CN115318466A - 以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置及方法，静电喷雾装置包括输入气体的进气管，沿气流方向进气管、第一管体、喷嘴安装套管、第二管体和末端喷嘴依次连接形成内腔连通的装置主体，第一线圈和第二线圈分别设置在第一管体和第二线圈的侧壁内部，荷电雾化喷嘴绕喷嘴安装套管布设安装，荷电雾化喷嘴至少包括一对油基雾化喷嘴和一对水基雾化喷嘴，油基雾化喷嘴设有令油基雾滴带正电的感应荷电结构，水基雾化喷嘴设有令油基雾滴带负电的接触荷电结构，水基雾滴所带的负电荷量远大于油基雾滴所带的正电荷量。本发明能使得油基雾滴和水基雾滴充分地混合和融合，并保证喷出后雾化分散效果和实现静电微量润滑效果。

Description

以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置及方法
技术领域
本发明属于微量润滑喷雾技术领域，具体涉及以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置及方法。
背景技术
高效的冷却润滑方式带来的较小切削力、振动、切削热不仅可以提高加工件精度，还可以降低机床损耗，维护主轴精度并有效延长刀具使用寿命，从而提高加工经济性和可持续性，并满足精密加工的基本要求。微量润滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)，静电微量润滑(Electrostatic MQL，EMQL)等冷却润滑方法为加工过程中的减摩和切削热控制提供了较好的解决方案。油膜附水滴式(Oils on water，OoW)MQL作为一种基于切削液在线混合的微量润滑技术，通过切削油(主要为植物油)和水的组合，依靠水的沸腾相变加强换热效果并依靠油膜降低切削摩擦，相对较为环保且成本较低，又因其具有切削液在线混合的特征，因此可以实现异相切削液的独立存储，便于运输和保存。而EMQL则是基于设法提高雾滴应用效率，使其准确、有效进入加工区，从而改善润滑冷却作用。
OoW式MQL技术虽然具有切削液在线混合的特征，但由于油基、水基切削液为不易相融的两相液体，较难满足在不同比例下进行在线均匀混合的要求，因此难以形成满足冷却及润滑需求的油-水融合雾滴，无法保证水基雾滴表面均有油膜存在，且存在较多的单成分雾滴，因此难以发挥高效的冷却和润滑作用，在实际应用时带来较差的加工质量，较快的刀具磨损以及较明显的切削振动；并且现有的OoW式MQL技术未能实现与EMQL技术的良好结合，相关装置也未能兼顾切削液在线混合融合和静电微量润滑两方面的优良作用。
如实用新型专利《一种用于使空气和切削液混合均匀的混合器》，申请号：201920660714.3，其技术方案对于切削液和空气在线混合效果无法最大程度保证，且装置不具备进行静电微量润滑的作用。再如实用新型专利《一种基于微量润滑的切削液多组份在线混合喷头》，申请号：202021525544.7，其方案同样无法实现与静电微量润滑的有机结合，并且，对于不同性质的异相切削液，如难以混溶的油、水两相切削液而言，其应用效果无法最大程度保证。再如发明专利申请《一种具有复合可调荷电模式的便携式静电》，申请号：202010807088.3，其方案在一种装置里集成了两种静电荷电技术，但是该装置只能单纯用于喷雾，而未涉及任何有关雾滴混合的相关技术，且明显无法适用于异相切削液在线混合式的微量润滑应用；再如中国专利《接触式和感应式复合作用航空静电喷药荷电装置及航空植保机》，申请号：CN201921125810.4，其方案将将接触式和感应式荷电方法联系到一起，但该装置同样未尝试解决异相液体荷不同极性电荷的问题，且未涉及任何切削液雾滴混合的技术以及微量润滑技术，因此其也无法兼顾切削液在线混合融合和静电微量润滑两方面的优良作用。
综上所述，现有技术尚不能有效地解决异相切削液均匀地且充分地在线混合融合并进行高效的静电微量润滑的能力，难以兼顾异相切削液在线混合所带来的切削液分开存储、即混即用、避免浪费、自适应微量润滑的优点以及静电微量润滑所带来的雾滴沉积分布效果好、润湿性强的优点，导致微量润滑的作用尚未能完全发挥。
发明内容
本发明的目的是提供以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置(装置与方法是两个主体，方法在下面单独引出)，用于解决现有技术中无法兼顾异相切削液均匀地且充分地在线混合融合与有效进行静电微量润滑，无法将油膜附水滴式润滑方法和静电微量润滑方法以最佳方式结合，难以保证雾滴有效分散的同时各个雾滴能尽可能充分地实现异相雾滴接触融合的技术问题。
