CN107570766A - 内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置及其钻孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,包括:油雾发生组件:包括气体供给部和雾化装置,雾化装置包括进气口和出气口,气体供给部通过进气口与雾化装置管道连接;低温压缩气体供给部是指气体冷却装置或者直接接入低温气体;机床主轴:机床主轴沿轴向方向设有主轴内冷孔,主轴内冷孔与出气口相通;刀具:刀具与机床主轴固定连接,刀具沿轴向方向设有刀具内冷孔;刀具内冷孔与主轴内冷孔相通;刀具的刀口处设有若干刀具内冷出口,刀具内冷出口与刀具内冷孔相通;本发明铸铁钻孔装置采用内冷方式进行加工,润滑效果好、冷却效果好、排屑快速。
Description
技术领域
本发明涉及金属基板加工领域,具体涉及一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置及其钻孔方法。
背景技术
铸铁凭借其优异的抗拉强度、抗疲劳强度、弹性模量和耐磨性以及优良铸造性能和导热性,正逐步被广泛应用。铸铁优异的性能保证其在高温下还能保持足够的强度。
铸铁出色的物理性能使得其加工性能更为恶劣。在铸铁加工过程中机床所需的切削力以及刀具所受到的切削力较大;铸铁材料切削过程中切削温度高,加工过程切削热更易积聚;铸铁加工过程中容易出现粘刀现象;铸铁切削过程中由于切削力大、切削温度高,刀具寿命会严重缩短。
在铸铁加工中经常需要钻孔。而目前对于铸铁钻孔加工一般使用切削液冷却润滑,但是在传统的浇注式冷却方式下,切削液无法有效的到达切削区域进行冷却润滑,而在高速加工的条件下切削液因为受到离心力的作用就更难渗透到切削加工区域,切削液还对车间环境造成恶劣的影响,同时刀具寿命降低。随着绿色制造的号召,传统切削液随着绿色切削技术的兴起使用量正逐渐减少,取而代之的是干切削、准干式切削等绿色切削加工技术。为了能够解决传统切削液冷却效果不佳、切削液渗透能力低、对环境产生破坏的问题,微量润滑技术被应用到铸铁切削加工中。
相比于传统浇筑式冷却方式,使用外冷微量润滑技术可以明显提高润滑油的渗透能力,通过在高压气体的作用下使出口处雾化的润滑油具有一定的初速度,更容易达到切削加工区域,而且只需要微量润滑油即可。
虽然外冷微量润滑技术比传统浇注式冷却润滑效果更好,但是在深孔加工中,外冷微量润滑技术仍然存在切削油难以到达切削部位,润滑效果不佳,冷却效果不佳。
因此,亟需一种润滑效果好、冷却效果好、排屑快速的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置及其钻孔方法。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提供一种润滑效果好、冷却效果好、排屑快速的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,包括:油雾发生组件:包括气体供给部和雾化装置,雾化装置包括进气口和出气口,气体供给部通过进气口与雾化装置管道连接;低温压缩气体供给部是指气体冷却装置或者直接接入低温气体;机床主轴:机床主轴沿轴向方向设有主轴内冷孔,主轴内冷孔与出气口相通;刀具:刀具与机床主轴固定连接,刀具沿轴向方向设有刀具内冷孔;刀具内冷孔与主轴内冷孔相通;刀具的刀口处设有若干刀具内冷出口,刀具内冷出口与刀具内冷孔相通。
通过将润滑油在高压气体的冲击下,在雾化装置内形成油雾,油雾在高压气体的带动下与低温气体混合之后,经主轴上的主轴内冷孔、刀具上的刀具内冷孔然后到达切削区域,相对于外部的局部降温方式,内部降温可对刀具进行整体降温,并可以直接把切削液输送到切削区域,降温效果好,降温均匀性高;油雾从刀具内冷孔经刀具内冷出口向外排出,钻孔过程中,可实现对刀具的刀口充分润滑,避免钻孔过程中,尤其是深孔加工,刀口深入深孔中,采用外部喷撒润滑液无法与刀口充分接触,影响润滑、冷却效果;刀具内冷出口喷射出高压气体,可以在钻孔过程中将切屑通过刀具的排屑槽迅速从加工孔内排出,避免由于加工孔内排屑不及时,影响深孔加工以及损坏刀具。加工过程中,通过降低刀口与铸铁的切削力以及切削温度,加强排屑效果,从而提高刀具的使用寿命。
优选的,气体供给部为常温压缩气体供给部。
优选的,还包括低温压缩气体供给部,低温压缩气体供给部为低温压缩空气或低温氮气供给部或低温CO2气体供给部,低温压缩气体供给部与主轴内冷孔管道连接。
