CN102275088B - 低温雾化润滑冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种低温雾化润滑冷却系统，旨在提供一种能够降低冷却润滑液用量，喷口不积油，体积小巧，能够有效能提高冷却润滑效果的润滑冷却系统。它在增压器和油杯之间设有连通整流雾化喷嘴和油杯的分流泵和脉冲器。增压器上设有三组分流气嘴，其中，一组分流气嘴经所述脉冲器形成间隔性气流进入分流泵，另两组分流气嘴分别直通进入分流泵夹层接口和涡流发生器的进气接嘴；在分流泵的输出端上还设有连通该分流泵夹层和分流泵主腔体的双芯出口，该双芯出口通过相连的双芯气管和涡流发生器生成的涡流冷气同时流入整流雾化喷嘴。本发明解决了传统机械加工润滑冷却量大，废油排放污染的问题。用油节省，雾化润滑的切削液的用量一般仅为0.03～0.2L/h。

Description

低温雾化润滑冷却系统

技术领域

本发明涉及一种主要用于机械加工过程中，润滑降温刀具的冷却系统。更具体地说，本发明涉及一种机械加工过程中使用的低温雾化润滑冷却系统。

背景技术

目前在金属加工冷却系统中，最常见的使用切削液的方法是溢流法。溢流法系统是用低压泵把切削液打入管道中，经过阀门从喷嘴流出，喷嘴安装在接近切削区域.切削液流过切削区后再流到机床的不同部件上，然后汇集到集油盘内，再从集油盘流回到切削液箱中，循环使用。因此，切削液箱应有足够的容积，使切削液有时间冷却并使细的切屑及磨粒等沉降。视加工种类的不同，切削液箱的容积约为50-200L，个别加工则更大，如高速高效铣削车削及强力磨削等，切削液箱可达500-2000L或更大。在集油盘内应设有防止大的切削进入切削液箱的粗过滤器，并在泵的吸油口装有一个精细过滤器。为了减少刀具与工件之间的摩擦力，降低刀具对工件剪切时与工件摩擦所产生的热量，提高被加工工件表面质量和刀具寿命，通常要使用大量的切削液冲向刀具，冲走切屑。切削液的流量大才能使刀具和工件被切削液所淹没。除了向切削区提供适当的切削液外，还要有足够的切削液来防止不正常的温升。在高速高效铣削加工中，切削液箱如太小，切削液的温升很快，当油温超过60℃时，切削便不能继续进行，所以高速高效铣床一般都配有较大的冷却油箱。大量的切削液对环境污染严重成本又高，大量的使用切削液会在加工区域制造难闻的气味。废切削液通常含有的矿物油、动植物油、表面活性剂、极压添加剂、防尽杀菌剂、各种金属离子和悬浮物等对环境会产生污染。矿物油是切削液的主要成分之一，其生物降解性差，能长期滞留在水和土壤里，其对地下水的污染可长达数年之久。由于切削液会对环境和人体造成污染和损伤，因此切削液的使用和废液处理已受到环保法规日益严格的制约，同时也大大增加了加工成本，并且切削液的维护管理也非常的麻烦。在切削液日常管理项目中，每种切削液都有其最佳的使用浓度范围。浓度较低会导致加工工件及机床的生锈，防锈性能不足而引起工件锈蚀，润滑性能不好而导致刀具磨损增大、加工工件质量变坏等，促进微生物滋长、使用液早期腐败。浓度较高不仅引起生产成本提高，而且容易发泡、引发皮肤炎、降低冷却性能，还可能因漏油的混入形成淤渣，造成切削液污浊和过滤器堵塞等麻烦。

