CN108568700A - 一种金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，包括二氧化碳输送模块，二氧化碳输送模块的输出端设置一毛细管转接装置，毛细管转接装置通过毛细管连接贯穿一内设空腔的单管转同心管装置，单管转同心管装置包括一容纳毛细管作为中心管的同心管，同心管的输出端连接喷嘴装置，有一压缩气体模块与单管转同心管装置的空腔通过一管道连接。此发明兼具高效冷却以及润滑作用，而且污染较少。此发明用于金属加工技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，特别是涉及一种金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统。
背景技术
在传统的切削加工过程中通常要用大量切削液，其流量高达80-100L/mi n。尽管切削液在冷却、润滑和辅助排屑中起着重要的作用，但它对资源消耗、环境和人体健康产生了一系列副作用。现今无公害、清洁化、低能耗的绿色制造已成为21世纪机械制造业的发展方向。
目前常用的绿色切削技术主要为：纯油雾MQL、低温冷风(-30℃)冷却技术、液氮(-179℃)冷却技术、二氧化碳(-78℃)冷却技术等等。MQL相对于液氮冷却及二氧化碳冷却技术具有设备简单使用方便，以及润滑效果佳的特点。然而，随着难加工材料越来越广泛的应用，以及对切削加工过程冷却润滑提出越来越高的要求，传统纯油雾MQL冷却不足的特点越发明显。低温冷风切削是在加工过程中用-50至-30℃的冷风强烈冲刷加工区，从而降低刀具和工件温度的一种切削技术。其切削系统主要由冷风发生装置和切削加工系统组成。低温冷风冷却中，由于气态介质的动能小，所以在流向切削区时易受到切削位置、工件形状、刀具和机床部位的阻碍而改变方向。而且刀具和工件材料之间的润滑较差，噪声等问题也很严重，同时低温气体产生装置也比较复杂。因此低温冷风冷却技术很难进行大面积推广应用。液氮(-179℃)冷却切削是使用低沸点介质，在压力作用下利用液氮特性将氮气发生装置所生成的氮气以液氮形式送入切削点，代替大量油剂的切削方法。液氮冷却中，由于金属的热胀冷缩作用，零件的加工尺寸会产生误差，而且液氮容易挥发，所以传输比较困难，而且喷嘴处温度较低，易结成冰，堵塞喷嘴等。低温CO2(-78℃)已被证实是一种优良的冷却介质，且高压状态下的CO2与有机溶剂(各类润滑油等)具有良好相容性，可有效实现切削加工过程中的降温和润滑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效冷却的金属切削加工用低温二氧化碳冷却系统。
本发明所采取的技术方案是：
一种金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，包括二氧化碳输送模块，二氧化碳输送模块的输出端设置一毛细管转接装置，毛细管转接装置通过毛细管连接贯穿一内设空腔的单管转同心管装置，单管转同心管装置的输出端连接一容纳毛细管作为中心管的同心管，同心管的输出端连接喷嘴装置，有一压缩气体模块与单管转同心管装置的空腔通过一管道连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，压缩气体输送模块包括按顺序安装的气源、过滤及压力调节器、开关、加热组件。
进一步作为本发明技术方案的改进，加热组件包括温度控制装置以及温度检测装置。
进一步作为本发明技术方案的改进，二氧化碳输送模块包括按顺序安装的二氧化碳源、控制开关。
进一步作为本发明技术方案的改进，毛细管由耐冷耐高压材料制成。
进一步作为本发明技术方案的改进，毛细管转接装置到单管转同心管装置之间的毛细管为可拆换式阶梯毛细管。
进一步作为本发明技术方案的改进，毛细管转接装置的输出端的毛细管管径小于单管转同心管装置的输入端的毛细管管径。
进一步作为本发明技术方案的改进，毛细管转接装置的输出端与一润滑模块的输出端汇合连接有一油液混合组件，油液混合组件的输出端通过毛细管连接贯穿单管转同心管装置。
进一步作为本发明技术方案的改进，润滑模块包括按顺序安装的润滑剂源、油量控制器、油泵组件。
进一步作为本发明技术方案的改进，二氧化碳模块的输出端设计有单向阀，润滑模块的输出端也设计有单向阀。
本发明的有益效果：此金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，通过将液态二氧化碳在喷嘴处等焓降压后变换成二氧化碳固体小颗粒以及低温气体混合物，由压缩空气作为推进剂携带二氧化碳固体小颗粒直接打击在刀具表面进行接触式热交换达成降温效果，而且还可根据实际需求向液态二氧化碳中添加润滑剂，通过低温二氧化碳与润滑油组合进行冷却润滑，此发明兼具高效冷却以及润滑作用，而且污染较少。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例的整体系统示意图；
图2是本发明实施例的带润滑模块的整体系统示意图；
图3为本发明实施例的单管转同心管装置视图；
图4为本发明实施例的可拆卸式阶梯毛细管视图。
具体实施方式
参照图1至图4所示，本发明为一种金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，包括二氧化碳输送模块2，二氧化碳输送模块2的输出端设置一毛细管转接装置3，毛细管转接装置3通过毛细管6连接贯穿一内设空腔41的单管转同心管装置4，单管转同心管装置4的输出端连接一容纳毛细管6作为中心管的同心管9，同心管9的输出端连接喷嘴装置5，有一压缩气体模块1与单管转同心管装置4的空腔41通过一管道连接。
