冷风发生装置及风冷却切削用技术

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1 引言
切削或磨削加工中使用切削液的主要作用是冷却和润滑，为了提高其性能往往都添加含有S(硫)、P(磷)、Cl(氯)等化学元素的极压添加剂．这些物质污染环境并对人体有害、而且使用完了的切削液必须进行处理，增加了费用。因此，不使用切削液的干式切削和准干式切削已成为绿色切削工艺的研究热点，但由于在一定条件下，无任何冷却措施的干式切削还无法满足加工要求，还需要对刀具进行一定的冷却和润滑，因此出现了风冷却加工技术。本文重点介绍有关风冷却的加工技术及装置。
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图1 风冷却系统的构成
' q1 x: C. c( N3 C! i1 O) n2 风冷却加工系统
风冷却系统的构成如图1所示。一般由压缩空气供给源、空气除湿器、空气冷却器、绝热管、微量供油装置、风嘴、吸尘管和集尘器构成。从空气供给源来的空气经过除湿器将水分除去后，送入空气冷却器冷却至-30℃ ，再经绝热管由风嘴将冷风送至切削部位。同时向加工点喷少量的无害植物油，以防锈并且有一定润滑作用。在风嘴的对面设有集尘装置以收集废屑和风尘，通过集尘器内的过滤器将切屑滤去。
8 z: B& V. \8 Y3 t5 S5 x( M3 空气的冷却方法及要求
) P9 o$ ?) a0 o9 S' p0 b8 V制冷的方法有很多，常见的制冷原理可归结为4种：液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热点制冷。原则上讲这些制冷方式都可用于空气的冷却。但目前作为切削用冷却空气的方法有使用液体氮等低沸点介质的间接冷却方式、使用制冷剂的压缩机循环间接制冷方式、利用压缩空气的绝热膨胀直接制冷方式和涡流管的制冷方式等。

图2 使用低沸点介质的间接冷却方式
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图3 循环压缩式间接制冷方式
5 x2 A& }+ w* M7 v+ h, T
图4 空气绝热膨帐直接制冷方式
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9 F! [* e- O; `1.喷嘴 2.孔板 3.涡流室 4.控制阀
7 c( n; E4 [* S: A图5 涡流管直接制冷方式
4种制冷方法的比较表
制冷方式
- d- [2 f1 {3 W2 s' [装置构成的复杂程度
* z, m5 Z6 h8 ^$ y) _初始成本的大小
8 t) l& @0 E; X1 v' ^& A0 b; W运行成本的大小
$ R/ @! w% {5 X4 ]制冷温度的可控制性
. Q) g% u3 c+ X$ n可靠性
综合评价
低沸点介质制冷
简单
低
高
好
& q6 i% E5 W8 J! z. m& f最好
差
压缩式循环制冷
较复杂
较高
较低
, n, ?9 S2 _& s3 s" U0 F最好
最好
3 o# n5 F. f0 A- e: g最好
" n1 Z1 @2 ^4 k/ s空气循环制冷
较简单
高
- n- }; s5 m7 ]) M) ~低
" w. F% a$ W+ U1 `7 z- f中
8 d* e- `$ s6 U; ?! E8 X' j好
( k0 P: f: Y+ G3 \( Y好
涡流管制冷
* e+ C8 p' O+ g" Y简单
低
3 y- x4 k% S( K3 i" o; ^& g# v8 R较高
差
最好
中
4 风冷却切削的优缺点及研究方向
风冷却切削的优点：因不使用切削液，因此，不产生Cl、S、P等元素，无化学污染，有利于环保：节约了切削液的购入费用及其相关的设备费用和维护费用；不需要处理切削液，防止了地球暖化，节省了处理费用；不使用切削液而节省了地球资源；由于不使用切削液其切屑可以直接利用。
5 c$ I6 Z1 ~* l1 V2 R4 b' V但风冷却切削目前也存在以下问题：切屑收集问题；纯风冷却时刀具的润滑问题；已加工工件的防锈问题；冷风的噪声问题；
目前风冷却切削研究的主要方向有：提高冷却性、减少冷却空气量；降低风嘴的噪声：开发润滑性好的刀具；研究高效的切屑收集方法。
文章关键词： 切削