CN104174521A - 一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及准干式切削技术领域，尤其涉及一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，包括喷嘴本体和喷嘴套管，喷嘴本体包括依次连通的固定部、杆部和喷射部，固定部设置有第一螺纹接口，杆部的底部设置有外螺纹，喷射部的顶端开设有喷射孔，喷射孔内设置有气体分流器；喷嘴套管包括一体成型的套管底部、套管中部和套管导流锥部，套管底部设置有第二螺纹接口，喷嘴本体与喷嘴套管螺接组成具有双壁结构的防霜化喷嘴，套管底部侧壁设置有气孔螺纹接口，套管导流锥部的内壁与喷射部的外壁之间形成有间隙结构。该喷嘴能有效防止喷嘴外表面以及喷嘴出口边缘部位出现霜化现象，实现低温冷风和微量油雾的同管喷射，低温冷风能量损失少，噪音小。

Description

一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴

技术领域

本发明涉及一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，在极低冷风中混入微量润滑油，经此喷嘴喷出可有效防止喷嘴处霜化结冰现象的发生，属于绿色高效的准干式切削技术领域。

背景技术

低温微量润滑技术是将低温压缩空气与微量润滑油雾混合后，喷射至加工区域，对加工区实施冷却和润滑的一种新型准干式切削技术。高压高速流动的低温冷风气流一方面可带动微量润滑油更好的喷向加工区，并在加工区表面形成润滑膜，有效减小刀具与工件、刀具与切屑之间的摩擦，降低切削力，高速流动的气体也可使排屑更加顺畅；另一方面由于低温冷风具有极低的温度，可以显著均匀地降低加工区、刀具及工件的温度，利用材料的低温脆性，使其在韧度降低、延性减小的情况下完成切屑与工件的分离，有效地抑制刀具磨损，提高刀具耐用度，改善已加工表面的加工质量。

 在低温微量润滑技术中，其技术难点在于低温冷风和微量润滑油的匹配以及采用怎样的喷嘴进行低温冷风和润滑油雾的喷射。润滑油的润滑特性与其所在环境下的温度有很大关系，温度过高会使得润滑油失去其润滑性能。采取何种喷嘴进行低温冷风和润滑油雾的喷射，才能更好的使低温微量润滑油雾喷向加工区域，并发挥低温冷风的冷却作用和微量润滑油雾的润滑特性，这些都与所使用的喷嘴结构有很大关系。

 在一般低温冷风喷嘴中，其结构都为直通式的管，即低温冷风与油分别通过不同管路被送同一喷嘴内部充分混合，再经喷嘴喷向加工区域。该方式对微量润滑油的耐低温性能要求极高，当采用一般的微量润滑油时，极低温度的冷风与油雾混合后，使得油雾中的油颗粒极易在喷嘴内部凝固甚至结冰，从而造成喷嘴管道以及喷头处阻塞，使得在切削过程中混有油雾的冷风很难从喷嘴喷出。另一种低温微量润滑技术喷射方法是异管喷射，即低温冷风和油雾在各自的传输管道末端分别接上喷嘴，两个喷嘴同一时间分别向加工区域喷射冷风和油雾。这一喷射方式的优点是对所用微量润滑油的耐低温性能要求不高，可以采用普通油剂，缺点是安装调整非常不便,而且冷风和油无法进行充分混合,而且风量大的一方会把风量小的吹离加工区，加工效果不够理想。

 不管采用何种喷射方式，以上所述的喷嘴结构都有一个不可避免的缺点，即喷嘴外表面以及喷嘴冷风出口边缘部位极易结霜并生成厚厚的冰层包裹住喷嘴外壁以及喷嘴边缘部位。这种喷嘴在使用过程中，由于极低的温度使得整个喷嘴表面温度极低，外界空气中的水分极易在喷嘴外表面以及喷嘴边缘凝结并霜化结冰，随着冷风的持续通过喷出，不断凝结的小水珠霜化结冰后会在喷嘴外表面和喷嘴出口边缘部位形成一层厚厚的冰层，这不仅会使得喷嘴出口出现严重堵塞现象，使得混有微量润滑油的低温冷风很难从喷嘴喷出，还会由于小水珠的不断霜化结冰大大增加喷嘴的重量，导致喷管由于重力向下伸直，最导致冷风油雾的喷射方向改变而无法精准流向加工区。

