[发明专利]测试亚干式冷却条件对材料表面质量影响的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造金属切削工艺技术领域中的一种实验装置及其方法，具体涉及一种测试亚干式冷却条件对材料表面质量影响的装置及其方法。

背景技术

金属材料切削时，会产生大量的切削热，从而使切削区的切削温度升高、切削力增加，刀具磨损加剧，整个切削过程变得困难，并最终影响被加工零件的表面质量、尺寸精度和零件加工的生产率等。因此在切削加工中往往需要增加冷却液进行冷却切削，改善切削环境达到提高零件加工表面质量的目的。

目前的切削冷却工艺方法主要是使用切削液进行冷却切削，在一般机床上装有冷却泵、冷却液箱体、冷却液喷嘴及其软管；在金属切削需要冷却时，开动冷却泵，冷却泵工作并将冷却液箱体中的冷却液通过管路泵送到喷嘴，打开喷嘴后一定压力的冷却液冲刷零件被切削区域周围，起到冷却刀具、工件的作用；冷却刀具、工件后的切削液溅落在机床底盘后回流至冷却液箱体，如此往复保证了切削冷却过程不断。这种工艺方法的缺陷是：1、由于被切削材料加工难易程度不一样，为满足切削时冷却的需要，操作者仅仅凭经验来调整阀门开关，控制冷却液流量的大小，从而控制切削液的冲刷量；2切削液中切屑粉末的反复夹带不利于精密加工；3、对环境造成一定的污染、环境保护工作使生产成本提高。

近期，在国内外部分数控机床或加工中心中采用环境空气、微量润滑油和冷却液相结合雾化的方法，即亚干式方式进行冷却切削的工艺。该方法以“绿色”为其主要特征，减少了环境污染，提高了冷却效率，工艺的集约性得到了显著加强。

但是，在采用亚干式方式进行冷却切削时，存在以下问题：针对不同的材料，究竟应该如何设定冷却条件和相关的参数，才可以使得冷却效果最佳并且材料表面质量最好？如何确保被加工零件的尺寸精度、尺寸稳定性？现有技术中，完全是在零件加工开始后依赖人为主观判断以及个人有限的经验现场调节冷却条件和相关参数，所以加工出来的零件质量参差不齐。有时候在加工过程中，由于不断调整和尝试最佳参数会造成大批工件的报废，不但浪费原材料，而且大大增加了企业生产成本。

所以，亟需研究开发一种新的装置和方法，在加工开始前就能测试出该材料最佳的冷却条件和参数，然后将这些条件和参数固定下来后再进行实际加工。试验研究亚干式不同冷却条件对材料表面质量的影响。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种测试亚干式冷却条件对材料表面质量影响的装置及其方法，能够揭示亚干式不同冷却条件对材料表面质量影响规律，指导工业应用。

技术方案：为实现上述目的，本发明的测试亚干式冷却条件对材料表面质量影响的装置，包括试件、用于固定试件并模拟切削热的电阻炉、气体冷却装置和液态介质冷却装置，所述气体冷却装置依次包括空气压缩机、安全阀、空气过滤器、截止阀、温度调节器、第一调节阀、气体流量计、气压表、温度表和空气干燥管，所述空气干燥管末端连接第一喷嘴；所述液态介质冷却装置依次包括液态介质、第二调节阀、液体流量计和液态介质管路，液态介质管路末端分支后分别连接第一喷嘴和第二喷嘴，液态介质管路与第一喷嘴和第二喷嘴分别设有第一开关和第二开关。

所述液态介质并非仅指油基与水基切削液、润滑油，而是泛指具有冷却及微量润滑作用、能用于亚干式切削的一切介质，包括水、植物油等。(冷却液包括水、植物油)。所述试件为两同轴圆柱体，包括上圆柱体和下圆柱体，所述下圆柱高为17.5mm直径为10mm；上圆柱高为2.5mm，直径为14mm；同时在上圆柱侧面铣两对称平面，铣入深度为1.5mm。。本发明中的液态介质管路、干燥管和阀门、喷嘴等部件可以吊装在支架上。

本发明中的电阻炉还可以是其他能够模拟工件被连续切削时不间断产生切削热的装置，例如该装置包括测温热电偶、温控仪器、根据需要持续供热炉、试件安放腔体等组成。此外，本发明可以配合使用一套每秒自动采集50次数据并处理的数据采集处理装置，包括温度测量传感器、显示器、操作平台、数据处理中心器件等。

本发明还公开一种基于上述测试亚干式冷却条件对材料表面质量影响的装置的方法，包括以下步骤：

(1)将试件安装在持续供热的电阻炉上，设定电阻炉温度，使试件表面温度达到初始设定温度；

(2)打开空气压缩机，调节温度调节器，使喷出气体的温度达到实验预定温度；调节气体流量计，使气体压力达到实验预定压力，调整第一喷嘴，使第一喷嘴垂直于试件端面；

(3)选择打开第一开关或者第二开关，调节液体流量计，使液态介质的流量达到实验设定计量；