所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，包括输入气体的进气管、第一管体、喷嘴安装套管、第二管体、荷电雾化喷嘴、第一线圈、第二线圈和末端喷嘴，沿所述气流方向所述进气管、所述第一管体、所述喷嘴安装套管、所述第二管体和所述末端喷嘴依次连接形成内腔连通的装置主体，所述第一线圈和所述第二线圈分别设置在所述第一管体和所述第二线圈的侧壁内部，所述第一线圈和所述第二线圈的绕线方向和通电电流方向相同，所述荷电雾化喷嘴绕所述喷嘴安装套管布设安装且将自身的喷头伸入所述装置主体的内腔，所述荷电雾化喷嘴至少包括一对输入油基切削液的油基雾化喷嘴和一对输入水基切削液的水基雾化喷嘴，每对荷电雾化喷嘴相对设置，所述油基雾化喷嘴设有令油基雾滴带正电的感应荷电结构，所述水基雾化喷嘴设有令油基雾滴带负电的接触荷电结构，所述感应荷电结构和所述接触荷电结构均连接到极性相同的高压电源输出端，所述水基雾滴所带的负电荷量远大于所述油基雾滴所带的正电荷量。
优选的，所述荷电雾化喷嘴还包括非金属绝缘材料制造的切削液进口、喷头和喷嘴连接螺纹，所述接触荷电结构包括金属导电材料制造的喉管电极、高压接线柱和高压连接导线，所述高压接线柱、所述高压连接导线和所述喉管电极安装完毕后呈依次导通状态；所述感应荷电结构包括金属导电材料制造的高压接线柱、高压连接导线，环形电极和接地端子，且高压接线柱、高压连接导线和环形电极在安装完毕后呈依次导通状态，接地端子从喷嘴侧面连接至切削液进口底部。
优选的，所述喉管电极具有狭窄的喉管结构，喷头内腔为锥状且在出口处直径较大，所述喉管电极位于喷头内腔处的部分与喷头内腔形成与喉管结构连通的扩散段；所述环形电极位于喷头的开口部位，且环形电极的直径显著大于喷头的喷出端，环形电极与经过喷嘴雾化所形成的呈锥状分布的切削液喷雾之间不直接接触。
优选的，所述荷电雾化喷嘴共4个，包括相对布置且具有同样结构的喷嘴一和喷嘴二，以及相对布置且具有同样结构的喷嘴三和喷嘴四；所述荷电雾化喷嘴包括非金属绝缘材料制造的切削液进口、所述喷头和用于连接所述喷嘴安装螺纹孔的喷嘴连接螺纹；喷嘴一和喷嘴二均为水基雾化喷嘴，喷嘴三和喷嘴四均为油基雾化喷嘴，水基雾化喷嘴与所述油基雾化喷嘴相互垂直形成十字形的荷电雾化喷嘴排布方式。
优选的，所述第一管体包括第一绕线箍和第一套管，所述第一线圈绕在所述第一绕线箍外，所述第一套管套在所述第一线圈外，所述第一绕线箍和所述第一套管均为绝缘材料制造而成；所述第二管体包括第二绕线箍和第二套管，所述第二线圈绕在所述第二绕线箍外，所述第二套管套在所述第二线圈外，所述第二绕线箍和所述第二套管均为绝缘材料制造而成；第一线圈和第二线圈在装置主体外侧通过导线直接串联连通。
优选的，对荷电雾化喷嘴进行荷电的荷电电路包含静电发生器一和静电发生器二，输出电极均为高压负电，静电发生器一输出的电压显著高于静电发生器二输出的电压。
优选的，对荷电雾化喷嘴进行荷电的荷电电路包含一部静电发生器，输出电极均为高压负电，在静电发生器的负高压输出线路上并联两路调压输出装置，通过调压输出装置调节接触荷电结构和感应荷电结构二者的电压，接触荷电结构接收的电压显著高于感应荷电结构接收的电压。
优选的，水基雾化喷嘴输入的水基切削液流量为油基雾化喷嘴输入的油基切削液流量的20倍。
优选的，所述进气管为绝缘材料制造，包括进气口、进气管体、进气管连接螺纹；所述进气管、所述第一绕线箍和所述第二绕线箍的末端均为径向凸出的凸环结构，所述进气管与所述第一绕线箍螺纹连接，所述第一套管被夹在所述进气管末端与所述第一绕线箍的末端之间，所述喷嘴安装套管套接在所述第二绕线箍外侧并位于第一线圈和第二线圈之间，所述第二套管被夹在所述喷嘴安装套管体和所述第二绕线箍的末端之间。
本发明还提供了以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾方法，采用上述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置实现，包括下列步骤：
1)压缩空气从进气管的进气口进入装置主体的内腔；
2)接触荷电结构和感应荷电结构均接入负高压电源输出，感应荷电结构的接地端子连接到对应静电发生器的接地端，工作时保持接触荷电结构接入的电压显著高于感应荷电结构接入的电压；
3)第一线圈和第二线圈通电，促使装置主体内产生近似与其轴线平行的磁感线；
4)水基切削液从水基雾化喷嘴注入，经喷嘴雾化作用和喉管电极的接触荷电作用形成水基雾滴喷出，水基雾滴荷有较多负电荷；
5)油基切削液从油基雾化喷嘴注入，经喷嘴雾化作用和环形电极、接地端子感应充电作用形成油基雾滴喷出，相比水基雾滴具有的电荷量，油基雾滴荷有少量正电荷；
6)同相的水基雾滴在线圈产生的电磁场、流场和雾滴间库伦斥力多重作用下在装置主体内均匀分散，同相的油基雾滴也在线圈产生的电磁场、流场和雾滴间库伦斥力多重作用下在装置主体内同样均匀分散；
