【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于切削加工低溫冷卻，具體涉及一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統及其工作方法。
技術介紹
0、技術背景
1、在機床進行切削加工過程中，刀具、切屑和工件之間形成復雜的力-熱耦合。作為機床“牙齒”之稱的刀具在力-熱耦合作用下常出現磨損、崩刃和粘結等形式的損傷，進而引起被加工件的加工表面缺陷。并且由于刀具磨損、崩刃和粘結等損傷的出現，降低了刀具的使用壽命。因此需要采取良好的冷卻方式，以保證加工質量和提高刀具使用壽命。
2、低溫氣體冷卻是將低溫液氮和低溫液態二氧化碳作為冷卻介質送入切削單元進行冷卻降溫的方法，液氮和液態二氧化碳的最低溫度分別能夠達到-196°和-76°，相比傳統使用切削液的冷卻方法，低溫氣體冷卻加工能夠獲得更低的切削溫度。但是受限于液氮的經濟性，在實際加工中很少使用液氮冷卻的方式。低溫液態二氧化碳的缺點是氣化吸熱后的二氧化碳廢氣直接排向大氣，不符合綠色制造和可持續制造的基本思想。所以，亟需要一種新的切削輔助冷卻系統，保證氣化吸熱后的二氧化碳氣體可控循環使用。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，從而提供一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統及其工作方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術采取如下技術方案：
3、一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統由切削液供給部分、二氧化碳供給部分、混合噴嘴裝置、切削單元、收集單元和解析單元。
4
5、所述的第一調節裝置調節切削液輸出流量區間為5-20l/min。
6、所述的二氧化碳供給部分主要由緩沖罐、液化器、增壓泵、液態二氧化碳瓶、減壓穩流裝置和第二調節裝置組成，二氧化碳常態下呈液態存放在液態二氧化碳瓶中，通過減壓穩流裝置使出口壓力和流量保持穩定，減小輸出壓力和流量的波動，當液態二氧化碳經過混合噴嘴裝置時，由于壓力的劇變，導致液態二氧化碳迅速氣化并吸收周圍環境的熱量，低溫二氧化碳氣體在混合噴嘴裝置中與切削液混合，形成低溫氣-液混合物，通過噴嘴出口實現定向噴出。
7、所述的第二調節裝置對進入混合噴嘴裝置的液態二氧化碳質量流量進行細微調節，保證能夠精準的調控液態二氧化碳輸出量，液態二氧化碳的輸出質量流量與切削液輸出質量流量之比為1：300。
8、所述的混合噴嘴裝置由第一切削液入口、混合比例調節閥體、二氧化碳入口、混合比例調節鎖緊螺釘、第一緊定銷軸、第二緊定銷軸、混合腔密封圈、第二切削液入口、混合腔、噴嘴組成，所述二氧化碳入口置于混合比例調節閥體頂部，用于將低溫二氧化碳氣液混合物送入混合腔中，所述第一切削液入口和第二切削液入口置于混合噴嘴裝置的兩側面，用于將切削液送入混合腔中，所述混合腔負責使低溫二氧化碳氣體和切削液相互混合形成含有二氧化碳的低溫氣-液混合物，所述噴嘴置于混合噴嘴裝置底部，對低溫切削液起到定向噴出的作用。
9、所述的切削液是油基切削液加入1.5％的有機胺或普通水基切削液在稀釋前加入質量分數為30wt.％的有機胺和35wt.％的乙二醇制備而成，有機胺起到吸收捕獲二氧化碳的作用，乙二醇起到提高切削液冰點的作用，有機胺可以是伯胺(mea)、仲胺(dea)、叔胺(mdea)和空間位阻胺(amp)中任意一種或幾種的混合物。
10、進一步，伯胺和仲胺與二氧化碳的總反應方程為：其中每摩爾(mol)的伯胺或仲胺可吸收0.5mol的二氧化碳；叔胺與二氧化碳的總反應方程為：其中每摩爾的叔胺可吸收1mol的二氧化碳；空間位阻胺與二氧化碳的總反應方程為：其中每摩爾的叔胺可吸收1mol的二氧化碳。
11、所述的解析單元由切削液富液入口、切削液貧液出口、氣態二氧化碳出口、冷凝器、反應裝置和再沸器組成，切削液富液入口連接在收集單元的出口，二氧化碳出口連接在緩沖罐的入口，切削液貧液出口連接在切削液儲存單元的入口。切削液富液從收集單元流入反應裝置，再沸器加熱令二氧化碳氣體從切削液富液中重新解析出來，二氧化碳氣體通過氣態二氧化碳出口進入緩沖罐，得到的切削液貧液通過切削液貧液出口重新進入切削液儲存單元。
