CN107891159B - 作用于刀-屑界面的气体润滑方法及切削润滑系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了作用于刀‑屑界面的气体润滑方法及切削润滑系统，涉及机械加工技术领域，切削润滑方法：从刀具底面贯穿至刀‑屑界面的通道将气体润滑剂输送至刀‑屑界面；切削润滑系统包括刀具和气体润滑剂供给系统，刀具包括可拆卸连接的刀体和刀杆，刀具内设从底面贯穿刀‑屑界面的通道，通道包括位于刀体范围内的微通道和位于刀杆范围内的润滑管道；刀具刀‑屑界面上，以微通道上开口为中心设微织构，润滑通道下开口与气体润滑剂供给系统连接，微通道下端为主冷却腔，所述润滑通道上端为次冷却腔，次冷却腔下端延伸出循环管道，循环管道下开口通过输出管与润滑剂供给系统连接。本发明具有优良、润滑效果，环保，减少润滑剂使用的有益效果。

Description

作用于刀-屑界面的气体润滑方法及切削润滑系统

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是一种作用于刀-屑界面的气体润滑方法及切削润滑系统。

背景技术

切削加工伴随着强烈摩擦，由此导致切削刀具钝化，刀具刀-屑界面质量恶化，能量损耗大，为减小刀具切削加工时的磨损摩擦，延长刀具的寿命。刀具切削加工时，使用具有润滑作用的切削液，切削液通过喷油道，喷向刀具切削加工处，在一定程度上缓和刀具摩擦磨损，但是切削液的制造、使用、处理及排放需消耗大量的能源和资源，容易造成环境污染，由于切削液难进入刀-屑界面，从而带来切削液使用量大，切削成本高的问题。

随着全球环保要求不断提高，如何发展对环境无污染且可持续发展的现代制造模式已经成为我国制造业面临的最紧迫难题。为了解决切削液环境污染问题，干切削加工技术逐渐进入大家视线，引起国内工业界与学术界的广泛关注。与传统的湿切削相比，干切削存在以下问题：缺少切削液的润滑和冷却作用，刀具工具面-切屑、后刀面-工件之间存在剧烈的摩擦，切削过程温度高，可能使零件产生变形，加剧刀具磨损，刀具寿命下降，未能降低切削成本。

发明内容

本发明提供了一种作用于刀-屑界面的气体润滑方法及切削润滑系统，解决了现有技术中切削时润滑剂难进入刀屑界面，环境污染严重，刀具使用寿命短的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：所述润滑方法是，切削过程中，通过刀具内设的从刀具底面贯通至刀-屑界面的通道，将气体润滑剂供给系统提供的气体润滑剂输送至刀-屑界面。

传统的润滑方法，是在刀具切削加工金属时，从外部浇注大量润滑剂，润滑剂难进入刀-屑界面，令润滑效果大打折扣。本发明选用的切削润滑方法，改变传统润滑模式，令润滑剂直接输送至刀具的刀-屑界面，即刀具前刀面与切屑接触的表面，气体润滑剂直接作用于切削作业，润滑效果好，减少润滑剂的使用量，减轻金属切削对环境产生的危害。

作为进一步地优选，所述刀具刀-屑界面上，以所述通道的上开口为中心设有微织构。

通道从刀具底面贯穿至刀-屑界面，因此通道的上开口位于刀具刀-屑界面，通道的下开口位于刀具的底面；刀具在通道上开口周围设微织构，气体润滑剂输送至刀-屑界面时，借助微织构，均匀分布在刀具刀-屑界面，优化润滑效果。

作为进一步地优选，所述气体润滑剂为固体润滑剂粉末与气体的混合物，所述固体润滑剂粉末与气体的体积比为0~0.15：1。

作为进一步地优选，所述气体润滑剂包括气体、超声雾化后的液体润滑剂，所述气体与超声雾化前的液体润滑剂体积比为1m³:0~500ml。

作为进一步地优选，所述气体为空气或氮气。

一种切削润滑系统，包括刀具和气体润滑剂供给系统，所述刀具内设从刀具底面贯穿至刀-屑界面的通道，所述通道上开口位于刀-屑界面，所述通道下开口位于所述刀具底面，所述通道下开口通过输入管与气体润滑剂供给系统连接。