7)在静电喷雾装置内部流场、电磁场、电荷作用的共同作用下，异相的带有不同电荷的雾滴得以相互吸引、接触、混合并融合，形成以油包水型雾滴为主的油水融合雾滴；油包水型雾滴中，大部分总体携带一定量的负电荷，少部分为中性不带电；
8)融合后的油包水雾滴与压缩空气在装置主体的内腔中随高压空气继续移动，油包水雾滴之间发生部分电荷转移，使得中性雾滴的数量降低，携带负电荷的油包水雾滴在此过程随负电荷转移而增多，并最终从万向竹节喷管喷出；
上述步骤中，第4)、5)步是同时进行的，第1)、2)、3)步之间不分先后，第2)步在第4)、5)步之前进行，第1)、3)步在第4)、5)步之前进行或与第4)、5)步同时进行。
本发明具有以下优点：本方案基于磁场和雾滴上电荷的共同作用，能够同时实现异相切削液的在线混合及雾滴的荷电。通过采用不同方式对异相雾滴分别荷电，从而巧妙地利用正负电荷间的库伦引力带来的异相切削液雾滴间的吸附作用；并且基于磁场对荷电雾滴的洛伦兹力以及同相雾滴间的库伦斥力作用促进同相雾滴分散，避免团聚，从而增加异相雾滴接触融合概率，因此可以使得油基雾滴和水基雾滴在装置主体内实现充分地混合和融合，形成以荷(负)电的油包水雾滴为主的油水融合性雾滴。
本方案中用于让雾滴荷电的荷电结构连接的高压输出电极均为高压负电，有效避免了荷电电路在体积较小的静电喷雾组装中同时设置正负极高压电时可能存在的异相电极击穿、放电等危险情况。本方案通过对雾滴所荷电荷量的控制，使得水基雾滴荷电量远大于油基雾滴荷电量，促进水基雾滴尽可能多地吸引油基雾滴，并使得融合后的油包水雾滴依旧带负电，提高了混合后油包水雾滴之间的分散效果，确保了在线混合式静电微量润滑的完整实现，从而既满足微量润滑中对于调节喷雾成分、环保切削液应用、避免切削液浪费的需求，同时也实现了静电式微量润滑。
本方案提供了两种电路结构，利用静电发生器为两种荷电结构分别接上不同大小的电压，令连接接触荷电结构的静电发生器一的电压显著高于连接感应荷电结构的静电发生器二的电压，使得水基雾滴荷电量远大于油基雾滴荷电量。本方案能够获得较小的雾滴直径和较致密的雾滴铺展，具有较强的雾滴润湿性，从而收获较高的冷却和润滑作用。
附图说明
图1为本发明以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置的结构示意图。
图2为图1所示结构中进气管的结构示意图。
图3为图1所示结构中第一绕线箍的结构示意图。
图4为图1所示结构中第一线圈的结构示意图。
图5为图1所示结构中第一套管的结构示意图。
图6为本发明中荷电电路的第一种实施例的结构示意图。
图7为图1所示结构中水基荷电雾化喷嘴的结构示意图。
图8为图1所示结构中油基荷电雾化喷嘴的结构示意图。
图9为图1所示结构中喷嘴安装套管的结构示意图。
图10为图1所示结构中第二绕线箍的结构示意图。
图11为图1所示结构中第二线圈的结构示意图。
图12为图1所示结构中第二套管的结构示意图。
图13为图1所示结构中荷电雾化喷嘴的安装示意图。
图14为图1所示结构使用时的磁感线示意图。
图15为图1所示结构使用时，以油基切削液为例，油基雾滴的运动示意图。
图16为本发明使用时，荷电异相切削液雾滴之间混合融合的原理示意图。
图17为本发明以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾方法流程简图。
图18为本发明中荷电电路的第二种实施例的结构示意图。
图中的附图标记为：1、进气管，11、进气口，12、进气管体，13、进气管连接螺纹，2、第一绕线箍，20、第一前置连接螺纹，21、第一绕线箍体，22、第一后置连接螺纹，3、第一线圈，30、第一左侧接线柱，31、第一右侧接线柱，32、第一线圈导线，4、第一套管，40、第一左侧接线柱孔，41、第一右侧接线柱孔，42、第一套管体，5、荷电雾化喷嘴，50、切削液进口，51、喷头，52、喷嘴连接螺纹，53、喉管电极，54、高压接线柱，55、高压连接导线，56、环形电极，57、接地端子，5-1、喷嘴一，5-2、喷嘴二，5-3、喷嘴三，5-4、喷嘴四，6、喷嘴安装套管，60、喷嘴安装孔，61、喷嘴安装套管体，7、第二绕线箍，70、第二前置连接螺纹，71、第二绕线箍体，72、第二后置连接螺纹，73、喷嘴安装螺纹孔，8、第二线圈，80、第二左侧接线柱，81、第二右侧接线柱，82、第二线圈导线，9、第二套管，90、第二左侧接线柱孔，91、第二右侧接线柱孔，92、第二套管体，10、万向竹节喷嘴。