CN102513480B - 一种油-气两相射流式润滑冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油-气两相射流式润滑冷却系统，包括压力气供给装置、压力油供给装置、一个纯油喷嘴和N个气油喷嘴，压力气供给装置通过气流管道与气油喷嘴连接，压力油供给装置通过油液管道分别与纯油喷嘴和气油喷嘴连接，气油喷嘴包括油液喷射管和同轴套设于其外的气流喷射管，油液喷射管的前端设置有收缩型油液喷嘴，气流喷射管的内周壁与油液喷射管的外周壁之间的空隙构成气流通道，气流喷射管的前端设置有环形喷气口，收缩型油液喷嘴喷出的连续的柱形油射流与环形喷气口喷出的环形气射流形成油-气二元气包油同心射流，油和气互不混合，工作时可使被镦材料表面及模具与被镦材料间的接触面上的油液分子渗透性更强，从而使润滑、冷却更充分。

Description

一种油-气两相射流式润滑冷却系统

技术领域

 本发明涉及一种应用于金属冷镦工艺中的润滑冷却技术，尤其是涉及一种用于多工位自动冷镦机的油-气两相射流式润滑冷却系统。

背景技术

金属冷镦工艺是应用金属冷塑性变形特性的一种无切削加工工艺。多工位自动冷镦机是一种金属冷塑性成形加工设备，其工位布置为n+1，其中1个工位为切料工位，其余工位均为镦锻工位，在冷镦作业时每个镦锻工位变形程度各不相同，因而每个镦锻工位实时温度效应存在差异。

由于金属的塑性变形过程是在高压下进行的，因此会不断增加多工位自动冷镦机与金属之间的接触表面，使多工位自动冷镦机与金属之间的接触条件不断改变。由于接触表面上各处的塑性流动情况不同，有的滑动，有的粘着，有的快，有的慢，因而在接触表面上各点的摩擦也各不相同。为了减小金属流动时的摩擦阻力，便于金属塑性成形加工，同时为了有效的冷却模具及机具，需采用润滑剂进行润滑和冷却。然而由于接触表面上的单位压力很大，一般可高达500～2500MPa，因此在如此高的面压下润滑剂难以带入变形区，从而导致润滑冷却非常困难。为解决润滑冷却困难的问题，目前一般采用粗放的多孔管在常压下进行大油量浇淋，然而这种润滑冷却手段会耗费大量的专用冷镦油，且效果很差，由于冷镦是强约束冷锻挤的工艺过程，如果在连续作业过程中得不到充分润滑和冷却，则会直接影响到被镦零件的表面质量及模具和机具的寿命。

金属的塑性变形实质上是变形热效应在起作用，这是因为供给金属产生塑性变形的能量将消耗于弹性变形和塑性变形，其中，消耗于弹性变形的那部分能量造成金属的应力状态，而消耗于塑性变形的那部分能量的绝大部分转化为热量。当部分热量来不及向外散发而积蓄于变形金属内部时，会促使金属的温度升高，在低温条件下，表现尤为明显。在金属的塑性变形过程中温度效应不仅决定于因塑性变形功而排出的热量，而且也取决于接触表面摩擦功作用所排出的热量。金属在冷变形时的冷变形强化趋于严重，当变形速度很大时，热能来不及散发，会使变形金属的温度升高，金属毛坯在模具中强烈的塑性变形，会使温度升高至250℃～300℃左右，而冷镦油润滑油气化温度在200℃～250℃左右。因此，金属在塑性变形过程中会产生大量油雾，而这些油雾本质为三相烟雾，长期吸入对人体有害，同时会污染工场环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、节能且环保的用于多工位自动冷镦机的油-气两相射流式润滑冷却系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于包括压力气供给装置、压力油供给装置、一个用于润滑冷却多工位自动冷镦机的切断工位的纯油喷嘴和N个用于润滑冷却多工位自动冷镦机的N个成形工位的气油喷嘴，所述的压力气供给装置上连接有气流管道，所述的压力油供给装置上连接有油液管道，N个所述的气油喷嘴的进气口上均连接有进气管，所述的纯油喷嘴的进油口和N个所述的气油喷嘴的进油口上均连接有进油管，各个所述的进气管的一端均与所述的气流管道连接，各个所述的进油管的一端均与所述的油液管道连接，所述的气油喷嘴包括油液喷射管和同轴套设于所述的油液喷射管外的气流喷射管，所述的气流喷射管的尾端与所述的油液喷射管的尾部密封连接，所述的油液喷射管的尾端设置有进油口，所述的油液喷射管的前端设置有用于喷出连续的柱形油射流的收缩型油液喷嘴，所述的气流喷射管的尾部设置有进气口，所述的气流喷射管的内径大于所述的油液喷射管的外径，所述的气流喷射管的内周壁与所述的油液喷射管的外周壁之间的环形空隙构成气流通道，所述的气流喷射管的前端设置有与所述的气流通道相连通且用于喷出环形气射流的环形喷气口，所述的收缩型油液喷嘴喷出的连续的柱形油射流与所述的环形喷气口喷出的环形气射流形成油-气二元气包油同心射流。

