CN103286630A - 低温雾化冷风机及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温雾化冷风机及其实现方法，解决了现有技术中常温空气的微量油雾化技术，温度高、冷却效果差；低温空气流冷却加工为低温气流干式切削加工，润滑不够、刀具磨损较快等问题。该低温雾化冷风机包括：干燥塔，用于干燥、净化从所述低温雾化冷风机外部进入的空气；制冷系统，通过管道与干燥塔连通，用于冷却经干燥塔干燥后的气体，形成低温气流；微量油供给机构，通过油管将油或液注入混合块；混合块，分别与微量油供给机构和制冷系统连通，用于将注入其内的油或液与低温气流进行第一次雾化，形成低温气流液雾；喷嘴，与混合块连通，将经第一次雾化后得到的低温气流液雾进行第二次雾化，形成低温雾化气流；PLC控制系统。
Description
技术领域
本发明属于金属切削加工中的冷却、润滑技术领域，具体的说，是涉及一种低温雾化冷风机及其实现方法。
背景技术
在机床的切削加工中，对工件和刀具进行冷却的传统方法是采用冷却液对工件和刀具进行喷淋式冷却、润滑，该种冷却方式生产效率低，成本投入高，且会导致切削加工中产生大量的废液，该废液的回收困难，处理成本高，对环境也有较大的污染。
进一步的，相继产生了常温空气的微量油或液雾化及低温空气流冷却加工的方法；其中，常温空气的微量油雾化技术是将常温空气通过调节阀与油路混合，通过气管经喷嘴一次雾化喷向切削区域，从而代替切削液对工件进行常温空气雾化冷却加工，该种方法主要存在以下缺陷：（1）气流温度高，一般为15～25℃；（2）冷却效率低，只适用于金属切除量小的切削加工；（3）微量油雾化颗粒粗，雾化效果差，直接影响润滑效果。
低温空气流冷却加工通过低温冷风射流机实现，低温冷风射流机是一种空气制冷装置，它的工作原理是把一定压力的常温空气制成-40℃～-50℃的低温气流，通过喷射装置对切削区域进行冷风干式切削加工的设备。低温空气流冷却加工与常温空气的微量油雾化技术相比，气流温度低，但无润滑，属于干式切削。其主要存在以下缺陷：（1）只有冷风而无微量油或液润滑，只能实现干式切削，摩擦力大，刀具的磨损快，且冷却效率低；（2）空气中的水、油的干燥采用变压吸符的方法，吸附剂使用时间短；（3）采用金属泡沫保温管保温，长距离输送对温度损耗大。
上述两种冷却技术虽能代替切削液加工，但应用范围太小，效果欠佳。因此，如何研发一种可以提高相应的切削参数，实现高效、节能的清洁化加工的冷却设备，就成为了本领域技术人员的重点课题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单，实现方便，高效、节能的低温雾化冷风机。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
低温雾化冷风机，包括：
干燥塔，用于干燥、净化从所述低温雾化冷风机外部进入的空气；
制冷系统，采用二级压缩机式制冷，通过制冷系统中的换热器与干燥塔出气管道连通，用于冷却经干燥塔干燥后的气体，形成低温气流；
微量油供给机构，通过油管将油或液注入混合块；
混合块，分别与喷嘴、微量油供给机构和制冷系统连通，用于将注入其内的油或液与低温气流进行第一次雾化，形成低温气流液雾；
喷嘴，与混合块连通，将经第一次雾化后得到的低温气流液雾进行第二次雾化，形成低温雾化气流；
PLC控制系统，控制设备的运行、报警、停止等动作，同时，自动控制干燥空气的加热温度（120℃～140℃），调节控制微量油或液的消耗量（10～100ml/h）及冷风温度使用的范围（-10℃～-60℃）。
作为一种优选方式，所述干燥塔为两塔交换加热式干燥塔，其包括通过微热式三维管加热器相互连通的第一干燥塔和第二干燥塔。
进一步的，所述制冷系统为二级压缩式制冷系统。
为了更好的实现本发明，所述喷嘴为万向可调式喷嘴。
其中，所述微量油供给机构包括容器和与该容器连接的微量油装置，该微量油装置通过油管与混合块连通。