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1-18所示，本发明提供了以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，包括输入气体的进气管1、第一管体、喷嘴安装套管6、第二管体、荷电雾化喷嘴5、第一线圈3、第二线圈8和末端喷嘴，沿所述气流方向所述进气管1、所述第一管体、所述喷嘴安装套管6、所述第二管体和所述末端喷嘴依次连接形成内腔连通的装置主体，所述第一线圈3和所述第二线圈8分别设置在所述第一管体和所述第二线圈8的侧壁内部，所述第一线圈3和所述第二线圈8的绕线方向和通电电流方向相同，并组成与所述装置主体同轴的侧壁内线圈结构，所述荷电雾化喷嘴5绕所述喷嘴安装套管6布设安装且将自身的喷头51伸入所述装置主体的内腔，所述荷电雾化喷嘴5至少包括一对输入油基切削液的油基雾化喷嘴和一对输入水基切削液的水基雾化喷嘴，每对荷电雾化喷嘴5相对设置，所述油基雾化喷嘴设有令油基雾滴带正电的感应荷电结构，所述水基雾化喷嘴设有令油基雾滴带负电的接触荷电结构，所述感应荷电结构和所述接触荷电结构均连接到极性相同的高压电源输出端(如负高压电源输出端)。通过接触荷电结构和感应荷电结构这两种荷电结构上不同电压的作用，所述水基雾滴所带的负电荷量远大于所述油基雾滴所带的正电荷量。
所述进气管1为绝缘材料制造，包括进气口11、进气管体12、进气管连接螺纹13；所述进气管体12呈锥管状，所述进气口11的直径小于设有所述进气管连接螺纹13的进气管体12末端直径。所述第一管体包括第一绕线箍2和第一套管4，所述第一线圈3绕在所述第一绕线箍2外，所述第一套管4套在所述第一线圈3外。所述第一绕线箍2和所述第一套管4均为绝缘材料制造而成，所述第一绕线箍2包括第一前置连接螺纹20、第一绕线箍体21和第一后置连接螺纹22。类似的，所述第二管体包括第二绕线箍7和第二套管9，所述第二线圈8绕在所述第二绕线箍7外，所述第二套管9套在所述第二线圈8外。所述第二绕线箍7和所述第二套管9均为绝缘材料制造而成，所述第二绕线箍7包括第二前置连接螺纹70、第二绕线箍体71和第二后置连接螺纹72。进气管1、第一绕线箍2和第二绕线箍7的末端均为径向凸出的凸环结构，所述进气管连接螺纹13、所述第一后置连接螺纹22和第二后置连接螺纹72均设于对应的凸环结构内侧。
第一线圈3和第二线圈8均为金属导电材质，第一线圈3包括第一左侧接线柱30、第一右侧接线柱31和第一线圈导线32；第一套管4包括第一左侧接线柱孔40、第一右侧接线柱孔41和第一套管体42；所述第一左侧接线柱30从所述第一左侧接线柱孔40伸出，所述第一右侧接线柱31从所述第一右侧接线柱孔41伸出，二者连接供电装置。类似的，第二线圈8包括第二左侧接线柱80、第二右侧接线柱81和第二线圈导线82；第二套管9包括第二左侧接线柱孔90、第二右侧接线柱孔91和第二套管体92，所述第二左侧接线柱80从所述第二左侧接线柱孔90伸出，所述第二右侧接线柱81从所述第二右侧接线柱孔91伸出，二者连接供电装置，第一线圈3和第二线圈8中的电流方向相同，从而形成相同方向的电磁场。
所述第一前置连接螺纹20用于连接所述进气管连接螺纹13，所述第一套管4被夹在所述进气管1末端与所述第一绕线箍2的末端之间，所述第一后置连接螺纹22用于连接所述第二前置螺纹，所述喷嘴安装套管6包括喷嘴安装套管体61和设置在喷嘴安装套管体61上的喷嘴安装孔60，所述喷嘴安装孔60与各个荷电雾化喷嘴5一一对应连接，所述喷嘴安装套管体61套接在所述第二绕线箍7外侧并位于第一线圈3和第二线圈8之间，所述第二套管9被夹在所述喷嘴安装套管体61和所述第二绕线箍7的末端之间，所述第二绕线箍7上还设有与所述荷电雾化喷嘴5一一对应连接的喷嘴安装螺纹孔73，所述荷电雾化喷嘴5的喷头51伸入所述第二绕线箍7的内腔而尾部从所述喷嘴安装孔60伸出对应连接到油基切削液或水基切削液的供应装置。
本实施例中荷电雾化喷嘴5共4个，包括相对布置且具有同样结构的喷嘴一5-1和喷嘴二5-2，以及相对布置且具有同样结构的喷嘴三5-3和喷嘴四5-4。除荷电结构外，荷电雾化喷嘴5包括非金属绝缘材料制造的切削液进口50、喷头51和喷嘴连接螺纹52。喷嘴一5-1和喷嘴二5-2均为水基雾化喷嘴，喷嘴三5-3和喷嘴四5-4均为油基雾化喷嘴，水基雾化喷嘴与所述油基雾化喷嘴相互垂直形成十字形的荷电雾化喷嘴5排布方式。喷嘴连接螺纹52用于连接所述喷嘴安装螺纹孔73。
水基雾化喷嘴对应设置的接触荷电结构包括金属导电材料制造的喉管电极53、高压接线柱54和高压连接导线55，且所述高压接线柱54、所述高压连接导线55和所述喉管电极53安装完毕后呈依次导通状态。喉管电极53具有狭窄的喉管结构，喷头51内腔为锥状且在出口处直径较大，所述喉管电极53位于喷头51内腔处的部分与喷头51内腔形成与喉管结构连通的扩散段。水基润滑液在经过喉管喷出后将以射流雾化的形式变成微小雾滴，由于喉管结构较为狭窄，水基切削液与喉管得以充分接触，因此水基切削液得以在喉管电极53的高压负电作用下以接触荷电得到多余电子的方式使得雾化后的水基雾滴荷上负电荷。