12、所述的混合腔由切削液環狀噴口、二氧化碳混合噴嘴、第一切削液流通壁面、第二切削液流通壁面組成，所述切削液環狀噴口直徑比二氧化碳混合噴嘴直徑大3-4mm，所述第一切削液流通壁面截面曲線形狀為長徑比0.7的橢球形，所述第二切削液流通壁面截面曲線形狀為長徑比0.5的橢球形，通過旋轉混合比例調節閥體對第一切削液流通壁面和第二切削液流通壁面之間的混合比例調節距離進行調節，切削液粘度小于2mpa·s時，混合比例調節距離在0.5-2mm之間進行調節，切削液粘度大于2mpa·s時，混合比例調節距離在2-3.5mm之間進行調節，可以實現不同粘度切削液射流擴散半徑的可控調節，以保證不同粘度切削液與低溫二氧化碳氣液混合物的混合均勻性。
13、所述的混合比例調節閥體外部的旋轉調節螺紋與混合噴嘴裝置上的內螺紋配合，通過旋轉混合比例調節閥體實現對低溫二氧化碳氣液混合物與切削液混合比例的細微調節，所述混合比例調節鎖緊螺釘通過螺紋安裝在混合比例調節閥體上，利用旋轉混合比例調節鎖緊螺釘壓緊第一緊定銷軸，通過第一緊定銷軸和第二緊定銷軸的斜面配合實現對混合比例調節閥體的固定。
14、所述的切削液和低溫二氧化碳氣液混合物充分混合后，通過噴嘴定向輸送至切削區域，受到切削熱的作用，并達到切削液中有機胺吸收二氧化碳的反應溫度，切削液中的有機胺開始吸收氣化后的二氧化碳氣體，進而形成的切削液富液進入切削液收集單元。
15、本專利技術還提供一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統的工作方法，具體步驟如下：
16、第一步：打開切削液的輸送泵，切削液通過混合噴嘴裝置對切削單元進行冷卻降溫；
17、第二步：打開液態二氧化碳瓶的閥門，液態二氧化碳壓力急劇降低并迅速氣化，形成的低溫二氧化碳氣體進入混合噴嘴裝置中與切削液發生混合，形成低溫氣-液混合物，加強對切削單元的冷卻效果；
18、第三步：低溫氣-液混合物受到切削單元的切削熱，氣-液混合物溫度達到有機胺捕獲二氧化碳氣體的反應溫度時，液體中的有機胺開始捕獲二氧化碳氣體并生成溶于水的氨基甲酸鹽或碳酸氫鹽；
19、第四步：捕獲二氧化碳氣體后的切削液富液通過收集單元，進入解析單元中進行二次反應重新解析出二氧化碳氣體；
20、第五步：解析后的切削液貧液重新流回切削液儲存單元內，實現切削液循環利用；
21、第六步：解析出來的二氧化碳氣體再次回到緩沖罐內，通過液化器重新將二氧化碳氣體加壓制成液態二氧化碳，實現二氧化碳的循環利用。
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【技術保護點】
1.一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：包括切削液供給部分(1)、二氧化碳供給部分(2)、混合噴嘴裝置(3)、切削單元(4)、收集單元(5)和解析單元(6)；所述切削液供給部分(1)由切削液存儲單元(1-1)、輸送泵(1-2)和第一調節裝置(1-3)組成，輸送泵(1-2)將切削液存儲單元(1-1)中存儲的切削液輸送至混合噴嘴裝置(3)中；所述二氧化碳供給部分(2)由緩沖罐(2-1)、液化器(2-2)、增壓泵(2-3)、液態二氧化碳瓶(2-4)、減壓穩流裝置(2-5)和第二調節裝置(2-6)組成。
2.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述第一調節裝置(1-3)調節切削液輸出流量區間為5-20L/min。
3.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述減壓穩流裝置(2-4)出口處的輸出壓力范圍為0.5-2MPa；所述第二調節裝置(2-5)對低溫二氧化碳質量流量進行細微調節，控制液態二氧化碳的輸出質量流量與切削液輸出質量流量之比為1
4.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述混合噴嘴裝置(3)由第一切削液入口(3-1)、混合比例調節閥體(3-2)、二氧化碳入口(3-3)、混合比例調節鎖緊螺釘(3-4)、第一緊定銷軸(3-5)、第二緊定銷軸(3-6)、混合腔密封圈(3-7)、第二切削液入口(3-8)、混合腔(3-9)、噴嘴出口(3-10)組成；所述二氧化碳入口(3-3)置于混合比例調節閥體(3-2)頂部，用于將液態二氧化碳瓶(2-3)中的液體二氧化碳送入混合腔(3-9)中，液體二氧化碳在混合腔(3-9)中壓力驟降，進而液體二氧化碳相變為氣態二氧化碳，導致混合腔(3-9)內溫度迅速降低；所述混合腔(3-9)將低溫二氧化碳氣體與切削液進行充分混合，形成低溫氣-液混合物，通過所述噴嘴出口(3-10)實現定向噴出。
