CN102274807A - 一种对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，磨削液管(2)的端面封闭，临近磨削液管(2)的端面沿周向均匀设有多个径向出液孔(6)。外部注入的磨削液与气管内的高压气体在磨削液管的外侧混合，径向出液孔喷出的液滴处于迎风面，且单个径向出液孔内磨削液的流量远远小于磨削液管的流量，这使得磨削液滴会散裂成直径达到微米级且分布均匀的雾滴，细小的雾滴在高压气体作用下在气管圆弧面段进一步的细化，然后沿经喷口并保持较高的喷雾射流速度喷入磨削区，对磨削区进行润滑和冷却。本发明具有气、液接触时间长，雾化效果好，雾滴直径小且分布均匀，射流速度高，制造工艺简单等优点，适用于磨削加工喷雾冷却系统。

Description

一种对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴

技术领域

本发明涉及一种喷嘴，特别是涉及一种适用于对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴。

背景技术

磨削加工过程中，常常采用喷雾冷却方法对磨削区进行润滑和冷却，以减少磨削热的产生，并将产生的热量及时带走。其中，喷嘴的结构对气体与磨削液的混合方式、雾化效果、雾滴直径及其分布均匀度、喷雾射流速度等会产生很大的影响，从而在很大程度上决定了磨削区的润滑、冷却效果，因此，对喷嘴进行结构设计时，其关键技术问题是要使雾化时磨削液与高压气体的接触处于最佳状态，以确保其具有良好的雾化效果和较高的喷雾射流速度。目前，喷嘴的结构通常可分为内混式、外混式和Y型。其中，内混式喷嘴是指气体和磨削液在喷嘴的雾化室内混合，再从喷口处膨胀喷出，该结构的缺点是喷雾射流速度低，同时，磨削液是沿着其输送管的轴向进入雾化室，处于高压气体的“背风处”，故其雾化效果较差。外混式喷嘴是指气体和磨削液在喷嘴的喷口处外部混合，该结构虽然具有一定的喷雾射流速度，但是因气体与磨削液接触时间很短，其雾化效果很不理想。Y型喷嘴为内部混合与外部混合相结合的结构形式，此类喷嘴结构复杂，且只适宜于高粘度溶液和膏糊状介质的雾化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够使雾化时磨削液与高压气体的接触处于最佳状态，磨削液能雾化成直径达到微米级且分布均匀的雾滴，以增大磨削区雾滴与工件及砂轮的接触面积，及时带走磨削热的对磨削加工进行喷雾冷却的侧混式喷嘴。

为了解决上述技术问题，本发明提供的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，包括有气管和磨削液管，所述的气管设有主喷口，所述的磨削液管的端面封闭，临近所述的磨削液管的端面沿周向均匀设有径向出液孔。

