氣液兩相流混合式低溫氮?dú)馍淞靼l(fā)生裝置的制造方法
【專利說明】氣液兩相流混合式低溫氮?dú)馍淞靼l(fā)生裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及低溫氣體發(fā)生裝置，尤其涉及氣液兩相流混合式低溫氮?dú)馍淞靼l(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]進(jìn)入21世紀(jì)，以精密、高效、低成本、綠色為特征的先進(jìn)切削技術(shù)，如高速切削、高效切削、高性能切削、強(qiáng)力復(fù)合切削等，正在世界范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用。然而，在切削過程中，刀/工摩擦接觸區(qū)的高溫、高壓、高頻沖擊等對(duì)刀具性能提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)，刀具的急劇磨損往往是制約先進(jìn)切削技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵性因素。大量的研究與應(yīng)用實(shí)例表明，合理有效的冷卻潤滑方式，以改善刀/工摩擦狀態(tài)和抑制刀具磨損，從而提高加工質(zhì)量和加工效率。
[0004]應(yīng)用與切削加工的冷卻潤滑技術(shù)有多種分類，根據(jù)切削介質(zhì)施加方式的不同，可以分為:外噴式冷卻潤滑(外冷)和內(nèi)噴式冷卻潤滑(內(nèi)冷);根據(jù)切削介質(zhì)狀態(tài)的不同，可以分為:氣體冷卻，液體冷卻潤滑，固體潤滑，以及氣(汽)液、氣固、液固、氣液固多態(tài)混合冷卻潤滑等；根據(jù)切削介質(zhì)作用時(shí)的溫度，又可以分為:高溫、常溫、低溫、超低溫等冷卻潤滑；而根據(jù)切削介質(zhì)中液體切削介質(zhì)使用量的多少，切削加工又可分為:干式切削，微量潤滑(MQL)切削，噴霧切削以及采用大流量切削液冷卻潤滑的濕式切削等。已有研究表明，對(duì)于鈦合金、高溫合金、高強(qiáng)度鋼等難加工材料的切削加工，采用低溫切削技術(shù)(低溫冷風(fēng)、低溫MQL、液氮澆注、低溫二氧化碳等)可以有效降低切削區(qū)的溫度，改善刀/工摩擦接觸狀態(tài)，因而能夠有效延長刀具壽命和改善已加工表面質(zhì)量。其中，以液氮、氮?dú)狻⒌蜏氐獨(dú)?、氮?dú)釳QL以及低溫氮?dú)釳QL等為切削介質(zhì)加工鈦合金等化學(xué)活性較高的難加工材料，切削介質(zhì)的冷卻、潤滑、排屑以及隔氧保護(hù)等作用效果十分顯著。如美國洛克希德.馬丁公司與MAG公司合作，開發(fā)了一種面向鈦合金高效加工的低溫切削工藝技術(shù)，將溫度為_196°C的液氮輸送到距加工剪切面不到Imm處，充分冷卻切削區(qū)及刀片，據(jù)報(bào)道刀具壽命可延長10倍。
[0005]雖然氮?dú)鈦碓簇S富，但向切削區(qū)噴射溫度、壓力以及流量均可調(diào)的低溫氮?dú)馍淞骰蛞旱獏s十分困難。多年來，在低溫氣體發(fā)生裝置研發(fā)領(lǐng)域，相繼涌現(xiàn)了多種發(fā)明與創(chuàng)新，在制冷方法方面，如化學(xué)制冷、使用低沸點(diǎn)介質(zhì)的直接或間接冷卻、渦流管直接制冷、空氣絕熱膨脹直接制冷、循環(huán)壓縮式間接制冷、半導(dǎo)體制冷等。
[0006]在發(fā)明專利申請方面，CN00813690.4提出了一種采用化學(xué)方式以獲得低溫氮?dú)獾陌l(fā)聲方法與發(fā)生器，但該方法與裝置難以用于切削加工過程冷卻，且制氣過程并不綠色環(huán)保；CN200510057344.7提出了一種利用專用制冷裝置冷卻常溫氮?dú)庖垣@得低溫氮?dú)獾姆椒?，但該方法制冷效果差，且低溫氣體射流管道容易結(jié)冰堵塞，不具備實(shí)用性；CN200710022439.4與CN201010547692.3分別提出了一種循環(huán)式超低溫冷風(fēng)機(jī)和一種低溫冷風(fēng)雙級(jí)制冷及其冷風(fēng)射流機(jī)，但上述兩種方法產(chǎn)生的冷風(fēng)溫度均僅能達(dá)到_60°C ；CN201110152095.5提出了一種低溫氣體供氣裝置，其利用低溫液體常溫氣化成常溫氣體，再將常溫氣體通過蛇形管道浸泡在低溫液體中實(shí)施冷卻以獲得低溫氣體射流的方法，可獲得-150°C的低溫氣體，但該裝置的起源來自于低溫液體自身吸熱氣化，因而低溫氣體射流的溫度、流量以及壓力很難實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。