作为进一步地优选，所述气体润滑剂供给系统包括输入管、与输入管连接的气体润滑剂储存装置，以及设在输入管上的控制阀与高压泵，所述气体润滑剂供给系统通过输入管与所述润滑管道下开口连接，所述气体润滑剂储存装置包括混合器，与所述混合器分别连接的储气罐和内置润滑剂的储存箱，所述混合器通过输入管与所述润滑管道连接。

作为进一步地优选，所述通道包括位于刀体范围内的微通道和位于所述刀杆范围内的润滑管道上下两段，所述微通道的下端设主冷却腔，所述主冷却腔下开口位于所述刀体底面，所述润滑管道下开口通过所述输入管与连接。

在切削过程中，刀体温度升高，易缩短刀体的使用寿命，通过在刀体内设主冷却腔，暂时储存在其中的润滑剂温度低于刀体，因此可以吸收刀体因切削产生的热量，避免刀体温度升高带来的寿命缩短的问题出现。切削过程中，气体润滑剂是持续喷出的，所以主冷却腔内的气体润滑剂不断更新，实现持续吸收刀体热量，降低刀体温度。

作为进一步地优选，所述润滑管道上端为次冷却腔，所述次冷却腔上开口位于刀杆与刀体连接面，所述次冷却腔下端延伸出循环管道，所述循环管道下开口处位于所述刀杆底面，所述循环管道下开口通过输出管与混合器可拆卸连接；在所述刀体刀-屑界面上，以微通道上开口为中心设微织构。

主冷却腔与次冷却腔组成一个较大的腔室，可以储存更多的润滑剂，优化冷却效果，缩短冷却时间。实现气体润滑剂的循环使用，由于气体润滑剂的暂时贮存腔数目为两个，包括主冷却腔和次冷却腔，腔室容积增大，气体润滑剂喷出速度低于冷却速度时，高温的气体润滑剂会短暂停留在主冷却腔和次冷却腔，无法及时吸收刀体产生的热量，进而降低冷却效果。增加循环通道，切削过程中，部分温度升高的气体润滑剂可以返回润滑剂储存装置，新的温度较低的提起润滑剂可进入主冷却腔与次冷却腔中，吸收刀体产生的热量，实现刀体降温，利于延长刀具使用周期。

作为进一步地优选，所述刀具包括刀杆和刀体，所述刀杆前端设有可放置刀体的刀槽，所述刀杆上表面设螺纹紧固孔，所述压板中心处设上下贯通的螺孔，所述压板通过螺栓拧入所述螺孔与所述螺纹紧固孔与所述刀杆连接，所述压板通过所述螺栓固定于所述刀杆上时，所述压板靠近刀体的一端底面与所述刀体上表面紧密接触；所述刀杆，与所述刀体底面连接的一面上，以所述润滑管道上开口为中心，设环状凹槽，所述环状凹槽内设密封圈；所述微通道内径为50-800um，优选100um。

设置环状凹槽与密封圈，加强刀杆与刀体之间的紧密连接，加强主冷却腔与次冷却腔连接的密封性，避免润滑剂外漏。

本发明专利的工作原理：气体润滑剂从气体润滑供给系统进入刀具，通过通道，从通道位于刀体刀-屑界面的上开口输出，直接作用于刀-屑界面；主冷却腔与次冷却腔储存有一定量的润滑剂，润滑剂温度低于工作过程中的刀体温度，润滑剂可吸收刀体多余的热量，令刀体降温；润滑剂进入主冷却腔与次冷却腔后，吸收刀体多于的热量后，部分温度升高的润滑剂通过循环管道、输出管回到润滑剂供给系统，新的、温度较低的润滑剂再通过输入管进入微通道，形成冷却循环通道；润滑剂输送至刀-屑界面，经过微织构向四周扩散；液体润滑剂经超声雾化装置超声雾化后，与气体在混合器内充分混合；润滑剂固体粉末与气体直接在混合器内充分混合形成性能优良的气体润滑剂。