作为一种优选方式，所述喷嘴与混合块之间通过可调试管道连通。
在上述结构的基础上，本发明还提供了该低温雾化冷风机的实现方法，包括以下步骤：
（1）外部空气进入干燥塔内，干燥、净化空气中的水和油，得到相应压力露点的干燥气体；
（2）干燥气体经管道输送至制冷系统进行冷却，形成低温气流；
（3）将所述步骤（2）中的低温气流经保温管道输送至混合块，同时，微量油供给机构通过油管将油或液注入混合块，低温气流和油或液进行第一次雾化，形成低温气流液雾；
（4）将所述步骤（3）中的低温气流液雾经喷嘴，进行第二次雾化，形成低温雾化气流；将该低温雾化气流喷射至切削区域，即可对切削区域进行低温冷风微量液或油的冷却、润滑加工。
其中，所述步骤（1）中干燥塔包括通过微热式三维管加热器相互连通的第一干燥塔和第二干燥塔，该干燥塔干燥空气的具体方法如下：
空气进入第一干燥塔内部，第一干燥塔吸附，干燥后的气体一部分经过微热式三维管加热器加热并进入第二干燥塔进行处理吸附剂，同时排出废气，干燥后的气体另一部分进入制冷系统冷却；当第一干燥塔中吸附剂饱和后，第一干燥塔和第二干燥塔交换工作；
或者，空气进入第二干燥塔内部，第二干燥塔吸附，干燥后的气体一部分经过微热式三维管加热器加热并进入第一干燥塔进行处理吸附剂，同时排出废气，干燥后的气体另一部分进入制冷系统冷却；当第二干燥塔中吸附剂饱和后，第二干燥塔和第一干燥塔交换工作。
为了更好的实现本发明，所述步骤（2）中的低温气流温度为-10℃～-60℃。所述步骤（4）中低温雾化气流中的液或油微粒大小为20um。
本发明的设计原理：将一定压力下（0.3～0.6Mpa）的常温空气经净化干燥后，通过制冷系统冷却至零下-10℃～-60℃成低温气流，然后配置雾化装置，通过二级雾化处理，将微量油或液经过二次雾化送入低温气流中，形成低温雾化气流，通过该低温雾化气流代替现有的用冷却液冷却、润滑、排屑加工的方式，从源头上阻断了切削加工过程中产生的污染，同时这种低温雾化冷却技术使切削区域的温度充分降低，改善了现有切削加工的切削应力、摩擦力，从而可以提高相应的切削参数，实现高效、节能的清洁化加工。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明改变了传统的用油和冷却液冷却的切削加工方式，通过含有充分的微量油或液雾的低温雾化气流充分冷却和润滑刀具和工件，不仅可使切削区域的温度充分降低，冷却效果良好；而且，改善了现有切削加工的切削应力，从而提高了相应的切削参数，实现高效切削加工；另一方面，加工中无废液、废油的产生，解决了各类车床、铣床、镗、磨及加工中心等大量排废液造成对环境的污染问题，实现了清洁化的加工。
（2）本发明将低温气流与二次雾化有机结合为一体，一方面，低温气流温度为-10℃～-60℃，可充分降低切削区域的温度，有效地克服了现有技术常温空气的微量油雾化技术冷却效率低、易磨损刀具的问题；同时，通过混合块和喷嘴进行二次雾化，微量润滑油或液雾化后产生的微粒大小极细，一般为20um左右，在确保其正常的润滑效果的前提下，极大地降低了微粒对刀具的磨损，成倍延长刀具的使用寿命，有效地克服了现有低温冷风射流机干式切削的缺陷。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中微量油供给机构、制冷系统与混合块的连接框图。
图3为本发明-实施例1中喷嘴的结构示意图。
图4为本发明-实施例2中喷嘴的结构示意图。
其中，附图中标记所对应的名称：1-微热式三维管加热器，2-第一干燥塔，3-第二干燥塔，4-喷嘴，5-制冷系统，6-容器，7-微量油装置，8-混合块,9-可调试管道,10-喷嘴体，11-喷嘴口，12-微量油供给机构，13-阀芯，14-保温管道，15-油管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
