CN108906463B - 一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头 - Google Patents

一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，涉及机械加工冷却技术领域。该超声振荡喷头包括输入导管、回收导管以及具有微射流喷射组件和回收组件的冷却本体，冷却本体包括封闭的微射流喷射腔，输入导管设置于冷却本体的顶部，且与微射流喷射腔连通，回收导管位于微射流喷射腔，且将回收组件和外接真空机连接。该微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头结构简单，使用方便，增加微量冷却流体的流量，提高冷却与润滑效果，通过真空吸入并回收冷却流体雾，可以降低润滑液的消耗量，保证冷却效果的同时，降低冷却油雾对人体和环境造成的影响，细化喷雾颗粒，降低喷雾粒径大小，提升雾化效果，实用性强。

Description

一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头
技术领域
本发明涉及机械加工冷却技术领域，具体而言，涉及一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头。
背景技术
在机械切削加工过程中，切削区存在高温、高压现象。采用浇注式的冷却润滑方式虽然可以起到一定的冷却效果，但效果不明显，这是因为切削液渗透效率不高，特别是在高速加工时效率更低。
因此，传统的冷却润滑方式不仅浪费大量的切削液，而且排放的加工废液造成了环境污染，切削液中硫磺、磷和氯等元素添加剂有可能会对人体造成损害。从保护环境和降低生产成本的角度出发，人们迫切需要开发一种可改善生产和生态环境的新型绿色加工技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，设计合理、结构简单，能够较好的实现冷却、润滑效果，同时可以降低润滑液的消耗量，保证冷却效果的同时，可以降低冷却油雾对人体和环境造成的影响。
本发明的实施例是这样实现的：
基于上述目的，本发明的实施例提供了一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，包括输入导管、回收导管以及具有微射流喷射组件和回收组件的冷却本体，所述冷却本体包括封闭的微射流喷射腔，所述输入导管设置于所述冷却本体的顶部，且与所述微射流喷射腔连通，所述回收导管位于所述微射流喷射腔，且将所述回收组件和外接真空机连接。
另外，根据本发明的实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的可选实施例中，所述冷却本体包括盖板、底板以及侧壁，所述盖板、所述底板以及所述侧壁围合成所述微射流喷射腔；
所述微射流喷射组件和所述回收组件均位于所述侧壁，且所述微射流喷射组件和所述回收组件相邻设置。
在本发明的可选实施例中，所述喷射组件包括冷却液喷射体、压电陶瓷体以及具有微射孔的微射流喷头，所述冷却液喷射体间隔开设有多个第一喷射孔，所述压电陶瓷体间隔开设有多个第二喷射孔；
所述微射流喷头的数量、所述第一喷射孔的数量以及所述第二喷射孔的数量均相同且一一对应，所述微射流喷头依次插设于所述第二喷射孔和所述第一喷射孔。
在本发明的可选实施例中，全部所述微射流喷头矩形阵列分布，所述微射流喷头包括聚焦喷头和中心喷头，所述中心喷头设置于矩形阵列的中心位置，所述聚焦喷头位于所述中心喷头的周向，且所述聚焦喷头具有能够向矩形阵列的中心位置喷射的喷射角度。
在本发明的可选实施例中，所述微射流喷头包括连通段和喷射段，所述连通段依次插设于所述第二喷射孔和所述第一喷射孔，所述喷射段位于所述压电陶瓷体的远离所述冷却液喷射体的一侧。
在本发明的可选实施例中，所述第一喷射孔和所述第二喷射孔的内周壁均涂覆有氧化锌或石墨烯涂层。
在本发明的可选实施例中，所述第一喷射孔和所述第二喷射孔的内周壁均涂覆有氧化锌或石墨烯涂层。
