一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統技術方案

本發明專利技術提供了一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統。該種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統，屬于金屬材料高速切削先進制造技術領域。主要用于高強度鋁合金、鈦合金等其它難加工金屬材料的高速切削加工，并且主要用于實現多潤滑介質的微量潤滑。其可以極大程度的降低切削力和切削溫度，提高切削加工表面質量，延長刀具壽命，整個霧化系統裝置結構簡單且便于維護調整。步驟簡單、操作方便、實用性強。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于切削加工領域，特別涉及一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統。
技術介紹
未來的制造業需要綠色制造。目前綠色切削加工技術主要包括干式切削、亞干式切削、綠色濕式切削、超低溫切削等。亞干式切削技術(一種介于干式切削與濕式切削之間的加工技術，包括噴霧冷卻、微量潤滑和低溫微量潤滑等技術)以其獨特的優越性和實用性得到機械加工行業廣泛認同。霧化少量潤滑綜合了噴霧冷卻技術和MQL技術，系統組建簡單，所需氣體壓力和耗氣量較小，應用成本低，霧化微粒小等諸多優點在機械加工行業上很有推廣價值。噴霧冷卻是以高壓(3～6個大氣壓)將氣液兩相流的混合體以霧化的形式噴射到切削區，在切削區的高溫作用下，霧化的質點顆粒發生相變吸收大量的切削熱，降低了切削區的溫度；同時在金屬表面由于霧化的流體顆粒吸附形成潤滑膜，減小了刀具與工件間的摩擦力。噴霧冷卻效果取決于噴霧裝置，常用的噴霧裝置有以下3種形式：(1)大氣壓式壓縮空氣通過噴霧裝置進入進氣管在霧化器中形成負壓，油箱中的冷卻液在油箱壓力(大氣壓)下由吸液管吸入，然后在壓縮空氣的作用下霧化噴出；(2)供液式冷卻液被泵吸入噴霧裝置，再由壓縮空氣作用下霧化噴出；(3)吸液式根據伯努利方程，密閉容器內的流體流經容器較細部分時流速高壓力低，而流過其較粗部分時壓力高流速低。
技術實現思路
為了克服上述不足，本專利技術設計了一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統，可以在不借助外力作用對潤滑介質進行霧化，從而更有效的對高速切削加工進行微量潤滑。響應國家先進制造和綠色制造技術的號召，達到減小切削力、切削溫度及刀具磨損，提高切削加工表面質量的目的。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種基于物理特性的介質混合高速切削微量潤滑霧化裝置，包括：潤滑介質存儲腔、加熱裝置、霧化噴嘴，所屬潤滑介質存儲腔的底部設置有加熱裝置，所屬潤滑介質存儲腔頂部開口處通過細管與霧化噴嘴相連。本專利技術的主要特點在于不借助外力僅憑借潤滑介質的物理特性進行霧化，主要的實施方式通過加熱器對潤滑介質進行加熱致使其蒸發，蒸發過程就形成了霧化特性，并且在噴口處設有不同直徑尺寸大小的孔狀霧化器。優選的，所述細管的直徑為潤滑介質存儲腔的最小直徑的1/20～30。優選的，所述潤滑介質存儲腔設置有多組，相互間通過所述細管相連通。本專利技術中所述的“潤滑介質存儲腔”是指：用于儲存潤滑介質的中空腔體。本專利技術的“細管”是指：口徑較小的管狀結構體。優選的，所述細管上設置有閥門和/或流量計量裝置；本專利技術的介質噴射主要依靠閥門進行控制，當潤滑介質達到蒸發溫度時，開啟相應通道閥門使其沿著通道向外蒸發，其射流速度主要通過控制加熱器的加熱溫度實現，加熱溫度越高，其射流速度相應越快。優選的，所述加熱裝置包括電加熱器和相應的溫控系統；優選的，所述霧化裝置還設置有射流控制系統。本專利技術還提供了一種基于物理特性的介質混合高速切削微量潤滑霧化方法，將潤滑介質部分霧化，使霧化氣由大口徑容器進入小口徑管道形成帶有壓力的霧狀射流，噴射在刀具切削區域。優選的，所述切削液霧狀射流的壓力為0.51Mp～0.60Mp。較高的射流壓力可以更有效地降低刀具的溫度(可適用于高溫下、長時間的連續切削)，增強霧化粒子的滲透力，減少刀具前、后刀面與金屬切屑的摩擦，起到潤滑的效果，進一步提高刀具的耐用度、切削效率和表面的光滑度。同時，濕度的增加還能防止加工過程中粉塵的生成。本專利技術還提供了一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化裝置，包括：多個潤滑介質存儲腔、加熱裝置、霧化噴嘴；所屬多個潤滑介質存儲腔的底部分別設置有加熱裝置，所述多個潤滑介質存儲腔頂部開口端通過細管相連，所述細管還與霧化噴嘴相連。優選的，所述細管的直徑為潤滑介質存儲腔的最小直徑的1/20～30。優選的，所述所屬潤滑介質存儲腔頂部開口端設置有流量控制裝置和/或流量計量裝置；優選的，所述細管上設置有流量控制裝置和/或流量計量裝置；優選的，所述加熱裝置包括電加熱器和相應的溫控系統；優選的，所述霧化裝置還設置有射流控制系統。本專利技術中的所述“電加熱器、溫控系統、流量控制裝置、流量計量裝置和射流控制系統”的具體型號和設置方法，由本領域技術人員根據公知常識進行常規選擇即可。