所述的气流喷射管主要由气流管和与所述的气流管固定连接的气喷嘴组成，所述的气流管的尾端与所述的油液喷射管的尾部密封连接，所述的气流管的前部内侧与所述的油液喷射管的前部外侧之间设置有多孔板，所述的多孔板上的通孔与所述的气流通道相连通，所述的气喷嘴的前端的内径小于所述的气喷嘴的后端的内径，所述的气喷嘴的前端的内周壁与所述的收缩型油液喷嘴的外周壁之间的环形间隙构成所述的环形喷气口。

所述的环形喷气口的环宽为0.05～0.07毫米。

所述的收缩型油液喷嘴包括收缩口段和直管段，所述的收缩口段的宽端与所述的油液喷射管的前端连接，所述的收缩口段的窄端与所述的直管段的一端连接，所述的直管段的另一端设置有喷油口，所述的收缩口段的收缩角度为100～125度，所述的直管段的长度为所述的直管段的内径的5～7倍。

所述的直管段的外周壁呈圆锥形，且圆锥形的起始位置与所述的环形喷气口的最前端位置等高。

所述的气流喷射管的尾端与所述的油液喷射管的尾部之间设置有密封端盖，所述的气流喷射管的尾端通过所述的密封端盖与所述的油液喷射管的尾部密封连接。

所述的纯油喷嘴采用拉伐尔喷嘴。

该油-气两相射流式润滑冷却系统还包括用于将所述的气流管道和所述的油液管道固定于多工位自动冷镦机上的气油管架，所述的气油管架上设置有N+1个分别与所述的纯油喷嘴的尾部和所述的气油喷嘴的尾部相配合的通孔。

所述的气流管道上连接有气压表和气调节阀，所述的油液管道上连接有油压表和油调节阀。

    与现有技术相比，本发明的优点在于通过设计两个同轴套设的油液喷射管和气流喷射管，气流喷射管的内周壁与油液喷射管的外周壁之间的环形空隙构成气流通道，且在油液喷射管的前端设置一个收缩型油液喷嘴，在气流喷射管的前端设置一个环形喷气口，使得收缩型油液喷嘴喷出的连续的柱形油射流与环形喷气口喷出的环形气射流形成油-气二元气包油同心射流，油和气互不混合，这样工作时在高速气流挟持下的低压油液射向被镦材料表面及模块与被镦材料之间的接触面，可使被镦材料表面及模具与被镦材料之间的接触面上的油液分子渗透性更强，从而使润滑、冷却更充分，效果最大化，且由于利用了压缩空气和油液两种物质进行润滑、冷却，因此大大的减少了油液的耗费量；利用高速气流的温度低于室温空气的特性，对模具及机具进行再冷却；利用高速气流周边产生低压的特性，卷吸周边的油雾，同时利用高速气流的温度低于室温空气的特性，对被卷吸的油雾进行冷凝，变成油滴，最终达到减少油雾的发生，有效避免了油雾污染工场环境。

利用气调节阀对给予每个成形工位的排气量进行多点适应控制，利用油调节阀对给予切断工位和每个成形工位的排油量进行多点适应控制，这样可实现对多工位自动冷镦机的每一工位冷塑性变形的温度效应进行等效润滑冷却，最大限度地节约了润滑油和压缩空气。

附图说明

图1为本发明的润滑冷却系统的组成结构示意图；

图2为本发明的气油喷嘴的轴向剖视图；

图3为图2中A部分的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种用于多工位自动冷镦机的油-气两相射流式润滑冷却系统，如图1、图2和图3所示，其包括压力气供给装置91、压力油供给装置92、气油管架93、一个用于润滑冷却多工位自动冷镦机的切断工位的纯油喷嘴94和N个用于润滑冷却多工位自动冷镦机的N个成形工位（一般多工位自动冷镦机的成形工位有初镦锻工位、一次成形工位、修形工位和最终成形工位4个）的气油喷嘴95，压力气供给装置91上连接有气流管道911，气流管道911上连接有用于控制气压的气压表912和用于控制进入气流喷嘴95的压缩空气的流量的气调节阀913，压力油供给装置92上连接有油液管道921，油液管道921上连接有用于控制油压的油压表922和用于控制进入纯油喷嘴94和气油喷嘴95的润滑油的流量的油调节阀923，气油管架93用于将气流管道911和油液管道921固定于多工位自动冷镦机上，气油管架93上设置有N+1个分别与一个纯油喷嘴94的尾部和N个气油喷嘴95的尾部相配合的通孔931，N个气油喷嘴95的进气口上均连接有进气管914，纯油喷嘴94的进油口和N个气油喷嘴95的进油口上均连接有进油管924，各个进气管914的一端均与气流管道911连接，各个进油管924的一端均与油液管道921连接。