在现有低温冷风设备中，冷量与压缩空气量有关,即所需的冷量越多，所需要的压缩空气量也越大。一般直通式的喷嘴，其出口处气流没有进行合理的配置，使得喷嘴在喷出较大量的低温冷风气体时，会产生很大噪音，这一缺点在很大程度上限制了低温微量润滑技术的推广和运用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，该喷嘴能有效防止喷嘴外表面以及喷嘴出口边缘部位出现霜化现象，实现低温冷风和微量油雾的同管喷射的同时，最大程度上降低低温冷风的能量的损失，且喷嘴出口的噪音较小。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，包括喷嘴本体和喷嘴套管，喷嘴本体包括依次连通的固定部、杆部和喷射部，固定部设置有第一螺纹接口，杆部的底部设置有与喷嘴套管连接的外螺纹，喷射部的顶端开设有喷射孔，喷射孔内设置有气体分流器；所述喷嘴套管包括一体成型的套管底部、套管中部和套管导流锥部，套管底部设置有与外螺纹配合使用的第二螺纹接口，所述喷嘴本体与所述喷嘴套管螺接组成具有双壁结构的防霜化喷嘴，所述套管底部的侧壁设置有与第二螺纹接口连通的气孔螺纹接口，所述套管导流锥部的内壁与所述喷射部的外壁之间形成有间隙结构。

其中，所述喷射孔的气流出口长度比所述套管导流锥部的气流出口长度短3-10mm。

其中，所述喷射部包括一体成型的加强部、圆柱部和薄壁导流锥部，所述气体分流器与所述薄壁导流锥部的内壁过盈配合，所述加强部的底部与所述杆部连接，所述加强部的外壁设置有四个凹槽，相邻两个凹槽之间形成有棱边，四个棱边的外壁分别与所述喷嘴套管的内壁相抵。

其中，所述喷嘴本体、所述喷嘴套管的内、外表面均喷涂有隔热涂层。

其中，所述气体分流器包括分流器主体，分流器主体的外壁设置有至少两个扇形隔条，相邻两个扇形隔条和喷射部的内侧壁之间形成一出气孔。

其中，所述分流器主体的外壁圆周排布有四个所述扇形隔条，四个所述扇形隔条和所述喷射部的内侧壁之间形成四个所述出气孔，所述分流器主体中部设置有中心气孔。

其中，所述气体分流器的轴向长度小于所述喷射部的轴向长度，且气体分流器的顶部伸出所述喷射孔。

其中，所述间隙结构的间隙为0.02-0.8mm。

其中，所述防霜化喷嘴用于喷射低温冷风与小颗粒油雾，低温冷风的温度为-60℃至0℃，所述小颗粒油雾的颗粒度为20-50μm。

其中，所述低温冷风的通气量为50-500L/min，形成所述小颗粒油雾的耗油量为2-30ml/h。

本发明的有益效果：

（1）本发明的喷嘴结构为可拆卸的双壁结构，低温冷风由喷嘴本体通入，油雾通过喷嘴套管的气孔螺纹接口通入。由于喷嘴本体是套在喷嘴套管里面，二者不接触而是有一定的间隙，因此不断通入的油雾可形成一层防护层，能大大降低通有低温冷风的喷嘴本体与喷嘴套管之间的能量交换量，一方面可有效降低冷量损失，另一方面因喷嘴套管外部的温度不低，而有效防止外界空气中的水分在喷嘴套管上凝结霜化。

（2）本发明的喷嘴本体前端设有孔壁极薄的薄壁导流锥部，即使有空气中的水分在冷风喷嘴出口边缘部位凝结霜化，也会因出口孔壁极薄而很快被高速流动的油雾吹出，使霜无法在出口端部停留，从而可有效防止喷嘴出口堵塞现象的发生。

（3）本发明的喷嘴本体的喷射部内部设有气体分流器，对喷嘴本体的出口气流进行合理配置，起到很好地降噪音效果，与传统喷嘴相比噪音量可降低30-40%。喷嘴套管以及喷嘴本体的前段都设有导流锥面，油雾以及与低温冷风混合之后的油雾气流顺着导流锥面流出的同时形成科恩达效应，这一效果可在一定程度上回收漂浮在喷嘴周围的油雾气流，并将其喷射至加工区域，重新起到冷却润滑的作用。

（4）本发明的防霜化喷嘴能实现低温冷风和微量油雾的同管喷射，且能确保-60℃至0℃ 的低温冷风喷射而不结冰结霜，防霜化效果突出，对润滑油的抗低温性能要求不高，适用性广。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的内部气流走势图。