此金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，通过将液态二氧化碳在喷嘴装置5处等焓降压后变换成二氧化碳固体小颗粒以及低温气体混合物，由压缩空气作为推进剂携带二氧化碳固体小颗粒直接打击在刀具表面进行接触式热交换达成降温效果，而且还可根据实际需求向液态二氧化碳中添加润滑剂，通过低温二氧化碳与润滑油混合进行冷却润滑，此发明兼具高效冷却润滑以及润滑作用，而且污染较少。
作为本发明优选的实施方式，压缩气体输送模块1包括按顺序安装的压缩气源11、过滤机压力调节器12、开关13、加热组件14。压缩气源11提供压缩气体，压缩气体起到作为二氧化碳固体小颗粒的推进剂的作用。压缩气源11通过气管连接到过滤器及带压力检测装置的过滤机压力调节器12，再由气管连接到开关13，然后再由气管连接到带温度控制装置以及温度检测装置的加热组件14上，加热组件14用于加热压缩气体，加热后的压缩气体作为同心管9外层气体可以防止毛细管6外壁挂霜，温度检测装置用于检测加热组件14以防止过热。经过加热的压缩气体接入单管转同心管装置4后进入同心管9外层，同心管9连接到喷嘴装置5。
此金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统的原理为液态二氧化碳在喷嘴5处等焓降压后变换成二氧化碳固态小颗粒以及低温气体混合物，由压缩空气作为推进剂携带二氧化碳固体小颗粒直接打击在刀具以及工件表面进行接触式热交换达成降温效果。根据二氧化碳的压焓图发现，要得到二氧化碳小颗粒，主要有两种方式：二氧化碳液体或者气液二相等焓降压成固气两相混合物。由实验测得气液二相二氧化碳转变的固体时约占二氧化碳总量的6％左右，二液态二氧化碳转变固体时约占二氧化碳总量的45％，由液态二氧化碳等焓降压得到的固体较多，较为经济实惠。
作为本发明优选的实施方式，二氧化碳输送模块2包括按顺序安装的二氧化碳源21以及控制开关22。二氧化碳源21提供液态二氧化碳起到作为冷剂原料的作用。液态二氧化碳由耐高压冷气管连接到气源控制开关22后，连接到毛细管转接装置3，之后连接到耐冷耐高压材料制成的毛细管6，毛细管6再接入单管转同心管装置4后进入同心管9作为中心管，同心管9连接到喷嘴装置5。毛细管6用于控制喷嘴装置5处喷出的二氧化碳固体小颗粒的体积。从毛细管转接装置3接到单管转同心管装置4之间的毛细管6要做成可拆换式阶梯毛细管，第一段毛细管需要比第二段毛细管的管径小。根据流体在管中流动消耗能量导致压降的原理，变换毛细管6的长度可用于控制管中液态二氧化碳的流速，从而控制液态二氧化碳的用量。
作为本发明优选的实施方式，毛细管转接装置3的输出端与一润滑模块7的输出端汇合连接有一油液混合组件8，油液混合组件8的输出端通过毛细管6连接贯穿单管转同心管装置4。润滑模块7包括按顺序安装的润滑剂源71、油量控制器72、微型油泵组件73。毛细管转接装置3的输出端的毛细管6的管径小于油液混合组件8输出端的毛细管6的管径。毛细管转接装置3的输出端设计有单向阀31，,润滑模块7的输出端设计有单向阀74，防止高压液态二氧化碳倒流或者流入润滑剂管线。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：包括二氧化碳输送模块(2)，所述二氧化碳输送模块(2)的输出端设置一毛细管转接装置(3)，所述毛细管转接装置(3)通过毛细管(6)连接贯穿一内设空腔(41)的单管转同心管装置(4)，所述单管转同心管装置(4)的输出端连接一容纳毛细管(6)作为中心管的同心管(9)，所述同心管(9)的输出端连接喷嘴装置(5)，有一压缩气体模块(1)与单管转同心管装置(4)的空腔(41)通过一管道连接。
2.根据权利要求1所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述压缩气体输送模块(1)包括按顺序安装的气源(11)、过滤及压力调节器(12)、开关(13)、加热组件(14)。
3.根据权利要求2所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述加热组件(14)包括温度控制装置以及温度检测装置。
4.根据权利要求1所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述二氧化碳输送模块(2)包括按顺序安装的液态二氧化碳源(21)、控制开关(22)。
5.根据权利要求1所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述毛细管(6)由耐冷耐高压材料制成。
6.根据权利要求1所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述毛细管转接装置(3)到单管转同心管装置(4)之间的毛细管(6)为可拆换式阶梯毛细管。
7.根据权利要求1所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述毛细管转接装置(3)的输出端的毛细管管径小于单管转同心管装置的(4)输入端的毛细管管径。
8.根据权利要求1所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述毛细管转接装置(3)的输出端与一润滑模块(7)的输出端汇合连接有一油液混合组件(8)，所述油液混合组件(8)的输出端通过毛细管(6)连接贯穿单管转同心管装置(4)。
9.根据权利要求8所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述润滑模块(7)包括按顺序安装的润滑剂源(71)、油量控制器(72)、油泵组件(73)。
10.根据权利要求8所述的金属切削加工用低温二氧化碳冷却润滑系统，其特征在于：所述毛细管转接装置(3)的输出端设计有单向阀(31)，所述润滑模块(7)的输出端的设计有单向阀(74)。
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