在此具体实施例中，纯油喷嘴94直接采用现有的拉伐尔喷嘴。

在此具体实施例中，气油喷嘴如图2和图3所示，其包括油液喷射管1和同轴套设于油液喷射管1外的气流喷射管2，气流喷射管2的尾端与油液喷射管1的尾部密封连接，油液喷射管1的尾端设置有进油口11，油液喷射管1的前端一体设置有用于喷出连续的柱形油射流的收缩型油液喷嘴12，气流喷射管2的尾部设置有进气口21，气流喷射管2的内径大于油液喷射管1的外径，气流喷射管2的内周壁与油液喷射管1的外周壁之间的环形空隙构成气流通道22，气流喷射管2的前端设置有与气流通道22相连通且用于喷出环形气射流的环形喷气口23。根据气体动力学原理附壁效应，收缩型油液喷嘴12喷出的连续的柱形油射流与环形喷气口23喷出的环形气射流形成油-气二元气包油同心射流，油和气互不混合，工作时在高速气流挟持下的低压油液射向被镦材料表面及模块与被镦材料之间的接触面，可使被镦材料表面及模块与被镦材料之间的接触面上的油液分子渗透性更强，从而使润滑、冷却更充分，效果最大化；利用高速气流的温度低于室温空气的特性，对模具及机具进行再冷却；利用高速气流周边产生低压的特性，卷吸周边的油雾，同时利用高速气流的温度低于室温空气的特性，对被卷吸的油雾进行冷凝，变成油滴，最终达到减少油雾的发生，有效避免了油雾污染工场环境。

在此具体实施例中，气流喷射管2主要由气流管24和与气流管24固定连接的气喷嘴25组成，气流管24的尾端与油液喷射管1的尾部密封连接，气流管24的前部内侧与油液喷射管1的前部外侧之间设置有多孔板3，多孔板3上的通孔31与气流通道22相连通，气喷嘴25的前端的内径小于气喷嘴25的后端的内径，气喷嘴25的前端的内周壁与收缩型油液喷嘴12的外周壁之间的环形间隙构成环形喷气口23。在此，多孔板3与气流管24的前部内侧可采用螺纹连接方式，多孔板3为一块均匀分布有多个通孔31的板。

在此具体实施例中，环形喷气口23的环宽为0.05～0.07毫米，环形喷气口23的出口处可设计成光滑的锐边。

在此具体实施例中，收缩型油液喷嘴12包括收缩口段121和直管段122，收缩口段121的内部通孔呈喇叭状，收缩口段121的宽端与油液喷射管1的前端连接，收缩口段121的窄端与直管段122的一端连接，直管段122的另一端设置有喷油口123，喷油口123的出口处可设计成光滑的锐边，收缩口段121的收缩角度α为100～125度，直管段122的长度L为直管段122的内径d的5～7倍。在实际设计过程中，可将收缩口段121的收缩角度α设计为118度，经大量实验，表明收缩口段121的收缩角度α为118度时能够达到很好的效果。

在此具体实施例中，直管段122的外周壁呈圆锥形，且圆锥形的起始位置与环形喷气口23的最前端即环形喷气口23的出口处位置等高，这样可使收缩型油液喷嘴12喷出的连续的柱形油射流与环形喷气口23喷出的环形气射流形成的油-气二元气包油同心射流射向被镦材料表面时，能够达到更好的润滑、冷却效果。

在此具体实施例中，气流喷射管2的尾端与油液喷射管1的尾部之间设置有密封端盖4，气流喷射管2的尾端通过密封端盖4与油液喷射管1的尾部密封连接，密封端盖4的设置可防止通过进气口21进入气流通道22的压缩空气从气流喷射管2的尾端与油液喷射管1的尾部之间的缝隙中流出。

在此具体实施例中，压力气供给装置91可采用现有的空压机，空压机压出的压缩空气经气流管道911和进气管914流入气油喷嘴95中，流入气油喷嘴95中的压缩空气的气压和气流量由每个成形工位的变形程度及实时温升条件决定；压力油供给装置92采用现有技术，如包括低压润滑泵和盛有低压专用冷镦润滑油的油箱，低压润滑泵压出的低压专用冷镦润滑油经油液管道921和进油管924分别流入纯油喷嘴94和气油喷嘴95中，流入纯油喷嘴94和气油喷嘴95中的润滑油的油压和油流量由切断工位和每个成形工位的变形程度及实时温升条件决定，由于多工位自动冷镦机的每个工位的变形程度不一，且镦击次序效应，因此决定了每个工位的温度不一，工位的变形程度与工位的温度成正比，温度与油流量、油压、气流量及气压均成正比。