本发明专利的有益效果，气体润滑剂供给系统提供的气体润滑剂，通过通道直接抵达刀-屑界面，刀-屑界面是刀具前刀面与切屑接触的表面，进一步地说，刀-屑界面是刀体前刀面与切屑接触的表面；本发明采用的气体润滑剂作用于刀具切削加工；微织构提高气体润滑剂的填充分布能力，提高润滑效果，切削过程中无需再从外部浇注润滑剂，无环境污染，最大限度地减少润滑剂的使用；主冷却腔、次冷却腔可以储存一定量的气体润滑剂，气体润滑剂持续输送至刀-屑界面，可以吸收刀具因切削工作产生的热量，令刀具温度降低；切削工作进行时，气体润滑剂持续输出，主冷却腔、次冷却腔内的气体润滑剂不断更新，实现持续冷却效果；次冷却腔下端增设循环管道，循环管道通过输出管与气体润滑储存装置连接，部分温度升高的气体润滑剂可通过循环管道、输出管回到润滑剂储存装置中，优化冷却效果；气体润滑剂润滑效果好。储存箱内储存的是液体润滑剂，液体润滑剂可经过超声雾化装置超声雾化后可与储气罐输出的气体结合组成润滑效果优良的气体润滑剂。储存箱内置的是润滑剂固体粉末，粉末可与储气罐输出的气体混合成为润滑效果优良气体润滑剂，。

附图说明

图1是本发明实施例1的润滑剂循环示意图；

图2是本发明的刀具整体结构示意图；

图3是本发明的刀杆结构示意图；

图4是本发明的刀具垂直面剖视图；

图5是本发明实施例2的润滑剂循环示意图。

附图标识：1-刀具；2-微通道；21-主冷却腔；3-刀杆；31-刀槽；32-压板；33-环状凹槽；4-刀体； 5-润滑管道；51-次冷却腔；6-输入管；7-控制阀；8-高压泵；9-循环管道；10-输出管；11-混合器；12-储气罐；13-储存箱；14-超声雾化装置。

具体实施例

下面将结合附图，阐述本发明的实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1，图2，图3和图4，一种切削润滑系统，包括刀具1和气体润滑剂供给系统，刀具1包括刀体4和刀杆3，刀杆3前端设有可放置刀体4的刀槽31，刀杆3上表面设螺纹紧固孔，压板32中心处设上下贯通的螺孔，压板32通过螺栓拧入螺孔与螺纹紧固孔与刀杆3连接，压板32通过所述螺栓固定于刀杆3上时，压板32靠近刀体4的一端底面与刀体4上表面紧密接触，使刀体4卡在刀槽31内；刀具1内设从底面贯穿至刀-屑界面的通道，通道上开口位于刀具刀-屑界面，通道下开口通过输入管6与气体润滑剂供给系统连接。

参阅图4，通道分成位于刀体4范围内的微通道2和位于刀杆3范围内的润滑通道5上下两段，微通道2上开口位于刀具1刀-屑界面，微通道2上开口与通道上开口是同一开口；润滑管道5上开口位于刀杆3与刀体4接触连接的一面，润滑管道5下开口，通过输入管6与气体润滑剂供给系统连接，润滑剂可以通过润滑管道5，微通道2，抵达刀具1刀-屑界面，直接作用于刀具1切削工作。微通道2内径为50~800，优选100um。刀杆3，在与刀体4底面连接的一面上，以润滑管道5上开口为中心，设有环状凹槽33，环状凹槽33内设密封圈。