而油基雾化喷嘴对应设置的感应荷电结构包括金属导电材料制造的高压接线柱54、高压连接导线55，环形电极56和接地端子57，且高压接线柱54、高压连接导线55和环形电极56安装完毕后呈依次导通状态，接地端子57从喷嘴侧面连接至切削液进口50底部。所述接地端子57在切削液流过时与切削液良好接触，所述环形电极56位于喷头51的开口部位，且环形电极56的直径显著大于喷头51的喷出端，油基切削液从喷头51上部的狭窄处流向喷头51处，在喷出端形成液膜一旦破碎喷出即实现雾化，由于环形电极56的直径显著大于喷头51的喷出端直径，因此，环形电极56与经过喷嘴雾化所形成的呈锥状分布的切削液喷雾之间不会有直接接触，接高压负电的环形电极56和接地端子57之间将形成非均匀电场，流经其中的具有微弱导电性的油基液体中带负电的载流子在接地端子57处被吸引而接入接地端，而带正电的载流子转移至所述液膜表面，液体雾化后形成荷少量正电荷的油基雾滴，通过此过程油基切削液雾滴将以感应充电的方式获得与高压负电的环形电极56极性相反的正电荷，通过控制电压让油基雾滴上携带的正电荷量相对水基雾滴上的负电荷量较少。
所述末端喷嘴用于将混合后的雾化液滴定向喷出，为了便于调节喷出方向，末端喷嘴采用普通塑料材质的万向竹节吹气管，其入口处具有连接螺纹从而与第二后置连接螺纹72连接。
上述结构组装过程如下：所述第一线圈3上的第一左侧接线柱30、第一右侧接线柱31分别从所述第一套管体42内缘插入第一左侧接线柱孔40和第一右侧接线柱孔41，然后第一线圈3进一步套绕在第一绕线箍体21的外缘柱面上，进气管1进而和第一绕线箍2进行螺纹连接，并从水平方向上压紧第一套管4。
同样道理，第二线圈8上的第二左侧接线柱80、第二右侧接线柱81分别从所述第二套管体92内缘插入第二左侧接线柱孔90和第二右侧接线柱孔91内，然后第二线圈8进一步套绕在第二绕线箍体71的外缘柱面上，喷嘴安装套管6进一步从第二绕线箍7的左侧套入第二绕线箍7的外缘柱面外，并确保各喷嘴安装孔60与第二绕线箍7上的各喷嘴安装螺纹孔73所在的孔对齐，组装完毕后，将组装后的第二管体和喷嘴安装套管6作为整体与第一绕线箍2进行连接，该连接基于第一后置连接螺纹22和第二前置连接螺纹70的螺纹连接实现。作为末端喷嘴的万向竹节喷嘴10和第二绕线箍7的第二后置连接螺纹72进行螺纹连接。
第一线圈3的第一右侧接线柱31和第二线圈8的第二左侧接线柱80，在装置主体外侧通过导线直接连通。第一线圈3的第一左侧接线柱30接直流电源的一相(如正极)，第二线圈8的第二右侧接线柱81接直流电源的另一相(如负极)，从而确保电流可在第一线圈3和第二线圈8内单向流动。
本发明提供两种技术方案，其一如图6所示：对荷电雾化喷嘴5进行荷电的荷电电路包含两部静电发生器——静电发生器一和静电发生器二，输出电极均为高压负电，有效避免了荷电电路在体积较小的静电喷雾组装中同时设置正负极高压电时可能存在的击穿、放电等危险情况。另一方面为了实现水基雾滴所带负电荷量远大于油基雾滴所带正电荷量，令连接接触荷电结构的静电发生器一的电压显著高于连接感应荷电结构的静电发生器二的电压；其二如图18所示：实际应用中将荷电电路替换为仅包含一部静电发生器的荷电电路，在静电发生器的负高压输出线路上并联两路调压输出装置，通过调压输出装置调节接触荷电结构和感应荷电结构二者的电压，同样可实现水基雾滴所带负电荷量远大于油基雾滴所带正电荷量的效果，完成对两组荷电雾化喷嘴5的供电作用。
如图17所示，通过本发明提供的静电喷雾装置(荷电电路采用第一种技术方案)实现的静电喷雾方法如下：1)压缩空气从进气管1的进气口11进入装置主体的内腔。
2)喷嘴一5-1、喷嘴二5-2的高压接线柱54接静电发生器一的负高压电源输出，喷嘴三5-3、喷嘴四5-4的高压接线柱54接静电发生器二的负高压电源输出，静电发生器一和静电发生器二的电压输出值均可自由调节；静电发生器二的接地端同时与喷嘴三5-3和喷嘴四5-4的接地端子57通过导线连接，确保接地端子57接地良好。工作时保持静电发生器一的电压显著高于静电发生器二的电压，目的是让接触荷电结构接入的电压显著大于感应荷电结构接入的电压，如果采用第二种技术方案的荷电结构，则通过两个调压输出装置调整接触荷电结构和感应荷电结构二者接入的电压，以满足前者显著大于后者的要求。
3)第一线圈3和第二线圈8通电，电流从第一线圈3的第一左侧接线柱30经第一右侧接线柱31和第二线圈8的第二左侧接线柱80流向第二右侧接线柱81，在第一线圈3和第二线圈8的绕线方向一致的前提下，根据电流的磁效应，在装置主体内腔的轴线上将会产生方向较为一致的磁场，即促使装置主体内产生近似与其轴线平行的磁感线。