在本发明的可选实施例中，所述回收组件包括颗粒回收体和吸入盖板，所述颗粒回收体包括吸入面板和一端开口的吸入腔，所述吸入面板为所述吸入腔的底壁，所述吸入盖板盖设于所述吸入腔，所述吸入面板开设有多个颗粒吸入孔，所述吸入盖板开设有回收流通孔，所述回收导管的一端插设于所述回收流通孔，且与所述吸入腔连通，所述回收导管的另一端与外接真空机连接。
在本发明的可选实施例中，所述微射流喷射组件和所述回收组件的数量均为两个，两个所述微射流喷射组件相对设置，两个所述回收组件相对设置，所述微射流喷射组件和所述回收组件相邻设置，且围合成所述微射流喷射腔。
在本发明的可选实施例中，所述回收导管包括相互连通的第一连通管和第二连通管，所述第一连通管和所述第二连通管为“T”字型，所述第一连通管的两端分别与两个所述回收组件连通，所述第二连通管穿设于所述冷却本体的顶部，且与外接真空机连接。
本发明实施例的有益效果是：设计合理，结构简单，使用方便，实用性强，以输出和吸入并存的模式，增加微量冷却流体的流量，同时提高冷却与润滑效果，冷却效果好，通过真空吸入并回收冷却液雾，可以降低润滑液的消耗量，并且在保证冷却效果的同时，可以降低冷却油雾对人体和环境造成的影响，降低喷雾粒径大小，提升雾化效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头的结构示意图；
图2为微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头打开状态的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头的分解示意图；
图4为图3中微射流喷射组件的分解示意图；
图5为图4中微射流喷头的剖视图；
图6为图3中回收组件的分解示意图；
图7为盖板与输入导管、回收导管的装配示意图；
图8为微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头安装于铣刀的示意图。
图标：100-超声振荡喷头；10-输入导管；20-回收导管；21-第一连通管；22-第二连通管；30-冷却本体；302-盖板；31-微射流喷射腔；32-微射流喷射组件；323-冷却流体喷射体；324-第一喷射孔；325-压电陶瓷体；326-第二喷射孔；327-微射流喷头；3275-聚焦喷头；3276-中心喷头；328-微射孔；3273-连通段；3275-喷射段；35-回收组件；352-颗粒回收体；353-吸入面板；354-颗粒吸入孔；355-吸入腔；356-吸入盖板；357-回收流通孔；40-铣刀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例
图1为本发明提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100的结构示意图，图2为本发明提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100打开状态的结构示意图，图3为本发明提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100的爆炸示意图，请参照图1、图2以及图3所示。
微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100包括输入导管10、回收导管20以及冷却本体30，冷却本体30具有封闭的微射流喷射腔31，通过输入导管10将冷却流体输入到微射流喷射组件32，采用微射流原理，在输入导管10内输入一定压力的冷却流体，冷却本体30产生的微射流对冷却流体颗粒的细化，喷射出雾化效果强的冷却流体。
在喷射时，由于微射流喷头327具有不同的喷射角度，使全部微射流喷头327能够实现将冷却流体喷射到指定的聚焦刀具切削点，即全部微射流喷头327向喷射中间聚集。
冷却本体30设置有回收组件35，回收导管20的一端与回收组件35连接，另一端与外接真空机连接，从而将散发的冷却流体雾状颗粒进行回收，不仅可以实现较好的冷却效果，同时能够将多余冷却流体回收、利用，达到保护环境，绿色发展的目的。
下面对该微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100的各个部件的具体结构和相互之间的对应关系进行详细说明。
