CN105269392B - 钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金航空结构件加工领域，特别涉及一种钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其包括：储油模块，所述储油模块内部储存油；混合模块，所述储油模块连通所述混合模块，所述混合模块上连接有冷气源，所述储油模块输出的油和所述冷气源输出的冷气在所述混合模块内混合形成喷雾；喷射模块，所述喷射模块安装于所述混合模块上，用于输出所述喷雾，所述喷射模块包括三个喷嘴，用于从三个方向向钛合金航空结构件铣削加工处喷射所述喷雾，用于冷却和排屑；本发明的目的在于提供一种针对钛合金航空结构件、提高冷却效果、减少积屑瘤现象的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金航空结构件加工领域，特别涉及一种钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统。
背景技术
传统方式的切削加工中，会产生热量和切削屑，热量超出一定范围后会造成不良影响，切削屑累计过多也会造成堵塞，影响工件的加工；
所以，在现有技术中，会在切削加工中，持续地或者间接地跟随着刀具，喷射矿物油，实现降温，同时，冲洗切削液；
但是矿物油在使用完后，大量的矿物油极其不易回收和处理，而废矿物油是由多种物质组成的复杂混合物，主要成份有C15-C36的烷烃、多环芳烃（PAHS）、烯烃、苯系物、酚类等，一旦进入外环境，将造成严重的环境污染；
现在在本技术领域提出了一种干式切削的理念，但是具体落实在实践中，还有非常多的问题，基本是一个非常冷门的领域，大家都处于研发阶段；
而在航空领域，也涉及到这么一个问题，这个领域中，钛合金的使用率非常高，使用传统方法加工钛合金工件，也会出现所述的污染问题，现在在这个干式切削领域，大家也都在尝试，基本上使用最多的是设置一个涡流管，跟随着刀具移动，对着加工处进行喷射冷气，但是实际使用过程中，虽然达到降温效果，但也会有不稳定的积屑瘤现象出现，而且，降温和排屑都存在不同的死角，导致加工及其不稳定，航空领域的钛合金工件加工质量得不到保障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种针对钛合金航空结构件、提高冷却效果、减少积屑瘤现象的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其包括：
储油模块，所述储油模块内部储存油；
混合模块，所述储油模块连通所述混合模块，所述混合模块上连接有冷气源，所述储油模块输出的油和所述冷气源输出的冷气在所述混合模块内混合形成喷雾；
喷射模块，所述喷射模块安装于所述混合模块上，用于输出所述喷雾，所述喷射模块包括三个喷嘴，用于从三个方向向钛合金航空结构件铣削加工处喷射所述喷雾，用于冷却和排屑。
如背景技术中所述，在航空领域，特别是钛合金航空结构件加工领域，干式切削还是一个非常非常冷门的概念，大家都还处于研发阶段，本申请的方案，在实际实验中，取得了较好的效果；
首先，钛合金这种材料，加工时，会产生很大的热量，但是，它的熔点一般是低于1668°的，特别对于航空领域来说，这个领域所采用的钛合金一般是用于高温环境，以及更追求的是轻和高的强度、刚度，所以其熔点大部分甚至比1668°还要低，那么，在加工中，铣削部位产生的热量不好控制，非常容易温度过高，造成工件的变形，所以，按照常规的理论上的用一个涡流管进行降温，经过实践，效果不是很理想，存在一定的冷却死角；
其次，由于钛合金硬度相对于高强度钢这种材料更低、塑性更大，本身就很容易产生积屑瘤，再加上上述的温度问题，会有剧烈的金属变形，极易产生积屑瘤；
同时，如果只用涡流管进行冷却，铣刀和工件的表面摩擦力不好控制，极易产生和平时相比更强烈摩擦，产生积屑瘤；
在经过一系列的研发之后，确定了本申请的技术方案，通过喷射模块的设置方式，在铣刀三周设置三个喷嘴，喷射油气混合的喷雾，对于航空结构件的钛合金材料加工中，是最优的；