5.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述混合腔(3-9)由第一切削液流通壁面(3-2-1)、第二切削液流通壁面(3-9-1)組成；所述切削液環狀噴口直徑(3-D)比二氧化碳混合噴嘴直徑(3-C)大3-4mm，所述第一切削液流通壁面(3-2-1)截面曲線形狀為長徑比0.7的橢球形，所述第二切削液流通壁面(3-9-1)截面曲線形狀為長徑比0.5的橢球形，旋轉混合比例調節閥體(3-2)上設置有螺紋，通過旋轉混合比例調節閥體(3-2)對第一切削液流通壁面(3-2-1)和第二切削液流通壁面(3-9-1)之間的混合比例調節距離(3-E)進行調節。
6.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述混合比例調節距離(3-E)的調節范圍為0.5-3.5mm，切削液粘度小于2mPa·s時，混合比例調節距離(3-E)在0.5-2mm之間進行調節，切削液粘度大于2mPa·s時，混合比例調節距離(3-E)在2-3.5mm之間進行調節，進而控制不同粘度切削液射流擴散半徑，保證不同粘度切削液與低溫二氧化碳氣體的混合均勻性。
7.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述解析單元(6)中切削液富液入口(6-1)連接在收集單元(5)的出口，用于將切削液富液流入反應裝置(6-2)；所述解析單元(6)中二氧化碳出口(6-4)連接在緩沖罐(2-1)的入口，用于收集解析出來的二氧化碳氣體；所述解析單元(6)中切削液貧液出口(6-6)連接在切削液儲存單元(1-1)的入口，用于儲存切削液，便于循環使用。
8.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統的工作方法，其特征在于，具體步驟如下：
...【技術特征摘要】
1.一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：包括切削液供給部分(1)、二氧化碳供給部分(2)、混合噴嘴裝置(3)、切削單元(4)、收集單元(5)和解析單元(6)；所述切削液供給部分(1)由切削液存儲單元(1-1)、輸送泵(1-2)和第一調節裝置(1-3)組成，輸送泵(1-2)將切削液存儲單元(1-1)中存儲的切削液輸送至混合噴嘴裝置(3)中；所述二氧化碳供給部分(2)由緩沖罐(2-1)、液化器(2-2)、增壓泵(2-3)、液態二氧化碳瓶(2-4)、減壓穩流裝置(2-5)和第二調節裝置(2-6)組成。
2.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述第一調節裝置(1-3)調節切削液輸出流量區間為5-20l/min。
3.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述減壓穩流裝置(2-4)出口處的輸出壓力范圍為0.5-2mpa；所述第二調節裝置(2-5)對低溫二氧化碳質量流量進行細微調節，控制液態二氧化碳的輸出質量流量與切削液輸出質量流量之比為1：300。
4.根據權利要求1所述的一種基于低溫二氧化碳循環使用的氣-液雙相冷卻潤滑系統，其特征在于：所述混合噴嘴裝置(3)由第一切削液入口(3-1)、混合比例調節閥體(3-2)、二氧化碳入口(3-3)、混合比例調節鎖緊螺釘(3-4)、第一緊定銷軸(3-5)、第二緊定銷軸(3-6)、混合腔密封圈(3-7)、第二切削液入口(3-8)、混合腔(3-9)、噴嘴出口(3-10)組成；所述二氧化碳入口(3-3)置于混合比例調節閥體(3-2)頂部，用于將液態二氧化碳瓶(2-3)中的液體二氧化碳送入混合腔(3-9)中，液體二氧化碳在混合腔(3-9)中壓力驟降，進而液體二氧化碳相變為氣態二氧化碳，導致混合腔(3-9)內溫度迅速降低；所述混合腔(3-9)將低溫二氧化碳氣體與切削...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳濤，馬滯冬，許文遠，王昌紅，王家衛，李艷龍，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：
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