渦流冷卻技術在機械加工中的應用

發布時間：2021-11-19所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：針對機械加工中濕式切削及傳統干式切削方式的優缺點，設計了一種渦流冷卻技術方案以替代現行加工切削方式。介紹了渦流冷卻原理、渦流管選型、應用方案及應用效果。結果表明，該技術的應用可改善機械加工現狀，實現高質、高效綠色加工。 關鍵詞：濕式切削;干式切

　　摘要：針對機械加工中濕式切削及傳統干式切削方式的優缺點，設計了一種渦流冷卻技術方案以替代現行加工切削方式。介紹了渦流冷卻原理、渦流管選型、應用方案及應用效果。結果表明，該技術的應用可改善機械加工現狀，實現高質、高效綠色加工。

　　關鍵詞：濕式切削;干式切削;渦流冷卻;應用方案;綠色加工

　　0引言

　　機械加工切削方式分為濕式切削和傳統干式切削。濕式切削就是在切削加工過程中使用切削液用來對刀具和工件進行冷卻和潤滑，但切削液的大量使用主要有三大害處：①污染周邊環境和威脅工人的身體健康;②切削液沾在工件、機床和切屑上，對其有一定的腐蝕作用;③切削液的損耗和過濾處理會增加生產成本。研究發現，在沒有主軸中心內冷卻的情況下和高速切削、狹小空間加工中，切削液對工件和刀具部位的冷卻、潤滑和排屑效果得不到充分有效的發揮。傳統干式切削是在無切削液條件下進行的，這種切削方式容易產生大量的切削熱，從而加劇刀具的損耗，且對零件的加工質量產生一定的影響。而真正意義上的干式切削不是簡單地停止使用切削液，而是為保護環境、降低成本而有意識地不使用切削液，是要在停止使用切削液的同時，保證高效率、高產品質量、高刀具耐用度以及切削過程的可靠性，這就需要用輔助設施替代濕式切削和傳統干式切削，來實現真正意義上的干式切削。

　　本文從濕式切削、傳統干式切削的不利因素出發，綜合考慮西安煤礦機械有限公司機械加工生產設備條件，根據現有渦流技術，設計出適合該公司機械加工的渦流冷卻技術應用方案，解決了機械加工中大量使用切削液及傳統干式切削存在的問題，充分發揮現有設備性能，改善現場加工環境，降低刀具損耗，提高加工質量，節約制造成本，實現綠色生產。

　　1渦流冷卻技術及應用方案設計

　　1.1渦流冷卻技術

　　渦流管又稱渦旋管、渦旋制冷器等。其工作原理如圖1所示，一定壓力的壓縮空氣輸入渦流管渦旋發生器后膨脹加速后旋轉，氣流以1000000r/min的旋轉速度沿熱管壁進入熱管內部，熱管內氣流經渦流交換后產生能量轉換，氣流被分割成冷、熱2股氣流。在熱管的終端，一部分壓縮空氣通過調節閥以熱空氣的方式瀉出;剩余的壓縮空氣以較低速度通過進入熱管旋轉氣流的中心返回，這股冷氣流通過發生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出，通過調節熱氣流端的調節閥，可實現冷氣流出氣溫度及壓力調節。

　　1.2在機械加工中的應用方案設計

　　(1)數控龍門銑床

　�、僭O備現況目前數控龍門銑床基本使用傳統干式切削，即不使用切削液的加工方式，主要以大面積加工為主，切削量大，刀具損耗較大。

　�、趹�用方案應用渦流冷卻技術，選用大流量、超低溫型VC62075G渦流管，極限溫降可達到-76℃。主氣源通過地面連接，盡可能減少給工件搬運和行車吊運帶來影響，同時過渡位置采用護套保護，防止人員行走和搬運工件砸傷氣管。渦流管采用磁力座聯接，可根據實際情況吸附在機床或工件上對加工部位進行冷卻。

　　(2)立式數控銑床

　�、僭O備現況立式數控銑床目前基本使用濕式切削，即使用切削液對加工部位進行冷卻，主要以中等余量加工為主，兼顧精密切削，切削液對環境和人身傷害較大。

　�、趹�用方案應用渦流冷卻技術，選用VC52040S通用型渦流管,極限溫降可達-46℃。氣源連接機床自帶壓縮空氣源及工業氣源，渦流管固定安裝在機床立柱側面，采用雙渦流管冷卻模式對加工部位進行冷卻。

　　2應用效果

　　(1)某行走箱結構簡圖如圖2所示，左右側面395mm×350mm×45mm槽需要粗銑。使用渦流冷卻前轉速800r/min，進給速度750mm/min，完成左右2個槽粗加工，消耗刀具2把。使用渦流冷卻后經過優化切削參數，轉速900r/min，進給速度900mm/min，完成左右2個槽粗加工消耗刀具1把;轉速提高12.5%，進給速度提高20%，刀具使用壽命延長1倍。

　　(2)某防爆蓋板結構簡圖如圖3所示，795mm×1150mm×5+0.25mm密封槽需要加工。使用渦流冷卻前轉速900r/min，進給速度300mm/min，為了保證加工精度，需留余量粗銑后再精銑1次，完成加工消耗刀具2把。使用渦流冷卻后經過優化切削參數，轉速1000r/min，進給450mm/min，可一次加工完成，消耗刀具1把;轉速提高11.1%，進給速度提高50%，刀具使用壽命延長1倍，加工時間節省30%。

　　(3)使用渦流冷卻技術后排屑流暢，鐵屑均勻，未對工件表面造成劃傷，提高了加工質量。

　　3結語

　　(1)通過渦流冷卻技術在機械加工中的應用，相對采用傳統干式切削的機床降低工件加工部位溫度約50%，減少了切削熱引起的變形，降低了切削應力，避免了鐵屑因排屑不暢對工件造成的劃傷等現象，提高了工件加工質量;切削參數優化后，平均提高加工效率約30%，降低刀具溫度約50%，減少了刀具損耗，提高刀具使用壽命1倍以上;

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　　(2)通過渦流冷卻技術在機械加工中的應用，減少了加工中切削液的使用，從而降低了傳統大量使用切削液對環境的污染和對操作人員的危害，實現了綠色加工。——論文作者：劉磊，何亞軍，趙志芳，田博