所述的磨削液管临近所述的磨削液管的端面一端设有管肩，所述的管肩后面具有第二圆柱面，所述的管肩与所述的径向出液孔之间设有第一圆柱面。

所述的磨削液管上加工有圆锥面，所述的圆锥面的小端与所述的径向出液孔对接，所述的圆锥面的大端远离所述的磨削液管的封闭端面。

所述的圆锥面的锥度为1/50～1/100。

所述的径向出液孔为4～6个。

所述的气管的出口内前端加工有曲率半径为30～40mm圆弧面。

所述的气管设有辅助喷口，所述的辅助喷口与所述的主喷口的轴线夹角为30°～60°。

采用上述技术方案的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，将磨削液管的一端用封端板封闭，在其靠近封端板处径向开有径向出液孔，从另一端注入的磨削液经径向出液孔进入气管，与气管内的高压气体在磨削液管的外侧混合，显然径向出液孔喷出的液滴处于迎风面；同时，在径向出液孔的前端磨削液管外表面加工一圆锥面，高压气体沿着圆锥面向前流动，将径向出液孔喷出的磨削液吹向径向出液孔后端的圆柱面，粘附在径向出液孔后端圆柱面上的磨削液在气流作用下沿着管肩向外流动，磨削液在圆柱面和管肩处会膜化，这样，磨削液与高压气体的接触面积大为增加，混合得更加充分；而且，磨削液与气管内高压气体有较长的接触时间，因此，磨削液滴可以散裂成直径达到微米级且分布均匀的雾滴，雾滴在高压气体的作用下沿着气管经喷口注入磨削区，对磨削区进行润滑和冷却。封端板，可以与磨削液管分别加工后再焊接在一起，也可以整体加工。

所述的径向出液孔直径为1～1.5mm，数量为均布4～6个。

所述的圆锥面，小端与径向出液孔对接，大端远离磨削液管封闭端面，锥度为1/50～1/100。

所述的径向出液孔的后端的第一圆柱面，直径与圆锥面小端直径相同，长度为0.4～1mm。

所述的第二圆柱面的外径与磨削液管的外径相同。

将气管的出口处加工成圆弧面，出口处直径逐步变小，能够确保有较高的喷雾射流速度，同时有两个喷口，即辅助喷口和主喷口。

所述的圆弧面，曲率半径为30～40mm。

所述的两个喷口，其两轴线夹角为30°～60°。

采用上述技术方案的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，与现有技术相比，其技术效果在于：

①将磨削液管的一端用封端板封闭，从另一端注入的磨削液流经磨削液通道(相当于总管)，再从其周向均匀分布的多个径向出液孔(相当于支管)进入气管，与气管内的高压气体在磨削液管的外侧混合，显然，径向出液孔喷出的液滴处于迎风面，同时，单个径向出液孔磨削液的流量远小于磨削液通道的流量，这使得磨削液与高压气体混合得更加充分。

②在径向出液孔的前端磨削液管外表面加工一圆锥面，高压气体顺着圆锥面将径向出液孔流出的磨削液吹向径向出液孔后端的圆柱面，粘附在径向出液孔后端圆柱面上的磨削液在气流作用下沿着管肩向外流动，磨削液在圆柱面和管肩处会膜化，这样，磨削液与高压气体的接触面积大为增加，混合得更加充分，雾滴直径将更小，且分布更加均匀。

③气管的出口处加工成圆弧面，雾滴与高压气体接触时间延长，进一步将雾滴散裂得更细小，均匀分布程度也大增。

④气管的出口处加工成圆弧面，其直径逐步变小，能够确保出口有较高的喷雾射流速度。

⑤喷嘴加工有两个喷口，即辅助喷口和主喷口，其中主喷口主要是将雾滴喷射到磨削区；在主喷口的前端开有辅助喷口，辅助喷口喷出与砂轮径向呈一定角度的雾滴，目的是迫使砂轮表面的圆周环流、径向流等气流转变方向，从而扰乱了环绕砂轮表面的气流，以确保主喷口喷出的雾滴能顺利注入磨削区。

综上所述，本发明是将磨削液与高压气体充分混合，能够使雾化时磨削液与高压气体的接触处于最佳状态，在高压气体的作用下将磨削液散裂成直径达到微米级且分布均匀的雾滴，再以较高的射流速度经喷口喷入磨削区，以增大磨削区雾滴与工件及砂轮的接触面积，确保雾滴有较高的喷雾射流速度，能突破砂轮表面气障层，有效地注入磨削区及时带走磨削热，对磨削区进行润滑和冷却的喷嘴。本发明具有气、液接触时间长，雾化效果好，雾滴直径小且分布均匀，射流速度高，制造工艺简单等优点，适用于磨削加工喷雾冷却系统。

