装置电连接的传感器组件，所述记录装置用于记录所述传感器组件采集到的传感信息，所述传感器组件包括压力传感器、第一温度传感器以及第二温度传感器；所述压力传感器以及所述第一温度传感器安装于与所述调压稳压子系统输出端连接的输出管路中，分别用于监测输出管路内液体的压力及温度；所述第二温度传感器安装于所述刀片上，用于监测所述刀片的温度。

可选的，所述低温系统还包括分流块，所述分流块安装于所述输出管路中，所述压力传感器和所述第一温度传感器安装于所述分流块中。

可选的，所述刀片上开设有孔，所述第二温度传感器安装于所述孔中。

可选的，所述传感组件还包括重量传感器，所述重量传感器位于所述储气子系统中储气罐的下方，用于监测所述储气子系统中储气罐的重量。

可选的，所述调压稳压子系统包括减压阀和针阀，所述减压阀通过高压软管与所述储气子系统的输出端连接，所述针阀用于对所述减压阀减压后的液体进行流量调节和压力调节。

可选的，所述储气子系统包括若干储气罐、汇流排、子闸阀和总闸阀，所述汇流排将各储气罐并联在一起，所述总闸阀安装于所述汇流排的主管道出口处，所述子闸阀安装于所述汇流排的支路上。

可选的，所述低温监控子系统还包括安装于所述储气子系统与所述调压稳压子系统之间的压力表，所述压力表用于监测主管道的开关状态。

可选的，所述储气罐为二氧化碳钎管储气罐。

可选的，所述记录装置为无纸记录仪。

本发明还提供了一种低温系统的使用方法，包括：

将内冷车刀安装在机床刀盘夹具上；打开储气子系统的闸阀，调节减压阀至设定位置，通过针阀微调，将第一温度传感器和第二温度传感器处的温度值以及压力传感器处的压力值调至设定的范围；

或

采用外冷喷口对准工件的切削区进行冷却降温。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的低温系统通过在车刀的前端管路中设置压力传感器、温度传感器，以及在车刀上安装压力传感器，实现了对车刀供液温度、压力以及车刀温度的实时监测，进而，可以通过调压稳压子系统对车刀的供液温度以及压力进行调控，保障车刀的温度或是喷口的温度的稳定性，使冷却效果得到有效的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的低温系统的结构示意图；

其中，1、二氧化碳钎管储气罐，2、子闸阀，3、汇流排，4、压力表，5、减压阀，6、针阀，7、分流块，8、压力传感器，9、第一温度传感器，10、转接头、11、内冷车刀，12、第二温度传感器，13、无纸记录仪，14、重量传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种用于低温切削加工的低温系统，如图1所示，该系统包括外冷喷口、内冷车刀11、低温监控子系统、通过管路连接的储气子系统和调压稳压子系统，其中，调压稳压子系统的输出端通过转接头10与外冷喷口或内冷车刀11连接。储气子系统中存储有高压液化气体，用于切削过程中的冷却，该高压液化气体优选为二氧化碳液化气体。内冷车刀11包括刀柄和刀片，刀柄中开设有用于将高压液化气体输送至刀片附近位置的通道以及位于刀片附近位置的喷口。当转接头与内冷车刀连接时，低温系统用于对车刀的刀片进行冷却，为内冷方式，当转接头与外冷喷口连接时，低温系统用于通过外冷喷口对切削区进行冷却，为外冷方式。低温监控子系统包括记录装置以及与记录装置电连接的传感器组件。记录装置用于记录传感器组件采集到的传感信息，优选为无纸记录仪。传感器组件包括但不限于压力传感器8、第一温度传感器9以及第二温度传感器12，其中压力传感器8以及第一温度传感器9安装于与调压稳压子系统输出端连接的输出管路中，分别用于监测输出管路内液体的压力及温度；第二温度传感器12安装于刀片上，用于监测刀片的温度。

本实施例提供的低温系统的输出管路上安装有分流块7，为压力传感器8以及第一温度传感器9提供安装空间。具体的，分流块是长方形块状金属，在其前后面上各有一个螺纹孔与其内通道相连(相当于通孔两端有螺纹)，在分流块的顶面有三个螺纹孔与通道相连(垂直于内设通道)，前面的螺纹孔与针阀的输出端通过螺纹连接，后面的螺纹孔与转接头通过螺纹相连，压力传感器和第一温度传感器通过螺纹安装在顶面其中两个螺纹孔上，剩下的一个螺纹孔用螺钉堵住。

在实际的应用中，储气子系统可以具体包括：二氧化碳钎管储气罐1、汇流排3和压力表4，如图1所示，汇流排3能够把若干瓶二氧化碳钎管储气罐1并联起来，压力表4安装在汇流排3的主管道出口处。

在实际的应用中，调压稳压子系统可以具体包括：减压阀5和针阀6，减压阀5通过高压软管和压力表4连接在一起，针阀6安装在减压阀5的后面，分流块7安装在针阀6后面，转接头10安装在分流块7的后面。