4)水基切削液从水基雾化喷嘴——喷嘴一5-1和喷嘴二5-2注入，经喷嘴雾化作用和喉管电极53的接触荷电作用形成水基雾滴喷出，水基雾滴荷有较多负电荷。
5)油基切削液从油基雾化喷嘴——喷嘴三5-3和喷嘴四5-4注入，经喷嘴雾化作用和环形电极56、接地端子57感应充电作用形成油基雾滴喷出，相比水基雾滴具有的电荷量，油基雾滴荷有少量正电荷。
6)从喷嘴一5-1和喷嘴二5-2相对喷出的同相的水基雾滴在线圈产生的电磁场、流场和雾滴间库伦斥力多重作用下在装置主体内均匀分散。类似地，从喷嘴三5-3和喷嘴四5-4喷出的同相的油基雾滴也在线圈产生的电磁场、流场和雾滴间库伦斥力多重作用下在装置主体内同样均匀分散。并且由于水基雾滴和油基雾滴二者所带的电荷相反，因此本静电喷雾装置中存在两组水基雾化喷嘴和油基雾化喷嘴，两两形成的水基雾滴和油基雾滴在电磁场作用下相向偏转，更容易相遇混合。
7)在静电喷雾装置内部流场、电磁场、电荷作用的共同作用下，异相的带有不同电荷的雾滴得以相互吸引、接触、混合并融合，可以实现水基雾滴和多个油基雾滴混合融合并形成以油包水型雾滴为主的油水融合雾滴；由于单个水基雾滴所带负电荷量远大于油基雾滴所带正电荷量，这样整体上油基雾滴所带正电荷不足以将水基雾滴所带负电荷完全中和，因此，异相的带有不同电荷的水基雾滴和油基雾滴混合融合后所形成的油包水型雾滴中，大部分总体而言依旧携带一定量的负电荷，少部分则因油基雾滴占比较大导致电荷完全中和为中性不带电。
8)融合后的油包水雾滴与压缩空气在装置主体的内腔中随高压空气继续移动，此过程中油包水雾滴之间存在一定的碰撞、破裂作用，从而发生部分电荷转移，使得中性雾滴的数量降低，由于水基雾滴携带的负电荷量远大于油基雾滴携带的正电荷量，因此携带负电荷的油包水雾滴在此过程随负电荷转移而增多，并最终从万向竹节喷管喷出，在雾滴间库伦斥力作用下，喷出的油包水雾滴充分分散，保持较好的雾化效果，充分发挥冷却和润滑作用。
上述步骤中，第4)、5)步是同时进行的，第1)、2)、3)步之间不分先后，第2)步在第4)、5)步之前进行，第1)、3)步在第4)、5)步之前进行或与第4)、5)步同时进行。
此外，由于水的表面张力大于油的表面张力，因此同样条件下各雾化喷嘴所形成的雾滴中，水基雾滴的平均直径Dw直径大于油基雾滴的平均直径Do，常规方式的微量润滑中，水基雾滴的平均直径Dw(20um～100um)约为Do(2um～10um)的10倍，用于切削液在线混合式微量润滑中的常用水基切削液流量Qw(500ml/h)约为油基切削液流量Qo(25ml/h)的20倍，假设雾化后两种雾滴均为理想球体，可知雾化后所得油基颗粒数no约为水基颗粒数nw的50倍，即正常情况下油基雾滴颗粒数显著大于水基雾滴颗粒数，因此常规的预先雾化再混合的切削液混合融合方式除了形成一定量的油水融合型的油包水雾滴之外还将剩余大量单纯的油基雾滴，这在实际应用中将带来一定的负面作用。本技术方案中，基于荷电方式的特性，由于接触荷电的效率高于感应充电，因此通过合理控制各静电发生器的荷电参数和切削液的雾化参数，可以比较容易实现单个水基雾滴所带电荷量qw也远大于单个油基雾滴所带电荷量qo，即单个水基雾滴所带电荷量接近Rayleigh(雷利)极限定理所能允许的单个水基雾滴荷电量，而油基雾滴所带电荷量则显著小于Rayleigh(雷利)极限定理所能允许的单个油基雾滴荷电量，假设实际荷电喷雾中所得油基颗粒数是水基颗粒数的N倍，本专利技术方案中应对雾滴所带电荷量加以控制并以满足以下关系为宜：qw＞＞Nqo。总之，通过进一步控制喷嘴一5-1、喷嘴二5-2、喷嘴三5-3和喷嘴四5-4的各自的荷电电压及相关荷电参数、雾化参数的条件下，可以使得带有正电荷的油基雾滴所携带的电荷量显著小于带有负电荷的水基雾滴所携带的电荷量。
荷电雾滴(即经过荷电的水基雾滴和油基雾滴)从荷电雾化喷嘴5喷出后，将会进入至装置主体的内腔，而该内腔则存在由第一线圈3和第二线圈8共同通电所产生的电磁场，在洛伦兹力的影响下，荷电雾滴的运动将变得相对复杂，根据洛伦兹力公式：mv2/r＝Bqv。不同特性的雾滴(不同特性包括不同质量m，雾滴速度v和不同电荷量q)因此具有了不同的雾滴轨迹，在雾化较为均匀的情况下，在装置截面投影上，较高速度的雾滴将具有较大的运动半径，而较低速度的雾滴将具有较小的运动半径，这使得原本在流场中随气流影响本应近似以直线运动的雾滴而具有了螺旋运动的趋势，从而加强了雾滴间通过涡流进行掺混的效果，这类似于在装置内部安装螺旋叶片所能达到的效果。