请继续参照图2和图3所示，冷却本体30为矩形框体结构，冷却本体30设置有微射流喷射组件32和回收组件35，微射流喷射组件32和回收组件35相邻设置，冷却本体30的内部设置有封闭的微射流喷射腔31，该微射流喷射腔31与微射流喷射组件32连通。
输入导管10设置于冷却本体30的顶部，且将外界冷却流体通过输入导管10能够与微射流喷射腔31连通，冷却流体进入微射流喷射腔31后，在微射流喷射组件32的作用下，以微小雾状颗粒喷射。
回收组件35通过回收导管20与外接真空机连接，回收导管20贯穿于微射流喷射腔31，在真空机作用下，通过回收组件35和回收导管20将微小雾状颗粒回收，有利于后期处理再利用。
具体的，冷却本体30包括盖板302、底板以及侧壁，盖板302盖设于微射流喷射腔31的上方，由盖板302、底板以及侧壁围合成微射流喷射腔31，用于容纳冷却流体。
微射流喷射组件32和回收组件35均位于侧壁，微射流喷射组件32将冷却流体喷射出去，回收组件35用于将多余的雾状颗粒回收，故在本实施例中，微射流喷射组件32和回收组件35相邻设置，便于机械加工中对刀具进行冷却，同时能够节省冷却流体，且冷却效果较好。
图4为本实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100中微射流喷射组件32的分解示意图，请参照图4所示。
微射流喷射组件32包括冷却流体喷射体323、压电陶瓷体325以及微射流喷头327，冷却流体喷射体323靠近于微射流喷射腔31，压电陶瓷体325相对于冷却流体喷射体323位于外侧，冷却流体喷射体323间隔开设有多个第一喷射孔324，压电陶瓷体325间隔开设有多个第二喷射孔326，第一喷射孔324和第二喷射孔326的位置、大小均一一对应，微射流喷头327开设有微射孔328，微射流喷头327一一对应的插设于压电陶瓷体325的第二喷射孔326和冷却流体喷射体323的第一喷射孔324，将微射流喷射腔31连通。
图5为微射流喷头327的剖面图，请参照图5所示。
具体的，微射流喷头327包括连通段3273和喷射段3275，连通段3273用于将冷却流体喷射体323和压电陶瓷体325连接，且将微射流喷射腔31与微射流喷头327的微射孔328连通，连通段3273依次插设于第二喷射孔326和第一喷射孔324，喷射段3275用于将冷却流体喷射出来，对加工刀具进行喷射冷却，故，喷射段3275位于压电陶瓷体325的远离冷却流体喷射体323的一侧。
微射流喷头327采用针口设计，在微射流喷头327的微射孔328内壁设置有氧化锌或石墨烯涂层，能加强细化冷却流体雾化颗粒粒径的大小；
可选的，氧化锌和石墨烯涂层的厚度为0.02mm，利用氧化锌或石墨烯涂层的疏水性，达到降低喷雾粒径大小，提升雾化效果的目的。
可选的，全部微射流喷头327呈矩形阵列分布，压电陶瓷体325开设的第二喷射孔326和冷却流体喷射体323开设的第一喷射孔324的直径相同，且均为0.4mm，微射流喷头327安装后的相邻两个喷头在水平方向、竖直方向的间距均为1mm。
可选的，微射流喷头327包括聚焦喷头3275和中心喷头3276，其中，中心喷头3276是指设置于矩形阵列的中心位置的喷头，其喷射出来的冷却流体正好位于其微射孔328中心轴线的延长线上，聚焦喷头3275分布于中心喷头3276的周向，聚焦喷头3275具有不同的聚焦角度，能够使聚焦喷头3275喷射出的冷却流体偏斜喷向中心喷头3276的微射孔328中心轴线的延长线上，即聚焦喷头3275具有向矩形阵列的中心位置喷射的喷射角度。故，每个聚焦喷头3275的位置是固定的，安装角度也是固定的，从而满足所有喷口的喷射角度设计为指定聚焦喷射到刀具切削点。所有的微射流喷头327向喷射平面中间聚集喷射。
为了确保在减少切削液用量的同时，又不降低切削加工的效果，相继出现了干切削、低温冷风、液氮冷却、气体射流冷却、微量润滑、水蒸气冷却和微量油膜附水滴等冷却润滑方式，经过研究发现，其冷却效果均好于传统的浇注式冷却润滑方式。
