【背景技术】
气雾(气体中含有的液体微粒)在例如医学领域中的吸入器、日常生活领域的加湿器、洗涤或涂料剂等各种技术领域中得到广泛应用。另外,气雾还用于工作机械的工具或被加工物体的冷却和润滑。
例如,在机械加工中,工具(例如铣刀)在高速切削被加工物体时,由于彼此之间较大的摩擦力作用,常常产生大量的热。因此,有必要使用冷却润滑剂来减小这些部件间的摩擦,并同时冷却切削过程中产生的高温。
传统的冷却润滑方式是在加工时向加工点喷射较多量冷却润滑剂(又称切削液)。但在这种情况下,一方面,当切削速度愈高时,添加大量冷却润滑剂会造成切屑过度卷曲,使得最高温度接近刀尖,对刀具寿命会有不利影响;若是在如铣削类的周期性间断切削加工过程中,大量的冷却润滑剂会使刀具承受较大的热应力变化,较易造成热裂痕的情形;另一方面,过剩供给的冷却润滑剂在机床周围飞散,使作业环境恶化并造成污染,而且需要复杂且高成本的方法处理过剩的冷却润滑剂。
为了解决上述切削缺点且兼顾环保要求,微量润滑(MinimumQuantity Lubrication,简称为MQL)方式应运而生,其冷却润滑方式是将空气与微量润滑油混合后,再由自动控制喷嘴将混合后的油气以高压雾化方式喷到切削点。
例如,2004年9月1日公开的中华人民共和国发明专利公开第CN1524626A号揭示了采用微量润滑方式的传统气雾生成装置,其包括接受来自气体供给源20的气体和容器1内液体2的供给后生成气雾并喷射到容器1内的喷射器11、将容器1内的气雾从容器1导出的导管9、与导管9连通的运载气体喷出口8,以及在从气体供给源20向喷射器11供给气体的气体供给通路上设置的第一减压阀22,及在从气体供给源20向运载气体喷出口8供给运载气体的运载气体供给通路上设置的第二减压阀28。通过调节第一减压阀22来控制自气体供给源20向喷射器11供给气体的二次侧压力,而第二减压阀28(可采用定比减压阀或定差减压阀)控制第一减压阀22的二次侧压力,使二次侧压力自动调节并减压到一定比例的压力,这样不需要对运载气体喷出口的运载气体供给压力进行复杂调节,并提高其使用方便性。
然而,在冷却润滑剂与加压空气雾化过程中,常常伴随产生粒径较大的气雾并藉运载气体喷射到刀具上,一方面,粒径不同的气雾喷射时,造成刀具表面受力不均,易损害刀具;另一方面,粒径较大的气雾大量喷射后,久之,亦会污染加工环境。在第CN 1524626A号中,其采用在喷射器11出口13下方设置圆锥形偏转体14的方式来解决此问题。首先,粒径较大的气雾与偏转体14具有阶差结构的表面碰撞后附着其上,后续自喷射器11喷射的气雾流,在具有阶差结构的偏转体14的表面高速流动并粉碎粒径较大的气雾,使之形成粒径微小的气雾。
但是,一方面,由于偏转体14圆锥面的表面积限制,自液体供给通路7吸引到喷射器11的粒径较大油液无法全部在偏转体14阶差结构表面受到冲击并粉碎成粒径微小的气雾,另一方面,附着偏转体上粒径较大的气雾在一次冲击并粉碎后,仍有可能粒径较大并被直接输送至导管9后喷射出。
所以,有必要设计一种新的气雾生成装置以解决上述问题。
【具体实施方式】
图1所示为本发明气雾生成装置1的原理结构图。该气雾生成装置1包括容纳例如供给油等液体冷却润滑剂6的的容器2(比如可储存油液的油箱,在本实施例中,冷却润滑剂6为油液)、安装于容器2上并接受来自气体供给源3的气体和容器2内的油液6的供给后生成气雾并喷射到容器2内的雾化器4,及将所述容器2内的气雾从容器2导出的导管5。
该容器2构成由盖体29覆盖的压力容器,在形成于油源上方空间内,雾化器4固定在盖体29上并接受加压空气(气体)和油液(液体)的供给。所述雾化器4设置有第一进气孔11及位于第一进气孔11周围的第二进气孔12。在容器2内设置有与雾化器4之第一进气孔11及第二进气孔12相通的雾化室7,雾化器4在其下方出口将加压空气和油液混合并在雾化室7内形成气雾以进行喷射。该雾化室7将容器2空间分隔并形成位于油液6以上的气雾沉淀室8。所述雾化室7在其底部形成有若干直径较小的孔隙(未图示)以便雾化室7内粒径较大的气雾可以溢出并流入油液6中,在其周边形成若干有倒L形通道70,所述通道70与气雾沉淀室8相通用以接受雾化室7内充足风量及浓度的气雾并自导管5导出。在本实施例中,除了底部孔隙及L形通道70,雾化室7的侧壁及底壁为封闭式结构。另外,所述导管5与容器2的气雾沉淀室8相通,而不直接与雾化室7相通。