在此情形下，以油基切削液为例，其雾化是通过相对安装的喷嘴三5-3和喷嘴四5-4实现的，且油基雾滴带有正电荷，在磁场作用下，雾滴轨迹在装置主体轴向截面上的投影呈现出圆弧运动、螺旋运动的特点，如图15(a)所示，因此进一步确保了同相液滴在装置内截面上的均匀分布，能够保证装置主体截面内各处均存在切削液雾滴分布，且同相的雾滴由于带有同种电荷，在库伦斥力的作用下进一步弥散分布，加强了其在截面上分布的均匀性效果。若不对第一线圈3和第二线圈8通电，则装置主体内不存在激励磁场，因此，从喷嘴三5-3和喷嘴四5-4喷出的切削液雾滴将在流场作用下，以撞击流的形式相遇，交会平面上流场向两侧扩展，其运动轨迹将呈现出如图15(b)所示的形式，而在喷嘴两侧则出现无雾滴分布及雾滴分布少的情况，因此对于单纯依靠流场作用实现的切削液雾滴分布而言，其难以保证同相雾滴在截面内的分布均匀性效果，即便同相雾滴间带有同种电荷，其混合效果亦无法达到磁场作用下的混合效果。类似的，另外两只相对安装布置的喷嘴一5-1和喷嘴二5-2用于水基切削液的荷电雾化，且雾化液滴同样带有负电荷，因此在装置内的运动同样受磁场作用，产生较为复杂的运动效果。
在上述作用下，如图16(a)所示，同相的切削液雾滴在装置主体内的截面上近似均匀分布，异相的切削液雾滴由于具有相反的电荷，在电荷所诱发的电场作用下，根据库仑引力作用，异相的切削液雾滴相互吸引，达到相互融合的状态，因而促进了异相切削液雾滴的混合融合，以油-水二相在线混合为例，其最终形成油水二相融合的且大部分为油包水型的均匀且致密的切削液雾滴。混合后雾滴效果如图16(b)所示；由于异相的切削液雾滴所携带的电荷量不同，带有负电荷的水基雾滴所携带的电荷量远大于带有正电荷的油基雾滴所携带的电荷量，并足以尽可能多地吸引多余的带有正电荷的油基雾滴，因此异相的切削液雾滴混合融合后，混合融合的雾滴中的大部分仍带有一定的负电荷，少部分则正负电荷完全中和形成中性雾滴，这使得进一步的静电微量润滑成为现实，并且异相的切削液雾滴混合融合后仍具有净(负)电荷也使得单独的油基成分雾滴和水基成分雾滴数量变得稀少，从而最大程度地实现了异相切削液雾滴间的混合与融合。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：包括输入气体的进气管(1)、第一管体、喷嘴安装套管(6)、第二管体、荷电雾化喷嘴(5)、第一线圈(3)、第二线圈(8)和末端喷嘴，沿所述气流方向所述进气管(1)、所述第一管体、所述喷嘴安装套管(6)、所述第二管体和所述末端喷嘴依次连接形成内腔连通的装置主体，所述第一线圈(3)和所述第二线圈(8)分别设置在所述第一管体和所述第二线圈(8)的侧壁内部，所述第一线圈(3)和所述第二线圈(8)的绕线方向和通电电流方向相同，所述荷电雾化喷嘴(5)绕所述喷嘴安装套管(6)布设安装且将自身的喷头(51)伸入所述装置主体的内腔，所述荷电雾化喷嘴(5)至少包括一对输入油基切削液的油基雾化喷嘴和一对输入水基切削液的水基雾化喷嘴，每对荷电雾化喷嘴(5)相对设置，所述油基雾化喷嘴设有令油基雾滴带正电的感应荷电结构，所述水基雾化喷嘴设有令油基雾滴带负电的接触荷电结构，所述感应荷电结构和所述接触荷电结构均连接到极性相同的高压电源输出端，所述水基雾滴所带的负电荷量远大于所述油基雾滴所带的正电荷量。
2.根据权利要求1所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：所述荷电雾化喷嘴(5)还包括非金属绝缘材料制造的切削液进口(50)、喷头(51)和喷嘴连接螺纹(52)，所述接触荷电结构包括金属导电材料制造的喉管电极(53)、高压接线柱(54)和高压连接导线(55)，所述高压接线柱(54)、所述高压连接导线(55)和所述喉管电极(53)安装完毕后呈依次导通状态；所述感应荷电结构包括金属导电材料制造的高压接线柱(54)、高压连接导线(55)，环形电极(56)和接地端子(57)，且高压接线柱(54)、高压连接导线(55)和环形电极(56)在安装完毕后呈依次导通状态，接地端子(57)从喷嘴侧面连接至切削液进口(50)底部。
3.根据权利要求2所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：所述喉管电极(53)具有狭窄的喉管结构，喷头(51)内腔为锥状且在出口处直径较大，所述喉管电极(53)位于喷头(51)内腔处的部分与喷头(51)内腔形成与喉管结构连通的扩散段；所述环形电极(56)位于喷头(51)的开口部位，且环形电极(56)的直径显著大于喷头(51)的喷出端，环形电极(56)与经过喷嘴雾化所形成的呈锥状分布的切削液喷雾之间不直接接触。
4.根据权利要求3所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：所述荷电雾化喷嘴(5)共4个，包括相对布置且具有同样结构的喷嘴一(5-1)和喷嘴二(5-2)，以及相对布置且具有同样结构的喷嘴三(5-3)和喷嘴四(5-4)；所述荷电雾化喷嘴(5)包括非金属绝缘材料制造的切削液进口(50)、所述喷头(51)和用于连接所述喷嘴安装螺纹孔(73)的喷嘴连接螺纹(52)；喷嘴一(5-1)和喷嘴二(5-2)均为水基雾化喷嘴，喷嘴三(5-3)和喷嘴四(5-4)均为油基雾化喷嘴，水基雾化喷嘴与所述油基雾化喷嘴相互垂直形成十字形的荷电雾化喷嘴(5)排布方式。