参阅图4，刀具1在刀-屑界面上，以微通道2的上开口为中心设微织构。微通道2下端为主冷却腔21，主冷却腔21下开口位于刀体4的底面，润滑管道5上端是与主冷却腔21对应适配的次冷却腔51，次冷却腔51上开口位于刀杆3与刀体4接触的一面。

参阅图1，气体润滑剂供给系统包括输入管6，设置在输入管6上的控制阀7与高压泵8，与输入管6连接的气体润滑剂储存装置，气体润滑剂储存装置包括混合器11，与混合器11分别连接的储气罐12和内置固体润滑剂粉末的储存箱13，混合器11与输入管6连接。储气罐12内储存有气体，气体可以是氮气或空气，也可以是现有技术其它不影响润滑剂稳定性的气体。储存箱13内的固体润滑剂粉末进入混合器11，与储气罐12输入到混合器11的气体均匀混合，形成气体润滑剂，固体润滑剂粉末与气体的体积比为0~0.15：1。气体润滑剂经高压泵8加压，通过输入管6进入通道，被输送至刀具1刀-屑界面，再经由微织构均匀分布在刀-屑界面。

参阅图4，次冷却腔51下端延伸出循环管道9，循环管道9下开口处位于刀杆3底面，循环管道9通过输出管10与气体润滑剂供给系统的混合器11可拆卸连接。

实施例2

参阅图2，图3，图4和图5，一种切削润滑系统，包括刀具1和气体润滑剂供给系统，刀具1包括刀体4和刀杆3，刀杆3前端设有可放置刀体4的刀槽31，刀杆3上表面设螺纹紧固孔，压板32中心处设上下贯通的螺孔，压板32通过螺栓拧入螺孔与螺纹紧固孔与刀杆3连接，压板32通过所述螺栓固定于刀杆3上时，压板32靠近刀体4的一端底面与刀体4上表面紧密接触，使刀体4卡在刀槽31内；刀具1内设从底面贯穿至刀-屑界面的通道，通道上开口位于刀具1刀-屑界面，通道下开口通过输入管6与气体润滑剂供给系统连接。

参阅图4，通道分成位于刀体4范围内的微通道2和位于刀杆3范围内的润滑通道5，微通道2上开口位于刀具刀-屑界面，微通道2上开口与通道上开口是同一开口；润滑管道5上开口位于刀杆3与刀体4底面接触连接的一面，润滑管道5下开口，通过输入管6与气体润滑剂供给系统连接，润滑剂可以通过润滑管道5，微通道2，抵达刀具刀-屑界面，直接作用于刀具1切削工作。微通道2内径为50~800，优选100um。刀杆3，在与刀体4底面连接面上，以润滑管道5上开口为中心设有环状凹槽33，环状凹槽33内设密封圈。

参阅图4，刀具1在刀-屑界面上，以微通道2的上开口为中心设微织构。微通道2下端为主冷却腔21，主冷却腔21下开口位于刀体4的底面，润滑管道5上端是与主冷却腔21对应的次冷却腔51，次冷却腔51上开口位于刀杆3与刀体4接触的一面。

参阅图4和图5，气体润滑剂供给系统包括输入管6，设置在输入管6的控制阀7和高压泵8，与输入管6连接的气体润滑剂储存装置，气体润滑剂储存装置包括混合器11，与混合器11分别连接的储气罐12和内置润滑剂的储存箱13，混合器11与所述输入管6连接，储气罐12内储存有气体，气体可以是纯氮气、空气中的任意一种，也可以是现有技术其它不会影响润滑剂稳定性的气体。储存箱13与混合器11之间设超声雾化装置14，储存箱13内置液体润滑剂，液体润滑剂经过超声雾化装置14雾化后，进入混合器11与储气罐12输出的气体充分均匀混合形成气体润滑剂。气体与超声雾化前液体润滑剂的体积比为1m³:0~500ml。气体润滑剂通过高压泵8加压，通过输入管6进入通道，从通道上开口输出，直接作用于刀-屑界面，再经由微织构均匀分布在刀-屑界面，优化润滑效果。