在实际参数显示中，设置2个喷嘴，对于铣加工处的覆盖还是会有一定的死角，降温上来讲，其实也是可以勉强满足钛合金航空结构件的加工，但是如上述所述，航空领域的钛合金航空结构件熔点较低，对温度的控制要求很高，采用三个喷射装置，平均下来每个覆盖180°的弧度，以扇形（锥形）的方式喷射喷雾，范围还是较大，实际加工中不太稳定，容易出现上述的温度，还有摩擦力的问题（本申请采用油和冷气的方式，可以把油控制在一定范围，减小工件和铣刀之间的摩擦，防止因为摩擦过大产生积屑瘤，同时，又不会造成像以前那样大的污染）；
在实际参数显示中，设置4个喷嘴，可以有效地覆盖铣加工的区域，但是，实际操作中，对于喷射装置的控制又因为太密集而存在一些弊端，覆盖范围太大，以至于一些范围的交汇处，喷雾的量过多，造成油的浪费，引起不必要多于的污染，同时，交叉处的喷雾重叠，不易控制，易产生过大的压力，反而会引起积屑瘤；
所以，最终，根据实际实验的效果，本方案针对钛合金航空结构件这个特殊领域的工件，采用本申请的结构，设置三个喷嘴喷射喷雾，不会出现上述设置三个和五个的缺点，所有参数都刚好合适，加工效果也非常理想，在实际加工中，积屑瘤基本不会出现，而且品控非常稳定，冷却效果也很好，各个参数的控制，比如喷雾的压力，油量的调节，都在一个非常合适的范围，所以，在实际加工中，至少目前，在钛合金航空结构件加工领域，使用这种结构的加工方式处于最优选行列。
作为本发明的优选方案，润滑系统还包括制冷模块，用于制造冷气，与所述混合模块连通，提供冷气源。
作为本发明的优选方案，所述制冷模块为涡流管，方便采购，成本低，制冷效果好，更换方便。
作为本发明的优选方案，所述混合模块包括：
壳体；
分油装置，所述分油装置安装于壳体内，为类三棱锥形，三个锥面向中心轴线凹陷，形成弧形的锥面，顶部交接处形成Y字结构，分油装置下部分别通过管道连接三个所述喷嘴；
保护罩，所述保护罩为下部开口的腔体，设置在分油装置上半部分，开口向下，所述保护罩上设置有定位油管，所述储油模块通过一输入油管连通所述混合模块，所述定位油管一端连通所述输入油管，另一端竖直向下通过一排出口排出储油模块输入的油，所述排出口中心轴线和所述Y字结构中心轴线重合。
如果只采用一个管道的话，只设置一个喷嘴，那么，该方案中分油装置的具体结构就没有必要，但是，我们这里因为是特殊的三喷嘴设计，那么，采用这种结构，可以精确地控制整体的油量输出，通过统一的排出口排出，因为油量使用很慢，大部分情况是液滴的形式输出，通过所述Y字结构，把液滴均分为三个部分，然后通过冷气向下的力，带动油流入管道，形成喷雾，通过喷嘴排出，这样在油接触冷气之前，就把他进行均分，而不是形成喷雾后（这种结构需要保证三个管道一模一样，等径等长，这种管道里的压力才均等，喷出的油总量才相同，覆盖在加工处的量才均匀，防积屑瘤效果才更好），而我们这种方案从最开始就均分油，那么后续的管道不在乎多长，最终分别输出的喷雾中油的含量都是一样的，可以使油的喷出保持均匀（而如果采用分别的三个储油模块单独给各个管道供油，设备成本又太高），解除了多余的限制条件，减少了润滑系统的制造成本，而由于这种特殊的方式，我们设置了保护罩，使油可以在竖直方向往下输入，被Y字结构均分，均分时被保护罩保护，不会受到冷气流动的影响，均分后，才从所述弧形的锥面向下流，露出保护罩后，就被冷气带入管道，形成所需的喷雾。
作为本发明的优选方案，所述冷气源设置在混合模块正上方，冷气从所述保护罩上方的所述壳体向下输入，使冷气向下带入所述锥面上的油时，给予油的力更均匀，形成喷雾效果更好。
作为本发明的优选方案，所述管道一端安装于混合模块外部的壳体上，并伸入壳体，管道开口分别与所述分油装置的三个锥面底部连接，管道开口包裹对应的锥面底部，所述管道另一端安装所述喷嘴，包裹的设置方式，可以保证油准确流入管道，不会形成浪费，提高装置整体的可靠性。
作为本发明的优选方案，所述锥面底部伸入所述管道中，油量过多时，防止油的溅出，保证油准确流入管道，不会形成浪费，提高装置整体的可靠性。
作为本发明的优选方案，三个所述喷嘴以相邻呈120°绕加工处圆周阵列分布，设置更对称，各项参数更好控制。
作为本发明的优选方案，所述排出口油的流量为13-18ml/h，实际使用中所选择的参数，在这一段参数中，经过对实际加工过程的监控，效果最好，可以和三个喷嘴的设置方式相配合，较好地防止积屑瘤的形成，同时，减小废油的污染。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