图3是本发明的气体分流器的俯视图。

图4是本发明的气体分流器的剖视图。

附图标记包括有：

1.喷嘴本体，11.固定部，111.第一螺纹接口，12.杆部，121.外螺纹，13.喷射部，131.喷射孔，132.加强部，133.圆柱部，134.薄壁导流锥部，135.棱边，2.喷嘴套管，21.套管底部，211.第二螺纹接口，22.套管中部，221.气孔螺纹接口，23.套管导流锥部，24.间隙结构，3.气体分流器，31.分流器主体，32.扇形隔条，33.出气孔，34.中心气孔，4.低温冷风气流，5.油雾，6.混有油雾的低温冷风气流，7.喷嘴周围的油雾。

具体实施方式

结合以下实施例和附图对本发明作进一步描述，如图1至图4所示。

本实施例的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，包括喷嘴本体1和喷嘴套管2，喷嘴本体1包括依次连通的固定部11、杆部12和喷射部13，固定部11设置有第一螺纹接口111，杆部12的底部设置有与喷嘴套管2连接的外螺纹121，喷射部13的顶端开设有喷射孔131，喷射孔131内设置有气体分流器3；所述喷嘴套管2包括一体成型的套管底部21、套管中部22和套管导流锥部23，套管底部21设置有与外螺纹121配合使用的第二螺纹接口211，所述喷嘴本体1与所述喷嘴套管2螺接组成具有双壁结构的防霜化喷嘴，所述套管底部21的侧壁设置有与第二螺纹接口211连通的气孔螺纹接口221，所述套管导流锥部23的内壁与所述喷射部13的外壁之间形成有间隙结构24。

本发明的喷嘴结构为可拆卸的双壁结构，低温冷风由喷嘴本体1通入，纯油雾5或者掺有少量水的油雾5通过喷嘴套管2的气孔螺纹接口221通入。由于喷嘴本体1是套在喷嘴套管2里面的，因此不断通入的油雾5可形成一层防护层，能大大降低通有低温冷风的喷嘴本体1与喷嘴套管2进行能量交换量，从而防止外界空气中的水分在喷嘴上凝结霜化。

如图2所示，低温冷风经喷嘴本体1中的第一螺纹接口111通入，再经薄壁导流锥部134内部的气体分流器3分流后喷出；油雾5经喷嘴套管2中的气孔螺纹接口221通入，气孔螺纹接口221与喷嘴套管2的内部相通，油雾5在喷嘴本体1中薄壁导流锥部134的前端与低温冷风混合形成混有油雾的低温冷风气流6，随后经喷嘴套管2出口喷向加工区域。

低温冷风气流4经喷嘴本体1通入并流经薄壁导流锥部134内部时，安置在薄壁导流锥部134内部的气体分流器3可对低温冷风进行分流作用，使其沿着薄壁导流锥部134内部均匀流向喷嘴套管2的内部靠近出口处与油雾5混合。由于气体分流器3对高速流动的低温冷风气体有了一个很好的气流配置作用，使得低温冷风气体流出薄壁导流锥部134时噪音大大降低，经测试安装气体分流器后的噪音比安装前可降低30～40%。

本发明的喷嘴本体1前端设有孔壁极薄的薄壁导流锥部134，即使有空气中的水分在冷风喷嘴出口边缘部位凝结霜化，也会因出口孔壁极薄而无法粘附而很快被高速流动的油雾5吹出，因此可有效防止喷嘴出口堵塞现象的发生。

本发明的喷嘴本体1的喷射部13内部设有气体分流器3，对喷嘴本体1的出口气流进行合理配置，起到很好地降噪音效果，与传统喷嘴相比噪音量可降低30-40%。喷嘴套管2以及喷嘴本体1的前段都设有导流锥面，油雾5以及与低温冷风混合之后的气流顺着导流锥面流出的同时形成科恩达效应，这一效果可在一定程度上回收漂浮在喷嘴周围的油雾7，并将其喷射至加工区域，重新起到冷却润滑的作用，有效降低了低温冷风油雾的用量。

本发明的防霜化喷嘴能实现低温冷风和微量油雾的同管喷射，且能确保-60℃至0℃ 的低温冷风喷射而不结冰结霜，防霜化效果突出，对油雾5的抗低温性能要求不高，使用成本更低，适用性广。

优选地，本发明的喷嘴本体1和喷嘴套管2为导热不良、保温性能好的工程材料，如不锈钢、钛合金、刚性强的塑料等，有利于降冷量被传递损失。更优选地，喷嘴本体1与喷嘴套管2的内外表面均匀喷涂有隔热涂层，隔热涂层所用的涂料为低传热的隔热涂料，隔热保温性能好。优选地，隔热涂层的厚度为0.1-1mm。具体地，固定部11、杆部12和喷射部13一体成型，结构强度高，气密性好。