采用低温气体供给部,增强气体对切削区域的辅助散热降温效果,进一步降低切削温度;将润滑油雾化后与低温气体混合,避免直接通低温气体,影响润滑油的雾化效果。
优选的,刀具内冷出口以刀具的中轴线为轴等角度分布于刀口处。
刀具内冷出口等角度分布,油雾润滑降温、气体降温排屑均匀性高。
本发明还提供一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,包括以下步骤:
S1、依次将气体供给部、雾化装置连接之后与低温气体供给部相连,然后与机床主轴和刀具连接,开启气体供给部向雾化装置提供气体,使雾化装置内的润滑油雾化,开启低温压缩气体供给部;
S2、雾化后的润滑油与低温压缩气体混合之后,通过机床主轴的主轴内冷孔达到刀具的刀具内冷孔;
S3、润滑油和低温气体经刀具刀口处的刀具内冷出口喷出,根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及背吃刀量,开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
将润滑油雾化后形成的油雾连同低温高压气体经刀具内冷出口排出,加工过程中,保证对刀具切削刃以及切削区域的持续降温,油雾与压缩气体经刀具内冷出口排出,深孔加工过程中,保证对刀口的充分润滑、冷却以及刀具的快速排屑。
对雾化后的润滑油与低温气体混合,进一步提高油雾与气体混合流的降温效果。
优选的,雾化装置的出气口的气体压力为0.30MPa~0.9MPa。
雾化装置的出气口的气体压力为0.30MPa~0.9MPa,避免由于气体压力太小,润滑油雾化效果差,影响润滑油对刀口的润滑均匀性以及降温效果;同时避免由于气体压力太大,雾化后的润滑油从出液孔高速喷出,造成大量润滑油浪费。
优选的,雾化装置的出气口的润滑油出油量为0.01 L/h~0.5L/h。
雾化装置的出气口的润滑油出油量为0.01 L/h~0.5L/h,避免由于润滑油出油量太小,润滑、散热效果不佳,导致切削过程中,铸铁与刀口的切削力太大,切削温度过高,影响加工精度以及刀具的使用寿命。
优选的,雾化装置的出气口与机床主轴的主轴内冷孔通过油雾输送管连接,油雾输送管的长度不宜太长,防止雾化后的润滑油在油雾输送管内重新聚集成油滴,导致无法对刀口以及铸铁的加工孔内壁进行充分润滑、散热,影响加工精度。
优选的,润滑油为绿色切削润滑油,成分无毒,且可降解,对人体无害,对环境友好,环保无污染。
本发明的有益效果:
1.铸铁切削过程中切削力大、切削温度高,传统切削液在高速钻孔加工过程受到较大的离心力作用无法到达加工区域。本发明采用内冷低温微量润滑切削装置进行铸铁钻孔加工时,有效利用微量润滑油的润滑效果和吸热挥发的双重作用,同时依靠低温气体的辅助散热作用,改善切削区域的摩擦和润滑状态。因此,本发明从改善切削部位摩擦和润滑状态、加速切削热量散失等多方面考虑,降低铸铁切削过程中切削力和切削温度,提升工件加工质量和刀具寿命。
2.铸铁传统钻孔加工过程中产生的切屑依靠刀具本身的排屑槽带出,在深孔加工中传统切削液浇筑对于排屑起到的作用非常有限,并且切削液很难渗透到切削区域。本发明采用内冷低温微量润滑钻孔加工技术,低温高压气体把油雾通过主轴内冷孔沿刀具内冷孔输送到刀具的刀口部位,高压油雾气体从刀口的刀具内冷出口处排出,从刀具内部向外部润滑。在低温高压气体的作用下,切削过程产生的切屑可以迅速排出孔内起到辅助排屑作用,同时低温气体可以对切削区域起到降温效果。
3.铸铁钻孔加工一般使用浇注式进行冷却润滑,切削液中含有各种辅助添加剂,但是添加剂中许多物质都具有毒性,对环境产生严重的影响。本发明采用内冷低温微量润滑钻孔加工技术,所使用的润滑油是环保型润滑油,没有毒性,能够被环境所降解,加工之后的切屑可以直接被回收利用,不会对环境产生污染,属于一种绿色切削加工方式。
附图说明
图1为实施例1的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置结构示意图;