本实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100，根据微射流冷却原理，不需要额外的流源，射流的形成直接来源于周围流体。微射流的形成主要有两种形式，一种是由仅在一个侧面上开有微小孔的封闭腔体形成射流作动器，工作时开孔相对的侧面产生振动，外界流体便会经由开孔不断进入、排出腔体，形成微射流；另一种为直接将振动膜片放入环境流体之中，膜片振动时只要其振幅足够大，也会沿膜片法线方向形成射流。
可选的，在冷却流体中加入微量植物油和微量水经压缩空气和特殊喷嘴，雾状化并形成表面吸附一薄层油膜的微小水滴，然后经压缩空气以一定速度，并通过微射流激发加强，喷射到工件加工面和加工刀具表面。残留在工件表面的少量水会被加工产生的切削热带走或蒸发掉，而微量油膜能起到润滑和防锈的作用，由于油膜的扩张性和亲水性，会在工件加工面和刀具表面上产生良好的润滑和冷却效果，并且能达到提高冷却效果、节约冷却流体、保护环境、绿色健康的目的。
在本实施例中，为了达到较好的疏水作用，在冷却流体喷射体323的第一喷射孔324和压电陶瓷体325的第二喷射孔326的内周壁均涂覆有氧化锌或石墨烯涂层，有利于降低喷雾粒径的大小，冷却流体的压力喷射和压电陶瓷产生超声振动信号并用，激发和加强冷却流体喷射，产生微射流，能同时增大油水融合程度，细化喷雾颗粒，提升雾化效果。
图6为本实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100中回收组件35的分解示意图，请参照图6所示。
回收组件35包括颗粒回收体352和吸入盖板356，颗粒回收体352包括吸入面板353和一端开口的吸入腔355，吸入面板353为吸入腔355的底壁，吸入盖板356盖设于吸入腔355，吸入面板353开设有多个颗粒吸入孔354，吸入盖板356开设有回收流通孔357，从吸入盖板356的一侧设置真空回收装置，能够将雾化颗粒从吸入面板353的颗粒吸入孔354吸入到吸入腔355内，然后通过回收流通孔357进行回收。
可选的，回收导管20为管状体，其一端插设于回收流通孔357，另一端与外接真空机连接，通过回收导管20，将吸入腔355与真空机连通，有利于多余的雾化流体颗粒回收，通过真空吸入并回收冷却流体雾，可以降低润滑液的消耗量，并且在保证冷却效果的同时，可以降低冷却油雾对人体和环境造成的影响。
本实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100，以输出和吸入并存的模式，增加微量润滑液的流量，同时提高冷却与润滑效果。
在本实施例中，微射流喷射组件32和回收组件35的数量均为两个，两个微射流喷射组件32相对设置，两个回收组件35相对设置，且微射流喷射组件32和回收组件35相邻设置，共同围合成微射流喷射腔31。
输入导管10连接至微射流喷射腔31，微射流喷射腔31与两个微射流喷射组件32均连接，使得每个微射流喷射组件32中的微射流喷头327均与微射流喷射腔31连通。两个回收组件35的吸入盖板356均开设有回收流通孔357，通过回收导管20将其与外接真空机连接。
图7为盖板302与回收导管20、输入导管10的装配示意图，请参照图7所示。
可选的，回收导管20包括相互连通的第一连通管21和第二连通管22，第一连通管21和第二连通管22为“T”字型结构，第一连通管21的两端分别与两个回收组件35的吸入腔355连通，第二连通管22穿设于冷却本体30的顶部，且与外接真空机连接。
可选的，输入导管10和回收导管20均为铜导管，微射流喷射组件32和回收组件35均由压电陶瓷片构成，该微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100采用具有一定压力值的冷却流体输入，在微射流喷射组件32作用下，结合微射流原理，加强和激发冷却流体的喷射和雾化。
图8为微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100安装于铣刀40后的结构示意图，请参照图8所示。
该微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100用于安装在铣刀40中，能够绕铣刀40的回转轴做旋转运动，从而方便调整微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100的喷射集中点，使喷射点聚焦到刀具与工件接触的理想的冷却位置，从而达到理想的冷却效果。