现有机床的切削加工中，工件和刀具的冷却主要分为三种：传统冷却液喷淋式冷却、润滑；有润滑、但冷却效果差的常温空气的微量油雾化；无润滑的低温空气流冷却。为了克服上述缺陷，本实施例提供了一种低温雾化冷风机，如图1所示，该低温雾化冷风机改变了传统的用油和冷却液冷却的切削加工方式，同时将常温空气的微量油雾化和低温空气流冷却技术有机的结合为一体，将一定压力下的常温空气干燥、净化后，气流经制冷系统冷却后形成低温气流，然后将液或油经过两次雾化处理，将微量油或液雾化成极细的微粒形成低温雾化气流，用该低温雾化气流对切削区域进行冷却、润滑处理，不仅冷却效果佳、对刀具的磨损小，而且加工中无废液、废油的产生，实现了高效、节能的清洁化加工。
为了使得本领域技术人员对本发明创造中的各零部件及其连接关系有更清晰的认识，下面结合附图对其详细说明：
低温雾化冷风机，包括：干燥塔，用于干燥从所述低温雾化冷风机外部进入的空气，干燥空气中的水及油；作为一种优选方式，提高干燥效果，本实施例中干燥塔为两塔交换加热式干燥塔，其包括通过微热式三维管加热器1相互连通的第一干燥塔2和第二干燥塔3，空气进入第一干燥塔内部，第一干燥塔吸附，干燥后的气体一部分经过微热式三维管加热器加热并进入第二干燥塔进行处理吸附剂，同时排出废气，干燥后的气体另一部分进入制冷系统冷却；当第一干燥塔中吸附剂饱和后，第一干燥塔和第二干燥塔交换工作；
或者，空气进入第二干燥塔内部，第二干燥塔吸附，干燥后的气体一部分经过微热式三维管加热器加热并进入第一干燥塔进行处理吸附剂，同时排出废气，干燥后的气体另一部分进入制冷系统冷却；当第二干燥塔中吸附剂饱和后，第二干燥塔和第一干燥塔交换工作。
制冷系统，通过换热器与干燥塔出气管道连通，用于冷却经干燥塔干燥后的气体，形成低温气流；作为一种优选方式，制冷系统采用二级压缩式制冷，制冷温度根据所需温度配置。
微量油供给机构，通过油管将油或液注入混合块。
混合块，分别与喷嘴、微量油供给机构和设备出口的保温软管连接，用于将注入其内的油或液与低温气流进行第一次雾化，形成低温气流液雾。
喷嘴，与混合块8连通，将经第一次雾化后得到的低温气流液雾进行第二次雾化，形成低温雾化气流。
输入的压缩空气通过微量油供给机构，在活塞泵的作用下，均匀的将液体送入混合块内进行一次雾化，一次雾化后进入喷嘴4内，将微量液体二次雾化成极细的微粒形成低温雾化气流，该微粒大小一般为20um。
本实施例中，如图2所示，微量油供给机构12包括容器6和与该容器6连接的微量油装置7，该微量油装置7通过油管15与混合块8连通；同时，制冷系统通过保温管道14与混合块连通，混合块一端还通过可调式管道9与喷嘴连通。
在一种实施方案中，如图3所示，喷嘴由喷嘴体10及喷嘴口11组成，喷嘴体通过可调式管道9与混合块8连通。喷嘴由金属制成，其直径为2至5毫米，喷嘴体与喷嘴口连接，喷嘴口外壁为带螺纹的六方形，喷嘴口与喷嘴体有1mm的间隙，从而使气雾分别从喷嘴的中心及喷嘴口与喷嘴体的缝隙喷出，实现液雾的二次雾化，图中箭头表示气雾方向。
PLC控制系统，控制设备的运行、报警、停止等动作，同时，自动控制干燥后空气的加热温度（120℃～140℃），调节控制微量油或液的消耗量（10～100ml/h）及冷风温度使用范围（-10℃～-60℃）。该PLC控制系统为现有成熟技术，因此，本实施例中不再赘述。
进一步的，低温雾化冷风机的温度、流量设置调节阀，温度在-10℃～-60℃，冷风流量在1～5N m3/min，微量油或液消耗量在10～100ml/h，上述均可调节。低温雾化冷风机设备的外形采用全钢架喷塑结构，占用空间小。
为了降低气流、液雾在输送过程中的能量损耗，本实施例中气流、液雾的输送中的保温管道均采用不锈钢真空保温软管或不锈钢网罩泡沫保温软管。
低温雾化冷风机的实现方法，包括以下步骤：（1）外部空气进入干燥塔内，干燥、净化空气中的水和油，得到相应压力露点的干燥气体；（2）干燥气体经管道输送至制冷系统进行冷却，形成低温气流；（3）将所述步骤（2）中的低温气流经保温管道输送至混合块，同时，微量油供给机构通过油管将油或液注入混合块，低温气流和油或液进行第一次雾化，形成低温气流液雾；（4）将所述步骤（3）中的低温气流液雾经喷嘴，进行第二次雾化，形成低温雾化气流；将该低温雾化气流喷射至切削区域，即可对切削区域进行低温冷风微量液或油的冷却、润滑加工。