另一种是市场应用极少用的微量润滑冷却系统，也是市场上刚出现的一种新的刀具润滑降温方法。微量润滑MQL技术是将压缩气体与极微量具有超润滑作用的植物性切削油混合雾化后，将切削液流量控制为小水珠般大小，再用压缩空气吹向刀具来达到润滑。喷射到加工区，对刀具和工件之间的加工部位进行润滑，降低刀具磨损、防止粘连。该微量给油润滑系统虽然降低了加工成本和环境污染，但专用的喷油装置利用高速流动的压缩空气将植物性切削油喷在切削刃口及会产生摩擦的部位，在刀具与工件之间形成一层油膜，每个喷嘴1小时要消耗80ml～200ml。另外高速的压缩空气将部分热量和碎屑吹走，高速的压缩空气是将润滑油吹出，并未雾化，喷出的润滑油液颗粒大并且不均匀，喷口积油现象严重，润滑效果并不理想，并且油的传热速度比水的传热速度低2.5倍，大颗粒微量油滴及常温的压缩空气无法降低刀具切削过程中产生的热量，易引起刀具过热磨损、烧刀及工件过热变形。

发明内容

本发明的任务是提供一种能够降低冷却润滑液用量和废润滑油排放污染，润滑液颗粒均匀，喷口不积油，润滑效果好，配合0°以下高压空气对加工中刀具降温，使得产品质量提高，刀具寿命增加30％以上。本系统体积小巧，安装方便，完整的一套系统英汉词典大小，一公斤左右，可以使用磁铁固定在机床任何地方，能够有效地输送到切削区域，并能提高冷却润滑效果的低温雾化润滑冷却系统。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种低温雾化润滑冷却系统，包括，联通压缩气源的增压器、给液润滑油杯和整流雾化喷嘴，其特征在于，在增压器和油杯之间设有通过所述增压器连通整流雾化喷嘴和油杯的分流泵和脉冲器，所述增压器上设有三组分流气嘴，其中，一组分流气嘴经所述脉冲器形成间隔性气流进入分流泵，使所述油杯腔室内气体与所述分流泵的直通孔处气体产生压强差，将油杯中进入的润滑剂与气流间隔混合流出，另两组分流气嘴分别直通进入分流泵夹层接口和涡流发生器的进气接嘴；在所述分流泵的输出端上还设有连通该分流泵夹层和分流泵主腔体的双芯出口，该双芯出口通过相连的双芯气管连接整流雾化喷嘴E，涡流发生器生成的涡流冷气则通过冷气管也同时流入整流雾化喷嘴。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明在增压器和油杯之间设置的通过增压器连通整流雾化喷嘴和油杯的分流泵和脉冲器，相比于现有技术溢流法冷却系统，体积小巧，安装方便，冷却性能强，润滑均匀。只需要压缩气源无需其他能源辅助。本发明将普通压缩空气经过增压器增压后分流三组，分别接入分流泵、分流泵夹层和涡流管，形成间隔性气流，使油杯中的润滑剂与气流间隔混合流出，在压缩气体的推动下，使润滑油脂与压缩空气汇合流入到整流雾化喷嘴，在雾化喷嘴内实现气液两相流的混合与雾化，再经过雾化喷嘴喷向干切削加工区，实现干切削的微量冷却润滑，使喷向加工区的微量的雾化后的气液两相混合流体喷射润滑，替代了传统机械加工大量的润滑油润滑冷却，大大降低了废润滑油的排放污染。润滑剂在涡流低温压缩空气的配合下能超越一定的空间，定向、定量而均匀地投到刀具切削加工区表面，不仅使用方便、工作可靠、用油节省，而且在恶劣的工作环境下，也能获得较好的润滑散热效果。雾化润滑的切削液的用量一般仅为0.03～0.2L/h，带走刀具热量150°～300°。传统湿法切削的用量为20～100L/min。带走热量80°～160°，并且在使用循环过程中带走刀具热量逐渐衰减。

分流泵形成的气液两相流双管齐下，降温度效果更明显，使用效果更佳，更环保。在提高润滑及冷却的前提下，最大限度地减低了对环境的污染，有效降低了机械加工刀具润滑磨损及刀具加工过热磨损状况。如采用纯油微量润滑，相比水溶的切削液润滑效果更好。