附图说明

图1是侧混式喷嘴结构示意图。

图2是侧混式喷嘴结构改进示意图。

图3是磨削液管结构改进示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，在管径较大的气管1内安装管径较小的磨削液管2，两管道的轴线重合，高压气体在外部供气系统的作用下进入气管1，两管之间的间隙即为高压气体通道4。磨削液在外部供液装置的作用下进入磨削液管2，磨削液管2的内孔即为磨削液通道3。将磨削液管2一端用封端板10封闭，在靠近封端板10处径向均匀开4～6个直径为1～1.5mm的径向出液孔6，从磨削液管2另一端注入的磨削液经过磨削液通道3(相当于总管)后，经径向均匀分布的4～6个径向出液孔6(相当于支管)进入气管1，显然单个径向出液孔6磨削液的流量远小于磨削液通道3的流量；外部供气系统提供的高压气体在气体通道4内流动，高压气体沿着磨削液管2外侧向前流动，与径向出液孔6喷出的磨削液在磨削液管2的外侧混合，显然，径向出液孔6喷出的液滴处于迎风面；由于径向出液孔6喷出的磨削液与高压气体之间存在较大的相对速度，高速运动的气体在磨削液面将产生很大的摩擦力，会使磨削液散列成为雾滴；至此，磨削液雾化过程的第一阶段已经完成，即磨削液被撕裂成碎片及较小的雾滴。雾滴在高压气体的作用下沿着气管1的内壁继续朝着喷口处流动，在气管的出口处加工成圆弧面11，其直径逐步变小，圆弧面的曲率半径为30～40mm，能够确保出口有较高的喷雾射流速度，同时，圆弧面11的距离比较长，使得雾滴与高压气体接触时间延长，因此，磨削液滴可以散裂成直径达到微米级且分布均匀的雾滴。雾滴在高压气体的作用下沿着气管经喷口注入磨削区，对磨削区进行润滑和冷却，喷嘴有两个喷口，即辅助喷12和主喷13，两个喷口轴线夹角为30°～60°，其中主喷13主要是将雾滴喷射到磨削区；在主喷口13的前端加工有辅助喷12，辅助喷12喷出与砂轮径向呈一定角度的雾滴，目的是迫使砂轮表面的圆周环流、径向流等气流转变方向，从而扰乱了环绕砂轮表面的气流，以确保主喷13喷出的雾滴能顺利注入磨削区。

作为本发明的一种改进，如图2和图3所示，在管径较大的气管1内安装管径较小的磨削液管2，两管道的轴线重合，高压气体在外部供气系统的作用下进入气管1，两管之间的间隙即为高压气体通道4。磨削液在外部供液装置的作用下进入磨削液管2，磨削液管2的内孔即为磨削液通道3。将磨削液管2一端用封端板10封闭，在靠近封端板10处径向均匀开4～6个直径为1～1.5mm的径向出液孔6，从磨削液管2另一端注入的磨削液经过磨削液通道3(相当于总管)后，经径向均匀分布的4～6个径向出液孔6(相当于支管)进入气管1，显然单个径向出液孔6磨削液的流量远小于磨削液通道3的流量；外部供气系统提供的高压气体在气体通道4内流动。在径向出液孔6的前端磨削液管2外表面加工有圆锥面5，圆锥面5的小端与径向出液孔6对接，大端远离磨削液管2的封闭端面，锥度为1/50～1/100，磨削液管2临近磨削液管2的封闭端面一端设有管肩8，管肩8具有第二圆柱面9，第二圆柱面9的外径与磨削液管2的外径相同，管肩8与径向出液孔6之间设有第一圆柱面7，第一圆柱面7的直径与圆锥面5小端直径相同，第一圆柱面7的长度为0.4～1mm。高压气体沿着圆锥面5向前流动，与径向出液孔6喷出的磨削液在磨削液管2的外侧混合，显然，径向出液孔6喷出的液滴处于迎风面；由于径向出液孔6喷出的磨削液与高压气体之间存在较大的相对速度，高速运动的气体在磨削液面将产生很大的摩擦力，会使磨削液散列成为雾滴；高压气体将进一步将雾滴吹向径向出液孔6的后端的第一圆柱面7，粘附在径向出液孔6的后端的第一圆柱面7上的磨削液在气流作用下沿着管肩8向外流动，在第二圆柱面9处与高压气体充分混合，显然，磨削液在第一圆柱面7和管肩8处会膜化，这使得高压气体与磨削液的接触面积大为增加；至此，磨削液雾化过程的第一阶段已经完成，即磨削液被撕裂成碎片及较小的雾滴。雾滴在高压气体的作用下沿着气管1的内壁继续朝着喷口处流动，在气管的出口处加工成圆弧面11，其直径逐步变小，圆弧面的曲率半径为30～40mm，能够确保出口有较高的喷雾射流速度，同时，圆弧面11的距离比较长，使得雾滴与高压气体接触时间延长，因此，磨削液滴可以散裂成直径达到微米级且分布均匀的雾滴。雾滴在高压气体的作用下沿着气管经喷口注入磨削区，对磨削区进行润滑和冷却，喷嘴有两个喷口，即辅助喷口12和主喷口13，两个喷口轴线夹角为30°～60°，其中主喷口13主要是将雾滴喷射到磨削区；在主喷口的前端加工有辅助喷口12，辅助喷口12喷出与砂轮径向呈一定角度的雾滴，目的是迫使砂轮表面的圆周环流、径向流等气流转变方向，从而扰乱了环绕砂轮表面的气流，以确保主喷口13喷出的雾滴能顺利注入磨削区。