实施例2
本实施例与实施例1的不同点在于，喷嘴的结构不同，如图4所示，本实施例中喷嘴由喷嘴体10、喷嘴口11及设置在二者之间的阀芯13组成，喷嘴口与喷嘴体连接处及喷嘴口与阀芯中心孔有1mm的间隙，可调式管道与喷嘴体连接，混合块与喷嘴通过可调式软管9与喷嘴连通，液从阀芯中心的孔径（直径为1mm）喷出，低温气流从阀芯中心孔四周及喷嘴体与喷嘴口的缝隙喷出，实现第二次雾化，图中箭头表示气雾方向。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.低温雾化冷风机，其特征在于，包括：
干燥塔，用于干燥、净化从所述低温雾化冷风机外部进入的空气；
制冷系统，与干燥塔连通，用于冷却经干燥塔干燥后的气体，形成低温气流；
微量油供给机构，通过油管将油液注入混合块；
混合块，分别与微量油供给机构和制冷系统连通，用于将注入其内的油液与低温气流进行第一次雾化，形成低温气流液雾，混合块还连接有喷嘴；
喷嘴，与混合块连通，将经第一次雾化后得到的低温气流液雾进行第二次雾化，形成低温雾化气流；
PLC控制系统。
2.根据权利要求1所述的低温雾化冷风机，其特征在于，所述干燥塔为两塔交换加热式干燥塔，其包括通过微热式三维管加热器（1）相互连通的第一干燥塔（2）和第二干燥塔（3）。
3.根据权利要求1所述的低温雾化冷风机，其特征在于，所述制冷系统（5）为二级压缩式制冷系统。
4.根据权利要求1所述的低温雾化冷风机，其特征在于，所述喷嘴（4）为万向可调式喷嘴。
5.根据权利要求1所述的低温雾化冷风机，其特征在于，所述微量油供给机构包括容器（6）和与该容器（6）连接的微量油装置（7），该微量油装置（7）通过油管与混合块（8）连通。
6.根据权利要求1至5任一项所述的低温雾化冷风机，其特征在于，所述喷嘴与混合块（8）之间通过可调试管道（9）连通。
7.如根据权利要求1至6任一项所述的低温雾化冷风机的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）外部空气进入干燥塔内，干燥、净化空气中的水和油，得到相应压力露点的干燥气体；
（2）干燥气体经管道输送至制冷系统进行冷却，形成低温气流；
（3）将所述步骤（2）中的低温气流经保温管道输送至混合块，同时，微量油供给机构通过油管将油液注入混合块，低温气流和油液进行第一次雾化，形成低温气流液雾；
（4）将所述步骤（3）中的低温气流液雾经喷嘴，进行第二次雾化，形成低温雾化气流；将该低温雾化气流喷射至切削区域，即可对切削区域进行低温冷风微量液或油的冷却、润滑加工。
8.根据权利要求7所述的低温雾化冷风机的实现方法，其特征在于，所述步骤（1）中干燥塔包括通过微热式三维管加热器相互连通的第一干燥塔和第二干燥塔，干燥塔干燥空气的具体方法如下：
空气进入第一干燥塔内部，第一干燥塔吸附，干燥后的气体一部分经过微热式三维管加热器加热并进入第二干燥塔进行处理吸附剂，同时排出废气，干燥后的气体另一部分进入制冷系统冷却；当第一干燥塔中吸附剂饱和后，第一干燥塔和第二干燥塔交换工作；
或者，空气进入第二干燥塔内部，第二干燥塔吸附，干燥后的气体一部分经过微热式三维管加热器加热并进入第一干燥塔进行处理吸附剂，同时排出废气，干燥后的气体另一部分进入制冷系统冷却；当第二干燥塔中吸附剂饱和后，第二干燥塔和第一干燥塔交换工作。
9.根据权利要求7所述的低温雾化冷风机的实现方法，其特征在于，所述步骤（1）中空气压力为0.3～0.6Mpa，流量为1～5Nm3/min；所述步骤（2）中的低温气流温度为-10℃～-60℃。
10.根据权利要求7所述的低温雾化冷风机的实现方法，其特征在于，所述步骤（4）中低温雾化气流中的液或油微粒大小为20um。
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