在实际的应用中，低温监控子系统可以具体包括第一温度传感器9、第二温度传感器12、压力传感器8、重量传感器14以及无纸记录仪13，压力传感器8和第一温度传感器9安装在分流块7上，第二温度传感器12安装在内冷车刀11的刀片上，无纸记录仪13和压力传感器8、第一温度传感器9、第二温度传感器12、重量传感器14相连。重量传感器14安装在二氧化碳钎管储气罐1下面。

作为本实施例的一种实施方式，各构件之间可以采用以下方式进行连接：二氧化碳钎管储气罐1和汇流排3通过卡套接头连接，压力表4和汇流排3通过卡套接头连接，高压软管和压力表4采用螺纹连接，高压软管和减压阀5通过卡套接头连接，减压阀5和针阀6通过螺纹连接，针阀6和分流块7通过螺纹连接，压力传感器8和分流块7通过螺纹连接，第一温度传感器9和分流块7通过螺纹连接，转接头10和分流块7通过螺纹连接，内冷车刀11和转接头10通过螺纹连接，第二温度传感器12和内冷车刀11通过孔隙连接，二氧化碳钎管储气罐1放在重量传感器14的支撑板上，压力传感器8、第一温度传感器9、第二温度传感器12和重量传感器14通过电线和无纸记录仪13相连。

在本实施例中，为了控制每个二氧化碳钎管储气罐1的开关，汇流排3每个支路上都设有一个子闸阀2，为了控制主管道的开关，汇流排3主管道设有一个总闸阀。压力表4设在总闸阀后面，便于观测主通道的开关状态。减压阀5设在喷口的附近，针阀6之前，便于将通过高压软管输送的液态二氧化碳的流量压力进行稳定，再继续输送。针阀6设在减压阀5后面，便于通过微量地调节管道内的流量和压力大小。分流块7安装在针阀6之后，转接头10之前，为安装压力传感器8和第一温度传感器9提供安装空间，压力传感器8和第一温度传感器9对内冷车刀11前管道内的温度压力进行监测，转接头10和分流块7相连，便于内冷方式和外冷方式的切换，内冷车刀11的刀柄内设有输送二氧化碳到刀片附近的通道和喷口，可以将二氧化碳通过内冷通道喷到刀具前刀面和后刀面，有利于节省空间，稳定冷却效果，或者在没有内冷车刀情况下，采用外冷方式，将二氧化碳喷到切削区。第二温度传感器12安装在内冷车刀11的刀片上，用来监测刀片的温度状态，重量传感器可以监测流量变化。无纸记录仪13和压力传感器8、第一温度传感器9、第二温度传感器12和重量传感器14通过电线连接，将传感器信号转换显示出来，并按固定的频率采集记录下来。

在本实施例中，二氧化碳钎管储气罐1内设有直达底部的钎管，二氧化碳钎管储气罐1下方的液态二氧化碳在压力的作用下通过钎管输送到管道中，内冷车刀11的刀片下方开设有1mm的小孔，到切削区附近，把第二温度传感器12插到小孔里，监测切削区附近刀片的温度。

本发明提供的低温系统的使用方法如下：

情形一：采用内冷方式时

将内冷车刀安装在机床刀盘夹具上；打开储气子系统的闸阀，调节减压阀至设定位置，通过针阀微调，将第一温度传感器和第二温度传感器处的温度值以及压力传感器处的压力值调至设定的范围，具体的，可以通过调整减压阀和针阀，使压力传感器的压力值在1mpa左右，第一温度传感器的温度值在-10℃到-20℃，第二温度传感器的温度值在-60℃左右。

以gcr15轴承套圈(62～64hrc)为例，其硬度大，使用emagvl2倒立式车床进行车削加工，采用本发明的低温系统对其进行冷却，具体包括如下步骤：

步骤一、将内冷车刀安装在机床刀盘夹具上，并将轴承套圈安装在机床膨胀芯轴夹具上，操作机床进行对刀操作。

步骤二、将轴承套圈移开一段距离，然后打开汇流排主管道的闸阀，调节减压阀至合适的位置，通过针阀微调，把无纸记录仪的相关温度压力参数调至想要的范围，关闭汇流排主通道闸阀。

步骤三、打开机床，运行程序之前打开主管道闸阀，对工件进行30s预冷处理，以保证加工过程中工件冷缩值不再变化。

步骤四、将预冷值修改到机床程序里，运行机床程序，进行低温切削的加工。

情形二：采用外冷方式时

当不采用本发明低温系统中的内冷车刀时，可以将本发明提供的低温系统中的外冷喷口对加工工件的切削区，以实现在加工过程中对切削区的冷却。

切削加工时，本发明提供的低温系统可对难加工材料的工件进行预冷，在切削过程中降低切削区的温度，喷射的二氧化碳可辅助断屑，最终得到切削加工后的零件。本发明不仅能够提高切削加工的切削效率和加工精度，还能降低刀具的磨损，延长刀具的使用寿命。在低温切削加工过程中，本发明使操作人员可以对二氧化碳的冷却效果进行监控，稳定二氧化碳的冷却能力，提高工件的表面质量，能够有效低温切削加工过程中，存在液态二氧化碳不稳定，喷口处的温度压力不确定的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。