本实施例的喷射孔131的气流出口长度比所述套管导流锥部23的气流出口长度短3-10mm，优选为4-6mm，可避免冷风经喷射孔131的气流出口流出时与含水量较高的外界空气接触，更有效地降低结霜的可能性。具体地，薄壁导流锥部134的气流出口较喷嘴套管2的管导流锥部的气流出口稍往里伸缩1-2mm，确保不断通入的油雾5可在喷嘴本体1的喷射孔131外形成一层防护层，降低冷风与外界空气接触，从而防止外界空气中的水分在喷射孔131的气流出口上凝结霜化。

本实施例的喷射部13包括一体成型的加强部132、圆柱部133和薄壁导流锥部134，结构强度高，喷射部13的气密性好，所述气体分流器3与所述薄壁导流锥部134的内壁过盈配合，结构紧凑，连接稳定性高。优选地，所述喷嘴本体1一体成型，结构强度高，有效避免零部件松脱导致低温冷风气流4泄露。具体地，所述加强部132呈正方形结构，所述加强部132的底部与所述杆部12连接，所述加强部132的外壁设置有四个凹槽，相邻两个凹槽之间形成有棱边135，四个棱边135的外壁分别与所述喷嘴套管2的内壁相抵，起固定作用，同时因接触面积很小，加上材质为热不良导体，能量传递极少。加强部132和螺纹121一起起到对喷嘴本体1在喷嘴套管2内部固定作用。

所述喷嘴本体1中的加强部132在喷嘴套管2内部可对通进来的油雾5也具有一定的分流效果，即油雾5只能通过凹槽流出，使油雾5沿薄壁导流锥部134外壁均匀流出，噪音相应降低，且油雾流流经薄壁导流锥部134的导流锥面时可形成科恩效应，如图2所示，加强部132的设置一方面可使油雾流快速喷出并与低温冷风迅速混合；另一方面四个棱边135与喷嘴套管2的内壁抵接，有利于增强本发明的防霜化喷嘴的结构强度；第三有一定的降噪作用。常温油雾5的不断通入，因压缩空气导热性不高，使得喷嘴本体1中的低温冷风能量很难传递到喷嘴套管2的外表面，使喷嘴套管2外表面温度不会过低，从而可有效防止空气中的水分在喷嘴外壁凝结霜化，而且接受冷量降温的油雾5和低温冷风混合后，又重新把冷量贡献回来。

具体地，凹槽的表面到喷嘴套管2的内侧面的距离是2-3mm，每个凹槽的顶端设置有导向斜面，导向斜面由凹槽向圆柱部133延伸成型，导向斜面的顶端呈由内向外伸出的斜面，斜面的顶端呈弧形，导流效果大大增强，喷射部13的外壁平滑，油雾流动速度高。更优选地，薄壁导流锥部134的出口边缘处壁厚度为0.3-0.5mm，孔壁极薄， 凝结霜化的小水珠很难附着在薄壁导流锥部134出口边缘处，况且油雾5沿着薄壁导流锥部134外表面喷出时，持续流动的油雾流体可使薄壁导流锥部134出口边缘处凝结的一小部分小水珠被迅速带走，从而避免低温冷风出口处霜化现象。因此，本发明的防霜化喷嘴结构可有效防止低温冷风喷嘴处霜化结冰现象的发生。

从薄壁导流锥部134的喷射孔131喷出的低温冷风气体与沿着薄壁管导流锥面Ⅰ喷出的油雾5，如图2所示，在接近喷嘴套管2出口处的一小段空间内充分混合后喷向加工区域，此时由于喷嘴套管2设有导流锥面11，可使混有油雾的低温冷风气流6经喷嘴套管2的出口喷出时形成科恩达效应，这一效应可在一定程度上回收漂浮在喷嘴周围的油雾7，并将其喷射至加工区域重新起到冷却润滑的作用。

本实施例的薄壁导流锥部134的圆锥角度为25-35°，所述套管导流锥部23的圆锥角度为25-35°。使得喷出来的混有油雾的低温冷风气流6能集中到很小的加工区域，比普通喷嘴要节省45%以上的微量切削油，为使本发明达到最佳使用效果，所述薄壁导流锥部134和所述套管导流锥部23的圆锥角度均为30°。

如图3和图4所示，本实施例的气体分流器3包括分流器主体31，分流器主体31的外壁设置有至少两个扇形隔条32，相邻两个扇形隔条32和喷射部13的内侧壁之间形成一出气孔33。具体地，本实施例的分流器主体31的外壁圆周排布有四个所述扇形隔条32，四个所述扇形隔条32和所述喷射部13的内侧壁之间形成四个所述出气孔33，所述分流器主体31中部设置有中心气孔34。

