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摘 要： 摘要：針對(duì)機(jī)械加工中濕式切削及傳統(tǒng)干式切削方式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種渦流冷卻技術(shù)方案以替代現(xiàn)行加工切削方式。介紹了渦流冷卻原理、渦流管選型、應(yīng)用方案及應(yīng)用效果。結(jié)果表明，該技術(shù)的應(yīng)用可改善機(jī)械加工現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效綠色加工。 關(guān)鍵詞：濕式切削;干式切
摘要：針對(duì)機(jī)械加工中濕式切削及傳統(tǒng)干式切削方式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種渦流冷卻技術(shù)方案以替代現(xiàn)行加工切削方式。介紹了渦流冷卻原理、渦流管選型、應(yīng)用方案及應(yīng)用效果。結(jié)果表明，該技術(shù)的應(yīng)用可改善機(jī)械加工現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效綠色加工。
關(guān)鍵詞：濕式切削;干式切削;渦流冷卻;應(yīng)用方案;綠色加工
0引言
機(jī)械加工切削方式分為濕式切削和傳統(tǒng)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(duì)刀具和工件進(jìn)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(huán)境和威脅工人的身體健康;②切削液沾在工件、機(jī)床和切屑上，對(duì)其有一定的腐蝕作用;③切削液的損耗和過濾處理會(huì)增加生產(chǎn)成本。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有主軸中心內(nèi)冷卻的情況下和高速切削、狹小空間加工中，切削液對(duì)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(fā)揮。傳統(tǒng)干式切削是在無切削液條件下進(jìn)行的，這種切削方式容易產(chǎn)生大量的切削熱，從而加劇刀具的損耗，且對(duì)零件的加工質(zhì)量產(chǎn)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(hù)環(huán)境、降低成本而有意識(shí)地不使用切削液，是要在停止使用切削液的同時(shí)，保證高效率、高產(chǎn)品質(zhì)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(shè)施替代濕式切削和傳統(tǒng)干式切削，來實(shí)現(xiàn)真正意義上的干式切削。
本文從濕式切削、傳統(tǒng)干式切削的不利因素出發(fā)，綜合考慮西安煤礦機(jī)械有限公司機(jī)械加工生產(chǎn)設(shè)備條件，根據(jù)現(xiàn)有渦流技術(shù)，設(shè)計(jì)出適合該公司機(jī)械加工的渦流冷卻技術(shù)應(yīng)用方案，解決了機(jī)械加工中大量使用切削液及傳統(tǒng)干式切削存在的問題，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備性能，改善現(xiàn)場(chǎng)加工環(huán)境，降低刀具損耗，提高加工質(zhì)量，節(jié)約制造成本，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。
1渦流冷卻技術(shù)及應(yīng)用方案設(shè)計(jì)
1.1渦流冷卻技術(shù)
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(fā)生器后膨脹加速后旋轉(zhuǎn)，氣流以1000000r/min的旋轉(zhuǎn)速度沿?zé)峁鼙谶M(jìn)入熱管內(nèi)部，熱管內(nèi)氣流經(jīng)渦流交換后產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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(jìn)入熱管旋轉(zhuǎn)氣流的中心返回，這股冷氣流通過發(fā)生器中心形成超低溫冷氣匯集到冷氣端排出，通過調(diào)節(jié)熱氣流端的調(diào)節(jié)閥，可實(shí)現(xiàn)冷氣流出氣溫度及壓力調(diào)節(jié)。
1.2在機(jī)械加工中的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)
(1)數(shù)控龍門銑床
①設(shè)備現(xiàn)況目前數(shù)控龍門銑床基本使用傳統(tǒng)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。
②應(yīng)用方案應(yīng)用渦流冷卻技術(shù)，選用大流量、超低溫型VC62075G渦流管，極限溫降可達(dá)到-76℃。主氣源通過地面連接，盡可能減少給工件搬運(yùn)和行車吊運(yùn)帶來影響，同時(shí)過渡位置采用護(hù)套保護(hù)，防止人員行走和搬運(yùn)工件砸傷氣管。渦流管采用磁力座聯(lián)接，可根據(jù)實(shí)際情況吸附在機(jī)床或工件上對(duì)加工部位進(jìn)行冷卻。
(2)立式數(shù)控銑床
①設(shè)備現(xiàn)況立式數(shù)控銑床目前基本使用濕式切削，即使用切削液對(duì)加工部位進(jìn)行冷卻，主要以中等余量加工為主，兼顧精密切削，切削液對(duì)環(huán)境和人身傷害較大。
②應(yīng)用方案應(yīng)用渦流冷卻技術(shù)，選用VC52040S通用型渦流管,極限溫降可達(dá)-46℃。氣源連接機(jī)床自帶壓縮空氣源及工業(yè)氣源，渦流管固定安裝在機(jī)床立柱側(cè)面，采用雙渦流管冷卻模式對(duì)加工部位進(jìn)行冷卻。
2應(yīng)用效果
(1)某行走箱結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，左右側(cè)面395mm×350mm×45mm槽需要粗銑。使用渦流冷卻前轉(zhuǎn)速800r/min，進(jìn)給速度750mm/min，完成左右2個(gè)槽粗加工，消耗刀具2把。使用渦流冷卻后經(jīng)過優(yōu)化切削參數(shù)，轉(zhuǎn)速900r/min，進(jìn)給速度900mm/min，完成左右2個(gè)槽粗加工消耗刀具1把;轉(zhuǎn)速提高12.5%，進(jìn)給速度提高20%，刀具使用壽命延長1倍。
(2)某防爆蓋板結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)速900r/min，進(jìn)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(jīng)過優(yōu)化切削參數(shù)，轉(zhuǎn)速1000r/min，進(jìn)給450mm/min，可一次加工完成，消耗刀具1把;轉(zhuǎn)速提高11.1%，進(jìn)給速度提高50%，刀具使用壽命延長1倍，加工時(shí)間節(jié)省30%。
(3)使用渦流冷卻技術(shù)后排屑流暢，鐵屑均勻，未對(duì)工件表面造成劃傷，提高了加工質(zhì)量。
3結(jié)語
(1)通過渦流冷卻技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用，相對(duì)采用傳統(tǒng)干式切削的機(jī)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(yīng)力，避免了鐵屑因排屑不暢對(duì)工件造成的劃傷等現(xiàn)象，提高了工件加工質(zhì)量;切削參數(shù)優(yōu)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(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用，減少了加工中切削液的使用，從而降低了傳統(tǒng)大量使用切削液對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)操作人員的危害，實(shí)現(xiàn)了綠色加工。——論文作者：劉磊，何亞軍，趙志芳，田博