影响磨削液的雾化效果和喷雾射流速度的因素除了喷嘴结构以外，还包括磨削液的性质和气流的性质，如磨削液的表面张力、密度、粘度、压力、流量等，气体的压力、密度、流量等。笔者采用本发明的侧混式喷嘴进行了实施案例的雾化实验，采用三维粒子动态分析仪和体视粒子图像测速仪测量了喷雾射流速度和雾滴平均粒径这两个重要参数，并在相同的雾化条件下与传统的内混式和外混式喷嘴进行了比较，发现侧混式喷嘴的雾化效果、喷雾射流速度都有了较大的提高。

Claims (10)

1.一种对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，包括有气管(1)和磨削液管(2)，所述的气管(1)设有主喷口(13)，其特征是：所述的磨削液管(2)的端面封闭，临近所述的磨削液管(2)的端面沿周向均匀设有多个径向出液孔(6)。

2.根据权利要求1所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的磨削液管(2)临近所述的磨削液管(2)的封闭端面一端设有管肩(8)，所述的管肩(8)具有第二圆柱面(9)，所述的管肩(8)与所述的径向出液孔(6)之间设有第一圆柱面(7)。

3.根据权利要求1或2所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的磨削液管(2)上加工有圆锥面(5)，所述的圆锥面(5)的小端与所述的径向出液孔(6)对接，所述的圆锥面(5)的大端远离所述的磨削液管(2)的封闭端面。

4.根据权利要求3所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的圆锥面(5)的锥度为1/50～1/100。

5.根据权利要求3所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的径向出液孔(6)的后端的第一圆柱面(7)的直径与所述的圆锥面(5)的小端直径相同，所述的第一圆柱面(7)的长度为0.4～1mm。

6.根据权利要求1或2所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的径向出液孔(6)为4～6个。

7.根据权利要求1或2所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的径向出液孔(6)的直径为1～1.5mm。

8.根据权利要求2所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的第二圆柱面(9)的外径与所述的磨削液管(2)的外径相同。

9.根据权利要求2所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的气管(1)的出口内前端加工有曲率半径为30～40mm圆弧面(11)。

10.根据权利要求1或2所述的对磨削加工进行喷雾冷却的喷嘴，其特征是：所述的气管(1)设有辅助喷口(12)，所述的辅助喷口(12)与所述的主喷口(13)的轴线夹角为30°～60°。

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