参阅图4，次冷却腔51下端延伸出循环管道9，循环管道9下开口处位于刀杆3底面，循环管道9通过输出管10与气体润滑剂供给系统的混合器11可拆卸连接。

上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种切削润滑系统，其特征在于，包括刀具(1)和气体润滑剂供给系统，所述刀具(1)内设从底面贯穿至刀-屑界面的通道，所述通道上开口位于刀-屑界面，所述通道下开口位于所述刀具(1)的底面，所述刀具(1)包括可拆卸连接的刀杆(3)和刀体(4)，所述通道包括位于刀体(4)范围内的微通道(2)和位于所述刀杆(3)范围内的润滑管道(5)上下两段，所述通道下开口通过输入管(6)与气体润滑剂供给系统连接，所述气体润滑剂供给系统包括输入管(6)、与输入管(6)连接的气体润滑剂储存装置，以及设在输入管(6)上的控制阀(7)与高压泵(8)，所述气体润滑剂供给系统通过输入管(6)与润滑管道(5)下开口连接；所述气体润滑剂储存装置包括混合器(11)，与所述混合器(11)分别连接的储气罐(12)和内置润滑剂的储存箱(13)，所述混合器(11)通过输入管(6)与所述通道下开口连接，所述储存箱(13)与所述混合器(11)之间设超声雾化装置(14)；

刀杆(3)前端设有可放置刀体(4)的刀槽(31)，所述刀杆(3)上表面设螺纹紧固孔，压板(32)中心处设上下贯通的螺孔，所述压板(32)通过螺栓拧入所述螺孔、所述螺纹紧固孔，与所述刀杆(3)连接，所述压板(32)通过所述螺栓固定于所述刀杆(3)上时，所述压板(32)靠近刀体(4)的一端底面与所述刀体(4)上表面紧密接触，所述压板(32)将所述刀体(4)固定于所述刀槽(31)中；所述刀杆(3)，与所述刀体(4)连接的一面上设环状凹槽(33)，所述润滑管道(5)上开口位于所述环状凹槽(33)中心处，所述环状凹槽(33)内设密封圈；所述微通道(2)内径为50-800um；所述微通道(2)的下端为主冷却腔(21)，所述主冷却腔(21)下开口位于所述刀体(4)底面；

所述润滑管道(5)上端是与所述主冷却腔(21)适配的次冷却腔(51)，所述次冷却腔(51)上开口位于所述刀杆(3)与所述刀体(4)底面接触的一面上；所述次冷却腔(51)下端延伸出循环管道(9)，所述循环管道(9)下开口处位于所述刀杆(3)底面，所述循环管道(9)下开口通过输出管(10)与混合器(11)可拆卸连接；所述刀具(1)刀-屑界面上，以微通道(2)上开口为中心设微织构。

2.根据权利要求1所述的一种切削润滑系统，其特征在于，所述微通道(2)内径为100um。

3.使用权利要求1的切削润滑系统的一种作用于刀-屑界面的气体润滑方法，其特征在于，所述润滑方法是，切削过程中，通过刀具(1)内设的从刀具(1)底面贯通至刀-屑界面的通道，将气体润滑剂供给系统提供的气体润滑剂输送至刀-屑界面。

4.根据权利要求3所述的一种作用于刀-屑界面的气体润滑方法，其特征在于，所述气体润滑剂为气体或固体润滑剂粉末与气体，所述固体润滑剂粉末与气体的体积比为(0～0.15)：1。

5.根据权利要求3所述的一种作用于刀-屑界面的气体润滑方法，其特征在于，所述气体润滑剂包括气体或气体与超声雾化后的液体润滑剂，所述气体与超声雾化前的液体润滑剂的体积比为1m³:(0～500ml)。

6.根据权利要求4或5所述的一种作用于刀-屑界面的气体润滑方法，其特征在于，所述气体为空气或氮气。