分流泵设置的夹层和主腔体的内芯出口，通过相连的双心气管连接整流雾化喷嘴，以及涡流管生成的0°～-30°涡流冷气同时流入整流雾化喷嘴，可将车削加工中的刀具热量降低150°～300°，进而有效降低了加中刀具的热量提高刀具寿命30％以上。这种低温雾化微量润滑喷射油雾化粒子不会凝结、粘结在管壁上。既保护了环境又节约了加工成本，提高了加工产品的质量。微小的油粒子被空气通过管道带到需要润滑的位置上，油雾在这里变成具有润滑效果的湿油雾，在刀具表面形成良好的油膜.在油雾润滑的同时涡流低温压缩空气带走的热量.油雾不断润滑，保持一种轻微的正向压力，可减少来自外界的污染.

附图说明

图1是本发明低温雾化润滑冷却系统的布局示意图。

图2是本发明的整流雾化喷嘴构造示意图。

图3是图涡流发生器的示意图。

图中：A增压器，B脉冲器，C分流泵，F油杯，D涡流发生器，E整流雾化喷嘴，1、2、3分流气嘴，4增压气流进口，5脉冲气流出口，6分流泵柱塞口，7夹层接口，8环形出口，9内芯出口，10进气接嘴，11冷气出口，12压缩气源进气口，13安装箱体，14内芯管，15双心气管，16倒T形喷座，17圆锥喷嘴，18柱形壳体，19连通入口，20冷气接口，21双通道喷头，22输油管道，23环缝夹层，24环缝收口，25内胆壳体，26涡发生器，27螺旋槽，28气流调节螺母，29槽排气口，30燕尾堵头，31涡流内胆，32分流泵主体腔，33分流泵夹层，34环形线型气孔。

具体实施方式

参阅图1。在本发明提供的低温雾化润滑冷却系统中，具有一个安装箱体13。润滑油杯F固联在安装箱体13上方。润滑油杯F通过连通接头连接设置在箱体13内的分流泵C。联通压缩气源的增压器A固联在安装箱体13的一侧。外部压缩气源通过增压器A上端连接的压缩气源进气口12进入增压器A。在增压器A和给液润滑油杯F之间设有通过增压器A连通的分流泵C。增压器A通过分流泵C连通整流雾化喷嘴E，同时连通所述油杯F和脉冲器B。在增压器A的下方设有三组分流气嘴1、2、3，该三组分流气嘴1、2、3分别通过连接管连通脉冲器B、分流泵C和涡流发生器D。经过增压器A增压后的压缩空气，通过增压器A上的其中一组分流气嘴1，经连接管进入脉冲器B端面上增压气流进口4，并进入脉冲器B的气脉腔室，形成脉冲间隔性气流。间隔性气流通过脉冲器B端面上的脉冲气流出口5，经连接管连通分流泵C上的分流泵柱塞口6，使脉冲器B产生的间隔性气流进入分流泵C的分流泵主体腔32。所述间隔性气流通过分流泵柱塞6“收缩-扩张”孔，随着孔截面的变小，气体压强随之降低，此时，油杯F腔室中的压强与来自分流泵柱塞口6的压缩气体入口处相同，使得油杯F腔室内气体与内芯出口9处气体产生压强差，使油杯F中油液进入分流泵柱塞装置C油液在压缩气体的推动下，流入内芯管14，并沿着内芯管14的管壁流动到喷嘴处。此时从增压器A分流气嘴2连通夹层接口7的压缩增压气体进入分流泵C的夹层33。在所述分流泵C的输出端上还设有连通夹层和分流泵主腔体的双芯出口。该双芯出口由环形出口8和内芯出口组成。该内芯出口通过相连的双心气管15连接整流雾化喷嘴E。而进入分流泵C中的脉冲间隔性气流混合流体，同时在压缩气体的推动下，通过分流泵C前端的内芯出口9，沿着内芯管14管壁流动到整流雾化喷嘴E。增压器A上的分流气嘴3通过连接管连接涡流发生器D。来自增压器A分流气嘴3的增压气体通过进气接嘴10进入涡流发生器D，生成一组龙卷风式的涡流，涡流发生器D生成的涡流通过冷气管同时流入整流雾化喷嘴E。