本发明实施例提供的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头100具有的有益效果是：
结构简单，使用方便，以输出和吸入并存的模式，增加微量冷却流体的流量，同时提高冷却与润滑效果，冷却效果好；通过真空吸入并回收冷却流体雾，可以降低润滑液的消耗量，并且在保证冷却效果的同时，可以降低冷却油雾对人体和环境造成的影响；冷却流体的压力喷射和压电陶瓷产生超声振动信号并用，激发和加强冷却流体喷射，产生微射流，能同时增大油水融合程度，细化喷雾颗粒；针孔喷嘴设计，利用氧化锌或石墨烯涂层的疏水性，降低喷雾粒径大小，提升雾化效果。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，包括输入导管、回收导管以及冷却本体，所述冷却本体包括微射流喷射组件和回收组件，所述冷却本体还包括封闭的微射流喷射腔，所述输入导管设置于所述冷却本体的顶部，且与所述微射流喷射腔连通，所述回收导管位于所述微射流喷射腔，且将所述回收组件和外接真空机连接；
所述冷却本体包括盖板、底板以及侧壁，所述盖板、所述底板以及所述侧壁围合成所述微射流喷射腔；
所述微射流喷射组件和所述回收组件均位于所述侧壁，且所述微射流喷射组件和所述回收组件相邻设置；
所述微射流喷射组件包括冷却液喷射体、压电陶瓷体以及具有微射孔的微射流喷头，所述冷却液喷射体间隔开设有多个第一喷射孔，所述压电陶瓷体间隔开设有多个第二喷射孔；
所述微射流喷头的数量、所述第一喷射孔的数量以及所述第二喷射孔的数量均相同且一一对应，所述微射流喷头依次插设于所述第二喷射孔和所述第一喷射孔；
所述回收组件包括颗粒回收体和吸入盖板，所述颗粒回收体包括吸入面板和一端开口的吸入腔，所述吸入面板为所述吸入腔的底壁，所述吸入盖板盖设于所述吸入腔，所述吸入面板开设有多个颗粒吸入孔，所述吸入盖板开设有回收流通孔，所述回收导管的一端插设于所述回收流通孔，且与所述吸入腔连通，所述回收导管的另一端与外接真空机连接。
2.根据权利要求1所述的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，全部所述微射流喷头矩形阵列分布，所述微射流喷头包括聚焦喷头和中心喷头，所述中心喷头设置于矩形阵列的中心位置，所述聚焦喷头位于所述中心喷头的周向，且所述聚焦喷头具有能够向矩形阵列的中心位置喷射的喷射角度。
3.根据权利要求1或2所述的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，所述微射流喷头包括连通段和喷射段，所述连通段依次插设于所述第二喷射孔和所述第一喷射孔，所述喷射段位于所述压电陶瓷体的远离所述冷却液喷射体的一侧。
4.根据权利要求3所述的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，所述第一喷射孔和所述第二喷射孔的内周壁均涂覆有氧化锌或石墨烯涂层。
5.根据权利要求3所述的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，所述微射流喷头的微射孔内壁设置有氧化锌或石墨烯涂层。
6.根据权利要求1或2所述的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，所述微射流喷射组件和所述回收组件的数量均为两个，两个所述微射流喷射组件相对设置，两个所述回收组件相对设置，所述微射流喷射组件和所述回收组件相邻设置，且围合成所述微射流喷射腔。
7.根据权利要求6所述的微射流可调的阵列式微量润滑超声振荡喷头，其特征在于，所述回收导管包括相互连通的第一连通管和第二连通管，所述第一连通管和所述第二连通管为“T”字型，所述第一连通管的两端分别与两个所述回收组件连通，所述第二连通管穿设于所述冷却本体的顶部，且与外接真空机连接。
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