本发明的油-气两相射流式润滑冷却系统工作时，压力气供给装置91压出的压缩空气通过气流管道911和进气管914进入气油喷嘴95的气流管中，压力油供给装置92压出的润滑油通过油液管道921和进油管924进入纯油喷嘴94和气流喷嘴95的油液喷射管中，气流喷嘴95的油液喷射管中的油液通过收缩型油液喷嘴后形成急速的具有足够长度且连续的柱形油射流，同时气流喷嘴95的气流管中的压缩空气通过多孔板到达气喷嘴后，经环形喷气口高速喷出，由于流动空气的附壁效应作用，因此在柱形油射流周边形成吸附的同心环形气射流；然后在同心环形气射流达到一定速度时，根据拉伐尔原理收缩型油液喷嘴喷出的连续的柱形油射流与环形喷气口喷出的环形气射流形成的油-气二元气包油同心射流的外侧就会形成低于大气压的低压区即真空区，这样真空区周边的物质就会被卷吸。

Claims (7)

1.一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于包括压力气供给装置、压力油供给装置、一个用于润滑冷却多工位自动冷镦机的切断工位的纯油喷嘴和N个用于润滑冷却多工位自动冷镦机的N个成形工位的气油喷嘴，所述的压力气供给装置上连接有气流管道，所述的压力油供给装置上连接有油液管道，N个所述的气油喷嘴的进气口上均连接有进气管，所述的纯油喷嘴的进油口和N个所述的气油喷嘴的进油口上均连接有进油管，各个所述的进气管的一端均与所述的气流管道连接，各个所述的进油管的一端均与所述的油液管道连接，所述的气油喷嘴包括油液喷射管和同轴套设于所述的油液喷射管外的气流喷射管，所述的气流喷射管的尾端与所述的油液喷射管的尾部密封连接，所述的油液喷射管的尾端设置有进油口，所述的油液喷射管的前端设置有用于喷出连续的柱形油射流的收缩型油液喷嘴，所述的收缩型油液喷嘴包括收缩口段和直管段，所述的收缩口段的宽端与所述的油液喷射管的前端连接，所述的收缩口段的窄端与所述的直管段的一端连接，所述的直管段的另一端设置有喷油口，所述的收缩口段的收缩角度为100～125度，所述的直管段的长度为所述的直管段的内径的5～7倍，所述的气流喷射管的尾部设置有进气口，所述的气流喷射管的内径大于所述的油液喷射管的外径，所述的气流喷射管的内周壁与所述的油液喷射管的外周壁之间的环形空隙构成气流通道，所述的气流喷射管的前端设置有与所述的气流通道相连通且用于喷出环形气射流的环形喷气口，所述的环形喷气口的环宽为0.05～0.07毫米，所述的收缩型油液喷嘴喷出的连续的柱形油射流与所述的环形喷气口喷出的环形气射流形成油-气二元气包油同心射流。

2.根据权利要求1所述的一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于所述的气流喷射管主要由气流管和与所述的气流管固定连接的气喷嘴组成，所述的气流管的尾端与所述的油液喷射管的尾部密封连接，所述的气流管的前部内侧与所述的油液喷射管的前部外侧之间设置有多孔板，所述的多孔板上的通孔与所述的气流通道相连通，所述的气喷嘴的前端的内径小于所述的气喷嘴的后端的内径，所述的气喷嘴的前端的内周壁与所述的收缩型油液喷嘴的外周壁之间的环形间隙构成所述的环形喷气口。

3.根据权利要求1所述的一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于所述的直管段的外周壁呈圆锥形，且圆锥形的起始位置与所述的环形喷气口的最前端位置等高。

4.根据权利要求3所述的一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于所述的气流喷射管的尾端与所述的油液喷射管的尾部之间设置有密封端盖，所述的气流喷射管的尾端通过所述的密封端盖与所述的油液喷射管的尾部密封连接。

5.根据权利要求1所述的一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于所述的纯油喷嘴采用拉伐尔喷嘴。

6.根据权利要求4所述的一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于还包括用于将所述的气流管道和所述的油液管道固定于多工位自动冷镦机上的气油管架，所述的气油管架上设置有N+1个分别与所述的纯油喷嘴的尾部和所述的气油喷嘴的尾部相配合的通孔。

7.根据权利要求4所述的一种油-气两相射流式润滑冷却系统，其特征在于所述的气流管道上连接有气压表和气调节阀，所述的油液管道上连接有油压表和油调节阀。