参阅图2。图示描述的整流雾化喷嘴E是由带有冷气接口20的柱形壳体18和装配在柱形壳体18筒体内的双通道喷头21组成，双通道喷头21由螺纹连接在柱形壳体18的筒体内，形成一个连通冷气接口20的环缝夹层23。环缝夹层自由端(下端)端口上形成了一个向外输出冷气的环缝收口24。双通道喷头21的上端输入端口上制有连接双心气管15的连通入口19。所述双通道喷头21由一个小于柱形壳体18内径的内胆和装配在内胆壳体25中的倒T形喷座16组成。在倒T形喷座16圆柱台的上下端面上分别设有向上延伸连接内芯管14的输油管道22和圆锥喷嘴17。倒T形喷座16的下端面上的圆锥喷嘴17直通上述输油管道22。倒T形喷座16圆柱台上还制有环绕圆周等分均布的环形线型气孔34，该线型气孔的中心轴线倾斜，向着圆锥喷嘴17的中心轴线延伸，交汇于圆锥中心延伸线，并与圆锥喷嘴17喷油出口延伸轴线相交于一点。连接分流泵C的双心气管15通过连通入口19连通双通道喷头21，与倒T形喷座16相连的输油管道22通过双心气管15内的内芯管14连接分流泵C，并与油杯F中心油口的润滑油相通。进入分流泵C中生成的脉冲间隔性压缩气体，通过端面内芯出口9形成的环形出口8流入双通道喷头21的连通入口19，进入双通道喷头21的内胆壳体24的环形腔室，并通过16圆柱台上的环形线型气孔喷出，向圆锥喷嘴17汇聚。通过圆锥喷嘴17的润滑油在压缩气体的推动下，挤压输出微量润滑油被环形线型气孔喷出的高速交汇气流打散喷出的微量油珠，产生雾化喷射，产生带锥度的环形锥度喷射气帘，将增速后的雾化油滴颗粒喷向刀具进行润滑冷却。从涡流管接口11流出的冷空气，通过双通道喷头21上的冷气接口20进入环缝夹层23，从环缝收口24输出来自成涡流发生器D的冷气，形成围绕圆锥喷嘴17锥度喷射气帘的锥形冷气流。

上述所有的连接处均由气动快换接头连接。

参阅图3。根据自然现象龙卷风特征，自然界行程的龙卷风，空气绕龙卷的轴快速旋转，受龙卷中心气压极度减小的吸引，气流被从四面八方吸入涡旋的底部。并随即变为绕轴心向上的涡流，龙卷中的风总是气旋性的，其中心的气压可以比周围气压低百分之十。由于龙卷风内部空气极为稀薄，导致温度急剧降低，所以龙卷风外部气流热而内部气流低温。根据此现象将压缩空气通过涡流发生器来人造龙卷风，后分流出龙卷风内部冷空气对刀具进行降温降温。

与增压器A分流气嘴3相连的涡流发生器D具有一个长条形的涡流管26，管道前端制有喇叭形冷气出口1，冷气出口11与涡流管道相通，并与进气接嘴10互为垂直，相互连通。在涡流管道进气口内制有产生旋风螺旋槽27的内胆31。在涡流管26尾端制有使旋风气生反向输出的燕尾堵头30，燕尾堵头30末端制有排放废气和热气的边槽排气口29，槽排气口29大小通过气流调节锥度螺母28改变排气槽的大小来调节温度，来自增压器A分流气嘴3的增压气体从冷气出口10进入涡流管内胆31，通过内胆31壁上一定角度的螺旋槽27形成旋风经过管道整流后，形成一股稳定的外部气流热，内部气流冷的龙卷风气流，外部热气龙卷风通过燕尾堵头30末端排放废气和热气的边槽排气口29排出，冷气进入涡流管26后，与尾部上的燕尾堵头30发生碰撞，冷气流反向流向冷气出口11，分流输出0°～-35°的冷气，将冷热气流分流输出。冷气通过双通道喷头21上的冷气接口20流入整流雾化喷嘴E。冷气的温度的高低可以通过28气流调节锥度螺母28改变管道边槽排气口29的大小来调节，气流调节锥度螺母28带有锥度，螺母越紧热气排除口29就越小，排除热气就少冷气温度就变高。气流调节螺母28越松29口就越大，排走热气越多，冷气口温度越低。