本專利技術還提供了一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化方法，將潤滑介質部分霧化，使霧化氣由大口徑容器進入小口徑管道相互混合并形成帶有壓力的霧狀射流，噴射在刀具切削區域。本專利技術還提供了一種霧化切削裝置，包括：刀具和任一項上述的霧化裝置。本專利技術的有益效果(1)在本專利技術中，高質、高效的完成金屬材料的高速切削加工，降低了切削力和切削溫度，提高了切削加工表面質量，延長了刀具壽命；并且，裝置操作簡單，便于調整與維護。(2)本專利技術裝置結構簡單、實用性強，易于推廣。附圖說明圖1一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統整體結構示意圖。圖2為實驗1基于本專利技術的一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統的高速切削實驗切削力結果：其中，a、b、c分別代表三個不同方向的切削力(即：X軸、Y軸、Z軸方向)。圖3為實驗2基于本專利技術的一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統的高速切削實驗切削力結果：其中，采取了單介質微量潤滑和多介質多方式微量潤滑兩種潤滑方式。其中，a、b、c分別代表三個不同方向的切削力(即：X軸、Y軸、Z軸方向)。圖4為實驗2基于本專利技術的一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統的高速切削實驗加工表面三維形貌結果。圖4(a)為干切削加工表面三維表面形貌圖；圖4(b)為MQL1方式下的加工表面三維表面形貌；圖4(c)為MQL2方式下的加工表面三維表面形貌。圖5為實驗2基于本專利技術的一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化系統的高速切削實驗刀具磨損結果。圖5(a)為干切削刀具磨損形貌圖；圖5(b)為MQL1方式下的刀具磨損表面形貌；圖5(c)為MQL2方式下的刀具磨損表面形貌。圖6為潤滑介質蒸發霧化的現場實拍照片。圖7為除油介質以外潤滑介質霧化器霧化控制系統原理圖圖8為油介質霧化器霧化控制系統原理圖具體實施方式以下通過實施例對本專利技術特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業技術人員的理解：實施例1圖1中，1為介質1存儲腔，2為介質2存儲腔，3為介質3存儲腔，4為介質4存儲腔，5為介質1加熱器，6為介質2加熱器，7為介質3加熱器，8為介質4加熱器，9為溫度控制系統，10為射流控制系統，11為噴口霧化器。單介質微量潤滑高速切削實驗時，將從介質1、介質2、介質3及介質4中選取任意潤滑介質，然后選用相應的潤滑介質加熱器5、6、7、8對介質進行加熱；通過溫度控制系統9對潤滑介質加熱溫度進行控制，與此同時，通過射流控制系統10控制潤滑介質射流，最后射流介質經噴口霧化器11對其進行霧化噴射。雙介質微量潤滑高速切削實驗時，將從介質1、介質2、介質3及介質4中選取任意兩種潤滑介質，然后選用相應的潤滑介質加熱器5、6、7、8對介質進行加熱；通過溫度控制系統9對潤滑介質加熱溫度進行控制，與此同時，通過射流控制系統10控制潤滑介質射流，最后射流介質經噴口霧化器11對其進行霧化噴射。三介質及以上微量潤滑高速切削本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于物理特性的介質混合高速切削微量潤滑霧化裝置，包括：潤滑介質存儲腔、加熱裝置、霧化噴嘴，其特征是：所屬潤滑介質存儲腔的底部設置有加熱裝置，所屬潤滑介質存儲腔頂部開口處通過細管與霧化噴嘴相連。

【技術特征摘要】
1.一種基于物理特性的介質混合高速切削微量潤滑霧化裝置，包括：潤滑介質存儲腔、加熱裝置、霧化噴嘴，其特征是：所屬潤滑介質存儲腔的底部設置有加熱裝置，所屬潤滑介質存儲腔頂部開口處通過細管與霧化噴嘴相連。2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述細管的直徑為潤滑介質存儲腔的最小直徑的1/20～30。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述潤滑介質存儲腔設置有多組，相互間通過所述細管相連通。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述細管上設置有閥門和/或流量計量裝置；或所述加熱裝置包括電加熱器和相應的溫控系統；或所述霧化裝置還設置有射流控制系統。5.一種基于物理特性的介質混合高速切削微量潤滑霧化方法，其特征是，將潤滑介質部分霧化，使霧化氣由大口徑容器進入小口徑管道形成帶有壓力的霧狀射流，噴射在刀具切削區域。6.一種基于物理特性的多介質混合高速切削微量潤滑霧化裝置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張平，王優強，王立梅，王濤，王建，
申請(專利權)人：青島理工大學，
類型：發明
國別省市：山東;37