[发明专利]基于微细冰水混合介质的低温冷风射流绿色切削方法

说明书

技术领域

本发明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，属于绿色切削技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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，需要一套针对本发明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℃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。

本发明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；