Claims (10)

1.一种低温雾化润滑冷却系统，包括，联通压缩气源的增压器、给液润滑油杯和整流雾化喷嘴，其特征在于，在增压器(A)和油杯之间设有通过所述增压器连通整流雾化喷嘴(E)和油杯(F)的分流泵(C)和脉冲器(B)，所述增压器上设有三组分流气嘴，其中，一组分流气嘴(1)经所述脉冲器形成间隔性气流进入分流泵(C)，使所述油杯腔室内气体与所述分流泵的直通孔处气体产生压强差，将油杯(F)中进入的润滑剂与气流间隔混合流出，另两组分流气嘴(2、3)分别直通进入分流泵夹层接口(7)和涡流发生器(D)的进气接嘴(10)；在所述分流泵的输出端上还设有连通该分流泵夹层和分流泵主腔体的双芯出口，该双芯出口通过相连的双芯气管连接整流雾化喷嘴(E)，涡流发生器(D)生成的涡流冷气则通过冷气管也同时流入整流雾化喷嘴(E)。 

2.如权利要求1所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，增压器(A)通过分流泵(C)连通整流雾化喷嘴(E)，同时连通所述油杯(F)和脉冲器(B)。 

3.如权利要求1所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，经过增压器(A)增压后的压缩空气，通过增压器(A)上的其中一组分流气嘴(1)，经连接管进入脉冲器(B)端面上增压气流进口(4)，进入脉冲器(B)的气脉腔室，形成脉冲间隔性气流。 

4.如权利要求1或3所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，所述的间隔性气流通过脉冲器(B)端面上的脉冲气流出口(5)，经连接管连通分流泵(C)上的分流泵柱塞口(6)，使脉冲器(B)产生的间隔性气流进入分流泵主体腔(32)分流泵主体腔。 

5.如权利要求1所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，整流雾化喷嘴 (E)由带有冷气接口(20)的柱形壳体(18)和装配在柱形壳体(18)筒体内的双通道喷头(21)组成，双通道喷头(21)由螺纹连接在柱形壳体(18)的筒体内，形成一个连通冷气接口(20)的环缝夹层(23)。 

6.如权利要求5所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，所述双通道喷头(21)由一个小于柱形壳体(18)内径的内胆和装配在内胆壳体(25)中的倒T形喷座(16)组成。 

7.如权利要求6所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，在倒T形喷座(16)圆柱台的上下端面上分别设有向上延伸连接内芯管(14)的输油管道(22)和圆锥喷嘴(17)，倒T形喷座(16)的下端面上的圆锥喷嘴(17)直通上述输油管道(22)。 

8.如权利要求7所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，所述倒T形喷座(16)圆柱台上还制有环绕圆周等分均布的环形线型气孔，该线型气孔的中心轴线倾斜，向着圆锥喷嘴(17)的中心轴线延伸，交汇于圆锥中心延伸线，并与圆锥喷嘴(17)喷油出口延伸轴线相交于一点。 

9.如权利要求1所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，连接分流泵(C)的双心气管(15)通过连通入口(19)连通双通道喷头(21)，与倒T形喷座(16)相连的输油管道(22)通过双心气管(15)内的内芯管(14)连接分流泵(C)，并与油杯(F)中心油口的润滑油相通。 

10.如权利要求1所述的低温雾化润滑冷却系统，其特征在于，从涡流管接口(11)流出的冷空气，通过双通道喷头(21)上的冷气接口(20)进入环缝夹层(23)，从环缝收口(24)输出来自成涡流发生器(D)的冷气，形成围绕圆锥喷嘴(17)锥度喷射气帘的锥形冷气流。 

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