针对钛合金航空结构件、提高冷却效果、减少积屑瘤现象。
附图说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为混合模块结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图中标记：1-油量开关，2-油杯，3-油，4-滤网，5-调节阀，6-混合模块，7-制冷模块，8-壳体，9-管道，10-喷嘴，11-定位油管，12-分油装置，13-保护罩，14-输入油管。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1、2、3，一种钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其包括：
储油模块，所述储油模块内部储存油3（具体包括油杯2、油量开关1、调节阀5、输入油管14，油杯2上安装有所述油量开关1，通过负压原理控制输入油管14最终向混合模块6输出的油量，调节阀5为开关装置，实现打开和关闭，输入油管14的入口还设置有滤网4，使输入混合模块6的油品质更高）；
混合模块6，所述储油模块连通所述混合模块6，所述混合模块6上连接有冷气源，所述储油模块输出的油3和所述冷气源输出的冷气在所述混合模块6内混合形成喷雾；
喷射模块，所述喷射模块安装于所述混合模块6上，用于输出所述喷雾，所述喷射模块包括三个喷嘴10，用于从三个方向向钛合金航空结构件铣削加工处喷射所述喷雾，用于冷却和排屑（喷射喷雾时，喷雾为油、气组合，该气体中不含氢分子，可为氮气、或二氧化碳或其他稀有气体等等，或者多种气体的组合，不含氢分子可以有效避免钛合金加工上的氢脆现象出现，保证加工的质量）；
制冷模块7，用于制造冷气，与所述混合模块6连通，提供冷气源，本实施例中，所述制冷模块7为涡流管。
如图2、3，所述混合模块6包括：
壳体8（本实施例为磁性材料，可以吸附在机床上，方便安装）；
分油装置12，所述分油装置12安装于壳体8内，为类三棱锥形，三个锥面向中心轴线凹陷，形成弧形的锥面，顶部交接处形成Y字结构，分油装置12下部分别通过管道9连接三个所述喷嘴10，三个所述喷嘴10以相邻呈120°绕加工处圆周阵列分布；
保护罩13，所述保护罩13为下部开口的腔体，设置在分油装置12上半部分，开口向下，所述保护罩13上设置有定位油管11，所述储油模块通过一输入油管14连通所述混合模块6，所述定位油管11一端连通所述输入油管14，另一端竖直向下通过一排出口排出储油模块输入的油（所述排出口油的流量为13-18ml/h），所述排出口中心轴线和所述Y字结构中心轴线重合。
所述涡流管设置在混合模块6正上方（图3中箭头指示冷气的流向），冷气从所述保护罩13上方的所述壳体8向下输入，所述管道9一端安装于混合模块6外部的壳体8上，并伸入壳体8，管道9开口分别与所述分油装置12的三个锥面底部连接，管道9开口包裹对应的锥面底部（本实施例中，所述锥面底部伸入所述管道9中），所述管道9另一端安装所述喷嘴10。
实施例2
本实施例中，除和实施例1相同的技术方案外，所述排出口油的流量为13-15ml/h；
和实施例1中区别结构为管道9的设置，排除管道9的这种设置，采用固定的喷射装置，在所述喷射装置上均设置移动装置，用于调整相邻喷射装置布置位置间的弧度（铣削加工时，由于加工的路径不一样，还有铣刀转动存在一个方向，所以每个部位的温度都不一样，也就是说，温度的分布是不一样的，所以，如果根据实际的情况，通过所述移动装置来进行调整（比如某一处的温度较高，移动相邻的喷雾装置靠近该处，在保证整体冷却覆盖的情况下，加强对这一点的降温），可以使整个工件保持一个比较好的整体状态，不会因为降温效果不同而造成受热范围不对称，最终导致最后成品整体的性能参数不达标或者不够优化的情况。），且喷射装置内使用的油，即喷雾中的油是植物油，相比矿物油，污染低很多，虽然成本高，但是因为采用了本实施例的方式，使用量非常小，所以总体成本还是比现有技术中使用矿物油低很多，且使用后方便处理，无污染。
实施例3
本实施例中，除和实施例1相同的技术方案外，所述排出口油的流量为15-18ml/h；