低温冷风气流4经喷嘴本体1通入并流经薄壁导流锥部134内部时，气体分流器3可对低温冷风进行分流作用，使其沿着四个出气孔33、中心气孔34均匀流向喷嘴套管2内部靠近出口处并与油雾5混合。由于气体分流器3对高速流动的低温冷风气体有了一个很好的气流配置作用，使得低温冷风气体流出喷射部13时噪音大大降低。

本实施例的气体分流器3的轴向长度小于所述喷射部13的轴向长度，且气体分流器3的顶部伸出所述喷射孔131。

本实施例的间隙结构24的间隙为0.02-0.8，具体地，圆柱部133的外壁与喷嘴套管2的内壁的间隙为0.5-0.8mm，凹槽的表面与喷嘴套管2的内壁的间隙为0.02-0.04mm，油雾5通过气孔螺纹接口221进入喷嘴套管2后，在间隙结构24的作用下，油雾5由环形缝隙流道内高速吹出，因间隙小，所以流速很高而冲击大，能有效保证把薄壁导流锥部134出口边缘处凝结的一小部分小水珠迅速带走。

本实施例的防霜化喷嘴用于喷射低温冷风与小颗粒油雾，低温冷风的温度为-60℃至0℃，优选地，低温冷风的温度为-60℃至-10℃，小颗粒油雾的颗粒度为20-50μm，优选地，小颗粒油雾的颗粒度为30-40μm。具体地，本实施例的低温冷风的通气量为50-500L/min，形成所述小颗粒油雾的耗油量为2-20ml/h。优选地，低温冷风的通气量为100-300L/min，形成所述小颗粒油雾的耗油量为2-10ml/h。 

本发明对油雾5的要求较低，可采用本领域的常规微量润滑切削油，适用范围广。本发明的防霜化喷嘴能实现低温冷风和微量油雾5的同管喷射，且能确保-60℃至0℃ 的低温冷风喷射而不结冰结霜，防霜化效果突出。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：包括喷嘴本体和喷嘴套管，喷嘴本体包括依次连通的固定部、杆部和喷射部，固定部设置有第一螺纹接口，杆部的底部设置有与喷嘴套管连接的外螺纹，喷射部的顶端开设有喷射孔，喷射孔内设置有气体分流器；所述喷嘴套管包括一体成型的套管底部、套管中部和套管导流锥部，套管底部设置有与外螺纹配合使用的第二螺纹接口，所述喷嘴本体与所述喷嘴套管螺接组成具有双壁结构的防霜化喷嘴，所述套管底部的侧壁设置有与第二螺纹接口连通的气孔螺纹接口，所述套管导流锥部的内壁与所述喷射部的外壁之间形成有间隙结构。

2.根据权利要求1所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述喷射孔的气流出口长度比所述套管导流锥部的气流出口长度短3-10mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述喷射部包括一体成型的加强部、圆柱部和薄壁导流锥部，所述气体分流器与所述薄壁导流锥部的内壁过盈配合，所述加强部的底部与所述杆部连接，所述加强部的外壁设置有四个凹槽，相邻两个凹槽之间形成有棱边，四个棱边的外壁分别与所述喷嘴套管的内壁相抵。

4.根据权利要求3所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述喷嘴本体、所述喷嘴套管的内、外表面均喷涂有隔热涂层。

5.根据权利要求1所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述气体分流器包括分流器主体，分流器主体的外壁设置有至少两个扇形隔条，相邻两个扇形隔条和喷射部的内侧壁之间形成一出气孔。

6.根据权利要求5所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述分流器主体的外壁圆周排布有四个所述扇形隔条，四个所述扇形隔条和所述喷射部的内侧壁之间形成四个所述出气孔，所述分流器主体中部设置有中心气孔。

7.根据权利要求5所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述气体分流器的轴向长度小于所述喷射部的轴向长度，且所述气体分流器的顶部伸出所述喷射孔。

8.根据权利要求1所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述间隙结构的间隙为0.02-0.8mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述防霜化喷嘴用于喷射低温冷风与小颗粒油雾，低温冷风的温度为-60℃至0℃，小颗粒油雾的颗粒度为20-50μm。

10.根据权利要求9所述的一种用于低温微量润滑切削的防霜化喷嘴，其特征在于：所述低温冷风的通气量为50-500L/min，形成所述小颗粒油雾的耗油量为2-20ml/h。