5.根据权利要求1-4中任一所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：所述第一管体包括第一绕线箍(2)和第一套管(4)，所述第一线圈(3)绕在所述第一绕线箍(2)外，所述第一套管(4)套在所述第一线圈(3)外，所述第一绕线箍(2)和所述第一套管(4)均为绝缘材料制造而成；所述第二管体包括第二绕线箍(7)和第二套管(9)，所述第二线圈(8)绕在所述第二绕线箍(7)外，所述第二套管(9)套在所述第二线圈(8)外，所述第二绕线箍(7)和所述第二套管(9)均为绝缘材料制造而成；第一线圈(3)和第二线圈(8)在装置主体外侧通过导线直接串联连通。
6.根据权利要求5所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：对荷电雾化喷嘴(5)进行荷电的荷电电路包含静电发生器一和静电发生器二，输出电极均为高压负电，静电发生器一输出的电压显著高于静电发生器二输出的电压。
7.根据权利要求5所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：对荷电雾化喷嘴(5)进行荷电的荷电电路包含一部静电发生器，输出电极均为高压负电，在静电发生器的负高压输出线路上并联两路调压输出装置，通过调压输出装置调节接触荷电结构和感应荷电结构二者的电压，接触荷电结构接收的电压显著高于感应荷电结构接收的电压。
8.根据权利要求6或7所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：水基雾化喷嘴输入的水基切削液流量为油基雾化喷嘴输入的油基切削液流量的20倍。
9.根据权利要求5所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置，其特征在于：所述进气管(1)为绝缘材料制造，包括进气口(11)、进气管体(12)、进气管连接螺纹(13)；所述进气管(1)、所述第一绕线箍(2)和所述第二绕线箍(7)的末端均为径向凸出的凸环结构，所述进气管(1)与所述第一绕线箍(2)螺纹连接，所述第一套管(4)被夹在所述进气管(1)末端与所述第一绕线箍(2)的末端之间，所述喷嘴安装套管(6)套接在所述第二绕线箍(7)外侧并位于第一线圈(3)和第二线圈(8)之间，所述第二套管(9)被夹在所述喷嘴安装套管(6)和所述第二绕线箍(7)的末端之间。
10.以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾方法，其特征在于：采用根据权利要求8所述的以电磁力促进异相切削液在线混合的静电喷雾装置实现，包括下列步骤：
1)压缩空气从进气管(1)的进气口(11)进入装置主体的内腔；
2)接触荷电结构和感应荷电结构均接入负高压电源输出，感应荷电结构的接地端子(57)连接到对应静电发生器的接地端，工作时保持接触荷电结构接入的电压显著高于感应荷电结构接入的电压；
3)第一线圈(3)和第二线圈(8)通电，促使装置主体内产生近似与其轴线平行的磁感线；
4)水基切削液从水基雾化喷嘴注入，经喷嘴雾化作用和喉管电极(53)的接触荷电作用形成水基雾滴喷出，水基雾滴荷有较多负电荷；
5)油基切削液从油基雾化喷嘴注入，经喷嘴雾化作用和环形电极(56)、接地端子(57)感应充电作用形成油基雾滴喷出，相比水基雾滴具有的电荷量，油基雾滴荷有少量正电荷；
6)同相的水基雾滴在线圈产生的电磁场、流场和雾滴间库伦斥力多重作用下在装置主体内均匀分散，同相的油基雾滴也在线圈产生的电磁场、流场和雾滴间库伦斥力多重作用下在装置主体内同样均匀分散；
7)在静电喷雾装置内部流场、电磁场、电荷作用的共同作用下，异相的带有不同电荷的雾滴得以相互吸引、接触、混合并融合，形成以油包水型雾滴为主的油水融合雾滴；油包水型雾滴中，大部分总体携带一定量的负电荷，少部分为中性不带电；
8)融合后的油包水雾滴与压缩空气在装置主体的内腔中随高压空气继续移动，油包水雾滴之间发生部分电荷转移，使得中性雾滴的数量降低，携带负电荷的油包水雾滴在此过程随负电荷转移而增多，并最终从万向竹节喷管喷出；
上述步骤中，第4)、5)步是同时进行的，第1)、2)、3)步之间不分先后，第2)步在第4)、5)步之前进行，第1)、3)步在第4)、5)步之前进行或与第4)、5)步同时进行。
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