[发明专利]一种雾化冷等离子体辅助切削的方法

说明书

本发明提供了一种雾化冷等离子体辅助切削方法，在大气压下由冷等离子体发生器产生的等离子体射流与雾化的冷却润滑介质混合喷射到加工区域。雾化冷却润滑介质比传统冷却液更易发生相变，传热效率较高，等离子体射流又可快速改变材料表面亲水性，且含液等离子体具有更高的亲水改性效率，使雾化冷却润滑介质很容易进入切削接触区域，改善切削区刀具和工件接触界面的冷却润滑特性，大幅降低切削温度，减少刀具磨损，减小切削温度带来的加工硬化和表面损伤，从而提高已加工表面质量和表面完整性，增加刀具寿命。

技术领域

本发明涉及一种雾化冷等离子体射流辅助切削的方法，属于切削工艺技术领域。

背景技术

金属或非金属材料切削过程中，由于工件与刀具间气障层、蒸汽层阻碍，以及新生表面的疏水性，使得冷却介质较难进入切削区域，导致冷却介质冷却润滑效果有限，特别是加工钛合金、镍基高温合金、纯铁等难加工材料，会产生大量切削热，影响加工表面完整性。因此如能通过特殊方法将冷却介质进入到切削接触区深部，则有望提高冷却介质的冷却润滑效果，提高加工表面完整性。

公开号为CN103789716B的专利提出裸电极放电等离子体射流可快速对固体表面进行高效率的亲水性改性，且不会改变表面结构。如在切削过程中，灌注冷却介质的同时，对切削区使用等离子体进行实时改性，则可快速提高切削界面刀具、工件表面的亲水性，使冷却介质易于进入切削区深部，以降低切削接触区温度。

公开号为CN102059350A的专利通过电晕放电或辉光放电产生等离子体射流进行辅助切削，等离子体射流中包含的活性粒子可减小工件表面的塑性变形抗力，降低摩擦系数，能有效降低切削力，减缓刀具磨损，且无需冷却液。但此类等离子体射流的宏观温度仍为室温或高于室温，仍难达到传统冷却液浇注方式所达到的冷却润滑效果。尤其是磨削、铣削等冷却润滑环境较为恶劣的切削方式，由于刀具与工件之间的接触面积较大，切削速度更高，切削接触区热量很难在不借助冷却液的工况下对外传导，容易发生切削温度过高所产生的一系列问题。因此，仅使用CN102059350A所述方法进行冷却润滑难实现理想效果，易导致工件表面烧伤。

与传统油类冷却液相比，雾化冷却介质更易发生相变，传热效率较高，且对环境无污染。另外，如将雾化冷却介质混入冷等离子体射流发生装置中，可提高冷等离子体射流中羟基、氧原子等强氧化性活性粒子浓度，提高射流对切削区域冷却润滑特性、润湿性的调控效率。

因此，如在冷等离子体射流辅助切削过程中引入雾化冷却介质，则冷等离子体射流在快速调控切削接触区亲水特性的同时，诱导雾化冷却介质进入切削接触区深部，可实现较佳的冷却润滑效果，特别对于难加工材料的车削、磨削、铣削等切削中实现高效低损伤加工有重要意义。

发明内容

本发明提出了一种雾化冷等离子体辅助切削的方法，利用大气压冷等离子体射流和雾化的冷却润滑介质作为切削用混合冷却润滑介质，可充分利用等离子体射流对材料表面的润湿性改性效果，及雾化的冷却润滑介质的较强对流传热能力，大幅降低切削温度，减少刀具磨损，减小切削温度带来的加工硬化和表面损伤，从而提高已加工表面质量和表面完整性，增加刀具寿命。

本发明的技术方案：

一种雾化冷等离子体辅助切削的方法，采用大气压冷等离子体射流与雾化的冷却润滑介质混合辅助切削加工；辅助切削加工设备包括冷等离子体射流发生装置和雾化冷却介质发生装置；冷等离子体射流发生装置包括高压电源、工作气源、减压阀、流量计和等离子体电极；雾化冷却介质发生装置包括气路单向阀和雾化的冷却润滑介质引入导管；

冷等离子体射流发生装置中的高压电源的高压输出端、低压输出端分别与等离子体电极相连；工作气源经减压阀及流量计分别调整压力和流量后接入等离子体电极；等离子体电极的喷嘴处喷射出均匀的冷等离子体射流；