对雾化器4的气体(加压空气)供给是自气体供给源3开始,通过内部设置有调压阀20、压力计(未图示)、位于调压阀20下流侧的电磁阀30、50及油量调节阀40的总气体供给通路10进行。调压阀20起到控制从气体供给源3供给气体的二次侧压力,即通过调节调压阀20可以增加或降低气体供给源3气体的压力,以导出合适流速的供给气体。压力计可以表征经过调压阀20调压后的气体压力。所述电磁阀30用于气雾生成装置1的运转和停止操作,根据需要也可以采用手动阀。气体自气体供给通路10传送并通过第一进气孔11输入雾化器4内。所述电磁阀50用以控制气雾生成装置1的加油状态。
此外,在电磁阀50与容器2之间总气体供给通路10形成分支,并因此形成一运载气体供给支路13,所述运载气体供给支路13一端与电磁阀50相连,另一端与容器2的盖体29连通,并通过雾化器4上第二进气孔12与雾化室7相通。在优选实施例中,第二进气孔12至少三个,并呈等边三角形架构位于第一进气孔11周边,所述第二进气孔12孔径较第一进气孔11大。
油液6与第一进气孔11之间形成有一油液供给通路14,所述油液供给通路14一端连接油液过滤器17,用以过滤经由油液供给通路14至第一进气孔11的油液6。参图1所示,在本实施例中,第一进气孔11形成有一分支以便与油液供给通路14相连。
在使用本气雾生成装置1,进行工作机械的工具或被加工物的冷却和润滑时,首先启动电磁阀30以使气雾生成装置1运转,然后根据需求调节电磁阀50,使之处于第一状态,即加油状态,或第二状态,即气雾生成状态。
当调节电磁阀50使之切换到加油状态时,气体自气体供给源3输入至气体供给通路10,并在电磁阀50下流侧分流到加油气体供给支路上101上。当使用者将储油油壶102配接到气雾生成装置1上时,自加油气体供给支路101上的气体输入至储油油壶102内,油液藉气体压迫及自身重力作用,输入到容器2盖体29上的输油口21并流入容器2内中。在电磁阀50下流侧设置有节流阀103,以调节加油气体供给支路101上气体流速。而在盖体29的输油口21的上、下流侧设置有油液过滤器104、22以防止储油油壶102内杂质输入容器2内,及单向阀103,以避免在气雾生成状态气雾自盖体29的输油口21溢出气雾生成装置1外。输油完毕后,取下储油油壶102,输油口21锁紧,并切换至气雾生成状态。在本一优选实施例中,电磁阀50在输油完毕后自动切换至气雾生成状态,当然,当输油完毕,亦可手动切换电磁阀50使之切换至气雾生成状态。
气体经由气体供给源3输入,途经气体供给通路10上的调压阀20、电磁阀30及电磁阀50,并藉调压阀30调节至合适气压。随之,在电磁阀50后分支成两支流,其中第一支流为油量控制气体供给支路16,通过调节该支路16上的油量调节阀40以选择合适的气体流速。另一支流即为所述运载气体供给支路13,通过调节该支路13上的气量调节阀70以选择合适的运载气体流速。
气体途经第一支流,输入油量控制气体供给支路16后,输入至雾化器4第一进气孔11内。加压空气在通过雾化器4下方出口时,横截面积增大致使第一进气孔11与容器2内产生压差,油液6通过油液供给通路14被压入雾化器4的第一进气孔11内。雾化器4在其下方出口将加压空气和油液6混合成气雾喷射入雾化室7内。
由于雾化器4下方出口限制,所述气雾喷射到雾化室7形成圆锥形喷射面,粒径较小的气雾浮游在雾化室7内,粒径较大的则在雾化室7内壁碰撞后附着其上。当然,随着雾化器4喷射出的气雾冲击及自身重力的作用,附着雾化室7内壁上的液滴会逐渐滑流,并通过雾化室7下方的孔隙渗出到油液沉淀室8,落入到容器2内油液6中。在本实施例中,加压空气及油液在第一进气孔11混合并经由雾化器4喷射至雾化室7雾化,可定义为第一次雾化。
在气体途经第一支流的同时,气体亦分流到第二支流,并通过调节气量调节阀70后,增大气流流速。加压空气经由运载气体供给支路13后输入到与第一进气孔11平行的第二进气孔12。该加压空气自第二进气孔12向雾化室7内喷射,对雾化室7内经由第一次雾化后的气雾进行冲击,使雾化室7内粒径较大的气雾受到粉碎使之形成粒径较小的气雾,此可定义第二次雾化。
第二进气孔12可根据需要,设置适量数目及出口方向。在本优选实施例中,因第二进气孔12孔径较第一进气孔11大,并且与第一进气孔11平行,从而可以有效针对雾化室7内气雾进行喷射并使第一次雾化后的气雾大致都会受到第二次雾化。当然,在另一实施例中,第二进气孔12亦可与第一进气孔11非平行设置,以便自第二进气孔12喷射气体尽可能冲击雾化室7内的气雾。
