冷风发生装置及风冷却切削用技术(组图)

【中国制冷网】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。

图1 风冷却系统的构成

2 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。

3 空气的冷却方法及要求

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。

使用低沸点介质的间接冷却

图2 使用低沸点介质的间接冷却方式

图2 为使用低沸点介质的间接冷却方式的原理图。这种制冷方式使用氮等对人体无害、无环境污染的低沸点气体，可在有关工厂液化，再加入风冷却系统中，在常温常压下蒸发吸热，使空气冷却。

此种冷却方式由于液氮是在外部液化的，在系统内部仅存在和空气的热交换，因此冷却部分的结构简单。另外，液氮的汽化温度是-180℃，因此可将空气冷却到-100℃以下，温度可由液氮的流量控制，过冷时可通过加热器加热。但采用此种方式进行连续实际切削时需要大容量的储液器，因此不太实用。另外，由于液氮等低沸点液体在外部制备，因而加大了整个系统的运行成本。

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循环压缩式间接制冷

图3 循环压缩式间接制冷方式

循环压缩式间接制冷方式如图3所示。该方式使用低沸点的制冷剂，由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀构成闭环冷却系统。根据制冷效率和蒸发温度选用作为制冷剂的气体。此种制冷方式广泛用于家用冰箱及冷冻仓库，在温度控制和能耗效率方面都比较理想。

经蒸发器蒸发的气体由压缩机加压到所定压力，在冷凝器中液化，储存到储液器中，储液器内的高压液体在设定压力以下经膨胀阀减压进入蒸发器，蒸发吸热将空气冷却，再变成气体回到压缩机，冷风温度可通过蒸发器内的压力和液体供给量进行设定。

此种制冷方式分为蒸发温度(压力)、冷凝温度(压力)；按能耗方式分为单级压缩循环、多级压缩二元冷冻循环等。

空气绝热膨胀直接制冷

图4 空气绝热膨帐直接制冷方式

空气绝热膨胀的直接制冷方式如图4所示：此种制冷方式是利用高压空气的绝热膨胀，降低冷却气体本身的温度，属于开放型的直接制冷方式。

由空气压缩机或管路来的常温、高压空气进入膨胀机，使其在设定压力以下膨胀，通过发电、外部机器驱动等消耗空气的能量使温度下降。冷风出口温度由进入膨胀机气源压力和膨胀机的出口气体压力及膨胀机的性能决定。目前能产生-90℃冷风的设备已经实用化。

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