和实施例1中区别结构为管道9的设置，排除管道9的这种设置，采用固定的旋转装置（而不是实施例2中的所述移动装置），用于调整单个喷射装置的安装角度，改变喷雾朝向（铣削加工时，由于加工的路径不一样，还有铣刀转动存在一个方向，所以每个部位的温度都不一样，也就是说，温度的分布是不一样的，所以，如果根据实际的情况，通过所述旋转装置来进行调整（比如某一处的温度较高，旋转相邻的喷雾装置，使其喷雾方向向该处调整，在保证整体冷却覆盖的情况下，加强对这一点的降温），可以使整个工件保持一个比较好的整体状态，不会因为降温效果不同而造成受热范围不对称，最终导致最后成品整体的性能参数不达标或者不够优化的情况）。
实施例4
本实施例中，除和实施例1相同的技术方案外，所述排出口油的流量为15ml/h，在实际加工过程中，油的这个流量在13-18ml/h这个范围内，钛合金航空结构件的加工效果相对于这个范围内的其他值，是最优的。
在本实施例中，航空领域的钛合金航空结构件的加工中，实际采用￠20的铣刀，切削深度2mm，转速800r/min，同时，和这套参数匹配的喷嘴10的输入压力＞0.7Mpa，输出压力控制在0.3~0.5Mpa，喷雾温度小于-10°，大于-20°，进给速度0.5M/min；
在实际的加工过程中，在油的流量为15ml/h时，这套参数下，加工效果非常好，降温效果理想，不仅是加工中的降温效果，同时加工完成后，工件整体的性能都非常好，而且在加工过程中，没有出现过积屑瘤的现象，加工状态非常稳定。
Claims (8)
1.一种钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其包括：
储油模块，所述储油模块内部储存油；
混合模块，所述储油模块连通所述混合模块，所述混合模块上连接有冷气源，所述储油模块输出的油和所述冷气源输出的冷气在所述混合模块内混合形成喷雾；
喷射模块，所述喷射模块安装于所述混合模块上，用于输出所述喷雾，所述喷射模块包括三个喷嘴，用于从三个方向向钛合金航空结构件铣削加工处喷射所述喷雾，用于冷却和排屑；
所述混合模块包括：
壳体，所述壳体由磁性材料构成；
分油装置，所述分油装置安装于壳体内，为类三棱锥形，三个锥面向中心轴线凹陷，形成弧形的锥面，顶部交接处形成Y字结构，分油装置下部分别通过管道连接三个所述喷嘴；
保护罩，所述保护罩为下部开口的腔体，设置在分油装置上半部分，开口向下，所述保护罩上设置有定位油管，所述储油模块通过一输入油管连通所述混合模块，所述定位油管一端连通所述输入油管，另一端竖直向下通过一排出口排出储油模块输入的油，所述排出口中心轴线和所述Y字结构中心轴线重合。
2.根据权利要求1所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，还包括制冷模块，用于制造冷气，与所述混合模块连通，提供冷气源。
3.根据权利要求2所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，所述制冷模块为涡流管。
4.根据权利要求1所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，所述冷气源设置在混合模块正上方，冷气从所述保护罩上方的所述壳体向下输入。
5.根据权利要求4所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，所述管道一端安装于混合模块外部的壳体上，并伸入壳体，管道开口分别与所述分油装置的三个锥面底部连接，管道开口包裹对应的锥面底部，所述管道另一端安装所述喷嘴。
6.根据权利要求5所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，所述锥面底部伸入所述管道中。
7.根据权利要求6所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，三个所述喷嘴以相邻呈120°绕加工处圆周阵列分布。
8.根据权利要求7所述的钛合金航空结构件油气混合喷射铣削润滑系统，其特征在于，所述排出口油的流量为13-18ml/h。
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