二次雾化后混合均匀的气雾在自第二进气孔12输入的运载气体的作用下,经由与油雾沉淀室8相通的倒L形通道70输送到油液沉淀室8。由于雾化器4及第二进气孔12喷射的气体压力与外界具有一定压差,压迫油液沉淀室8内的适量浓度气雾,经由导管5喷射到加工点上,从而可进行良好加工。
需要注意的是,本发明采用两支流,第一支流设置油量调节阀40可控制雾化器4喷出油量的大小。当雾化器4喷出油量过低时,调节油量调节阀40,使输入空气流速增大,雾化器4内与雾化室7内压差增大,压迫油液6以更快的流速自油液供给通道14输送至第一进气孔11。反之,当雾化器4喷出油量过高时,亦可调节油量调节阀40,使输入空气减速,雾化器4内与雾化室7内压差减小,促使油液以较小流速供给至第一进气孔11。
第二支流设置气量调节阀70,可控制运载气体的流速大小。当观察导管5喷射到加工点上的气雾流速过低或粒径较大时,调节气量调节阀70,使输入空气加速,通过第二进气孔12的加压气体喷射至雾化室7内,一方面加强二次雾化效果,使雾化室7内粒径较大气雾更彻底粉碎并形成浓度合适的气雾,另一方面,通过第二进气孔12的加压气体(另一方面承担运载气体的功能)流速增大,压迫雾化室7内气雾以更高的流速输送至油液沉淀室8,随之由导管5输送至气雾喷出口喷射到加工物体。反之亦然。
通过分别设置气量调节阀70和油量调节阀40,可以选择恰当的油液及气量比例,使雾化室7内的气雾达到充足风量及浓度的气雾。在雾化室7内的油液和气体经过雾化器4的第一次雾化及运载气体的第二次雾化,粒径较大气雾完全粉碎或滑落至油液6中,油液沉淀室8内的二次雾化的气雾浓度均匀并喷射到加工物体。雾化室7的设置亦有利混合的气体及油液先在有限空间内雾化,避免空间太大,雾化不完全。
另,在运载气体供给支路13上气量调节阀70下流侧设置有调压阀139,用以控制第一支流及第二支流中气体压力,使运载气体供给支路13内调压阀139下流侧运载气体压力小于油量控制气体供给支路16油量调节阀40下流侧的气体压力。换言之,先前调节调压阀139,使调压阀139下流侧的运载气体压力必须小于油量调节阀40下流侧后的气体压力一定量,当两者压力之差大于此定量时,正常工作;反之,当小于此定量时,启动报警。换言之,藉此调压阀139,使调压阀139二次侧压力相较于油量调节阀40下流侧气体压力呈一定比例或压差减压,藉此,调压阀139可采用定差或定比减压阀。注意的是,在气量调节阀70及油量调节阀40下流侧气体压力是相等的,并且调压阀139采用预先设定的方式限定两支路压力差。
加工结束后,关闭电磁阀30,使气雾生成装置1停止。
在本实施例中,气量调节阀70和油量调节阀40采用步进马达9来带动,当需要调节气体流速或油速时,通过调节气雾生成装置1上设置的显示屏(未图示)向内置单片机(未图示)发出调节指令,单片机收到调节指令后,根据内建的油/气量对照表,算出对应的所需气量或油量,然后将气量或油量换算成步进马达9的脉冲量,由于步进马达9的角位移量和输入脉冲的个数成正比,在时间上与输入脉冲同步,只要控制输入脉冲的数量、频率及马达绕组通电的相序,便可获得所需的转动量及转动方向。通过控制步进马达转动量及转动方向,相应控制气量调节阀70和油量调节阀40,以控制气体流速及油量流速。
当然,在另一优选实施例中,气量调节阀70和油量调节阀40亦可手动控制,比如采用手动旋钮来选择气雾生成装置1旋钮周边标示的合适气量流速或油量流速,间接调节气量调节阀70和油量调节阀40,以控制气体流速及油量流速。
当然,在本发明另一优选实施例中,第二进气孔12亦可设置在盖体29上,而取代先前设置在雾化器4上的设计。即雾化器4单独设置第一进气孔11,以接受油量控制气体供给支路16供给的气体。而设置在盖体29上的第二进气孔12与运载气体供给支路13相连,以提供第二次雾化及运载功能的运载气体。
与现有技术相比,本发明一方面采用两支流,一路控制运载气体流量,一路控制油液流量,可以更方便调节气体与油液的比例,适合各种比例需求的润滑及冷却气雾喷射,另一方面,采用在雾化器7或盖体29上设置若干进气孔,可以对雾化室7内的气雾进行第二次雾化,使得喷射气雾均匀及浓度适合,再,雾化室7的设置,使油液及空气可以在较小的空间内充分雾化而无需直接在油液6上方较大的油液沉淀室8内雾化。