其中:10-常温压缩气体供给部;20-雾化装置;30-机床主轴;301-主轴内冷孔;40-刀具;401-刀具内冷孔;402-刀具内冷出口;50-低温压缩气体供给部。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,包括:油雾发生组件:包括气体供给部和雾化装置20,雾化装置20包括进气口和出气口,气体供给部通过进气口与雾化装置20管道连接;低温压缩气体供给部50是指气体冷却装置或者直接接入低温气体;机床主轴30:机床主轴30沿轴向方向设有主轴内冷孔301,主轴内冷孔301与出气口相通;刀具40:刀具40与机床主轴30固定连接,刀具40沿轴向方向设有刀具内冷孔401;刀具内冷孔401与主轴内冷孔301相通;刀具40的刀口处设有若干刀具内冷出口402,刀具内冷出口402与刀具内冷孔401相通;气体供给部为常温压缩气体供给部10;刀具内冷出口402以刀具40的中轴线为轴等角度分布于刀口处;还包括低温压缩气体供给部50,低温压缩气体供给部50为低温压缩空气或低温氮气供给部或低温CO2气体供给部,低温压缩气体供给部50与主轴内冷孔301管道连接。
通过将润滑油在高压气体的冲击下,在雾化装置20内形成油雾,油雾在高压气体的带动下,经主轴上的主轴内冷孔301、刀具40上的刀具内冷孔401,最后经刀具内冷出口402向外排出,钻孔过程中,可实现对刀具40的刀口充分润滑,避免钻孔过程中,尤其是深孔加工,刀口深入深孔中,采用外部喷撒润滑液无法与刀口充分接触,影响润滑、冷却效果;刀具内冷出口402喷射出低温高压气体,可以在钻孔过程中将切屑通过刀具40的排屑槽迅速从加工孔内排出,避免由于加工孔内排屑不及时,影响深孔加工以及损坏刀具40。加工过程中,通过降低刀口与铸铁的切削力以及切削温度,加强排屑效果,从而提高刀具40的使用寿命。
采用低温气体供给部,增强气体对主轴以及刀具40的辅助散热降温效果,进一步降低切削温度。
刀具内冷出口402等角度分布,油雾润滑降温、气体降温排屑均匀性高。
实施例2
本实施例提供一种如实施例1中的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置的钻孔方法,包括以下步骤:
S1、依次将气体供给部、雾化装置20连接之后与低温气体供给部相连,然后与机床主轴30和刀具40连接,开启气体供给部向雾化装置20提供气体,使雾化装置20内的润滑油雾化,开启低温压缩气体供给部50;
S2、开启气体供给部向雾化装置20提供气体,使雾化装置20内的润滑油雾化;雾化装置20的出气口处气体压力为0.35MPa,雾化装置20的出气口处润滑油出油量为0.5 L/h。雾化后的润滑油与低温气体相连接之后通过机床主轴30的主轴内冷孔301达到刀具40的刀具内冷孔401;
S3、低温油雾经刀具内冷出口402喷出,根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及背吃刀量,开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
将润滑油雾化后形成的油雾连同低温气体经刀具内冷出口402排出,深孔加工过程中,保证对刀口的充分润滑、冷却以及刀具40的快速排屑。
避免由于润滑油出油量太小,润滑、散热效果不佳,导致切削过程中,铸铁与刀口的切削力太大,切削温度过高,影响加工精度以及刀具40的使用寿命。
实施例3
本实施例提供一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置的钻孔方法,包括以下步骤:
S1、依次将气体供给部、雾化装置20连接之后与低温气体供给部相连,然后与机床主轴30和刀具40连接,开启气体供给部向雾化装置20提供气体,使雾化装置20内的润滑油雾化,开启低温压缩气体供给部50;
S2、开启气体供给部向雾化装置20提供气体,使雾化装置20内的润滑油雾化;雾化装置20的出气口处气体压力为0.9MPa,雾化装置20的出气口处润滑油出油量为0.01 L/h,雾化后的油雾与低温气体混合后降温至-45℃。通过机床主轴30内冷孔达到刀具40的刀具内冷孔401;
S3、润滑油经刀具40刀口处的刀具内冷出口402喷出,根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及背吃刀量,开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
雾化装置20的出气口与低温气体出口连接之后与机床主轴30的主轴内冷孔301通过油雾输送管连接,油雾输送管的长度不宜太长,防止雾化后的润滑油在油雾输送管内重新聚集成油滴,导致无法对刀口以及铸铁的加工孔内壁进行充分润滑、散热,影响加工精度。
实施例4
本实施例提供一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置的钻孔方法,包括以下步骤:
S1、将气体供给部、雾化装置20相连接,然后将雾化装置20出口与低温气体出口连接,然后依次将机床主轴30和刀具40连接,开启低温气体发生装置产生低温气体。
S2、开启气体供给部向雾化装置20提供气体,使雾化装置20内的润滑油雾化;雾化装置20的出气口处气体压力为0.6MPa,雾化装置20的出气口处润滑油出油量为0.25 L/h,雾化后的油雾与低温气体混合后降温至-28℃。通过机床主轴30内冷孔达到刀具40的刀具内冷孔401;
S3、润滑油经刀具40刀口处的刀具内冷出口402喷出,根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及背吃刀量,开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
雾化装置20的出气口与低温气体出口连接之后与机床主轴30的主轴内冷孔301通过油雾输送管连接,油雾输送管的长度不宜太长,防止雾化后的润滑油在油雾输送管内重新聚集成油滴,导致无法对刀口以及铸铁的加工孔内壁进行充分润滑、散热,影响加工精度。
润滑油为绿色环保型润滑油。环保型切削油的成分无毒,且可降解,对人体无害,对环境友好,环保无污染。
以上为本发明的其中具体实现方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置,其特征在于,包括:
油雾发生组件:包括气体供给部和雾化装置,雾化装置包括进气口和出气口,气体供给部通过进气口与雾化装置管道连接;
机床主轴:机床主轴沿轴向方向设有主轴内冷孔,主轴内冷孔与出气口相通;
刀具:刀具与机床主轴固定连接,刀具沿轴向方向设有刀具内冷孔;刀具内冷孔与主轴内冷孔相通;刀具的刀口处设有刀具内冷出口,刀具内冷出口与刀具内冷孔相通。
2.根据权利要求1所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置,其特征在于,气体供给部为常温压缩气体供给部。
3.根据权利要求2所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置,其特征在于,还包括低温压缩气体供给部,低温压缩气体供给部为低温压缩空气或低温氮气供给部或低温CO2气体供给部,低温压缩气体供给部与主轴内冷孔管道连接。
4.根据权利要求1所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置,其特征在于,刀具内冷出口以刀具的中轴线为轴等角度分布于刀口处。
5.一种内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,包含如权利要求1-4任意一项权利要求所述内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔装置,包括以下步骤:
S1、依次将气体供给部、雾化装置连接之后与低温气体供给部相连,然后与机床主轴和刀具连接,开启气体供给部向雾化装置提供气体,使雾化装置内的润滑油雾化,开启低温压缩气体供给部;
S2、雾化后的润滑油与低温压缩气体混合之后,通过机床主轴的主轴内冷孔达到刀具的刀具内冷孔;
S3、润滑油和低温气体经刀具刀口处的刀具内冷出口喷出,根据工件加工要求设置切削速度、进给速度以及背吃刀量,开启加工机床对铸铁工件进行切削加工。
6.根据权利要求5所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,步骤S1中的润滑油在雾化装置内雾化后进行润滑降温。
7.根据权利要求5所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,雾化装置的出气口的气体压力为0.30MPa~0.9MPa。
8.根据权利要求5所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,雾化装置的出气口的润滑油出油量为0.01 L/h~0.5L/h。
9.根据权利要求5所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,雾化装置的出气口与机床主轴的主轴内冷孔通过油雾输送管连接。
10.根据权利要求5所述的内冷低温微量润滑条件下的铸铁钻孔方法,其特征在于,润滑油为无毒可被环境所降解的润滑油。
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