[0007]在實(shí)現(xiàn)用新型專利申請方面，CN200620094982.6提出了一種低溫冷風(fēng)裝置，通過鼓風(fēng)機(jī)將環(huán)境空氣加壓后通過送風(fēng)管吹響液氮表面，對(duì)液氮實(shí)施擾動(dòng)，以獲得氮和空氣混合物，實(shí)現(xiàn)低溫供氣氣源，該方法產(chǎn)生的低溫氣體壓力與溫度控制難度高，很難實(shí)現(xiàn)超低溫射流，且主要用于地理地質(zhì)環(huán)境模擬高寒氣候的場合，無法用于切削過程冷卻潤滑；CN201020220174.6與CN201020611043.0分別提出了一種用于金屬磨削加工過程中的低溫冷風(fēng)發(fā)生裝置和一種自動(dòng)調(diào)溫低溫冷風(fēng)射流機(jī)，上述兩種制冷裝置的核心是均是利用蒸汽循環(huán)壓縮制冷，因而制冷效果有限；CN201320088413.0提出了一種低溫加工用低溫氮?dú)夤庀到y(tǒng)，將液氮?dú)饣a(chǎn)生的-196°C低溫氮?dú)馔ㄟ^恒溫器加熱至預(yù)期溫度，以實(shí)現(xiàn)溫度可控的低溫氮?dú)馍淞?，但?duì)低溫氮?dú)忸A(yù)熱以獲得預(yù)期低溫氮?dú)馍淞鞯姆椒ú⒉豢扇?，且無法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量的協(xié)調(diào)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)無法對(duì)低溫氣體射流的溫度、流量以及壓力很難實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制的問題。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種氣液兩相流混合式低溫氮?dú)馍淞靼l(fā)生裝置，該裝置包括自增壓液氮供給系統(tǒng)、耐高壓低溫軟管、往復(fù)式低溫增壓泵、常溫氮?dú)夤┙o系統(tǒng)、耐高壓常溫軟管、內(nèi)混腔、截留閥、三通閥和噴嘴，其中，所述自增壓液氮供給系統(tǒng)通過耐高壓低溫軟管連接于往復(fù)低溫增壓泵的入口，產(chǎn)生低壓液氮并通過耐高壓低溫軟管輸送給往復(fù)式低溫增壓泵；所述往復(fù)式低溫增壓泵對(duì)低溫液氮增壓而產(chǎn)生高壓液氮并通過出口輸出高壓液氮至內(nèi)混腔；所述常溫氮?dú)夤┙o系統(tǒng)通過耐高壓常溫軟管連接于內(nèi)混腔，產(chǎn)生常溫高壓氮?dú)?，輸出該常溫高壓氮?dú)庵羶?nèi)混腔；所述內(nèi)混腔與所述截留閥、三通閥和噴嘴串聯(lián)，混合所述常溫高壓氮?dú)夂透邏阂旱a(chǎn)生低溫氮?dú)?，該低溫氮?dú)庠谒鼋亓糸y和三通閥打開的狀態(tài)下通過所述噴嘴向外噴出低溫氮?dú)馍淞鳌?br>[0010]在進(jìn)一步方案中，所述自增壓液氮供給系統(tǒng)由存儲(chǔ)有液氮的自增壓液氮罐、增壓閥、放空閥、安全泄壓閥、壓力表和進(jìn)/排液截止閥構(gòu)成，其中，所述增壓閥連接于自增壓液氮罐，所述放空閥連接于增壓閥和自增壓液氮罐，所述安全泄壓閥連接于壓力表和自增壓液氮罐，所述進(jìn)/排液截止閥連接于所述自增壓液氮罐和所述耐高壓低溫軟管。
[0011]在進(jìn)一步方案中，所述常溫氮?dú)夤┙o系統(tǒng)由存儲(chǔ)有常溫高壓氮?dú)獾牡獨(dú)馄?、壓力表和進(jìn)/排氣截止閥構(gòu)成，該進(jìn)/排氣截止閥通過連接有壓力表的管路連接于所述氮?dú)馄俊?br>[0012]在進(jìn)一步方案中，所述內(nèi)混腔由高壓液氮入口組件、常溫高壓氮?dú)馊肟诮M件、左端蓋、氣液通道盤、缸體、右端蓋和低溫氮?dú)獬隹诮M件構(gòu)成，其中，所述高壓液氮入口組件連接于往復(fù)式低溫增壓泵的出口和所述左端蓋且具有高壓液氮進(jìn)入通道，所述常溫高壓氮?dú)馊肟诮M件連接于常溫氮?dú)夤┙o系統(tǒng)和所述左端蓋且具有高壓氮?dú)膺M(jìn)入通道，所述左端蓋具有連通所述高壓氮?dú)膺M(jìn)入通道的氣體容納腔且連接于所述氣液通道盤，所述氣液通道盤具有連通所述高壓液氮進(jìn)入通道的液氮通道和連通所述氣體容納腔的斜向氮?dú)馔ǖ溃撔毕虻獨(dú)馔ǖ老鄬?duì)于液氮通道傾斜且與液氮通道軸線相交，所述左端蓋、氣液通道盤、缸體和右端蓋圍成空腔且所述低溫氮?dú)獬隹诮M件與該空腔相通。
[0013]在進(jìn)一步方案中，所述斜向氮?dú)馔ǖ老鄬?duì)于液氮通道的傾角范圍是30~45°。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明利用低溫液氮與常溫氮?dú)獾臍庖簝上嗔骰旌衔锢斫禍胤绞剑瑢?shí)現(xiàn)低溫氮?dú)馍淞鞯纳?，通過控制低溫液氮與常溫氮?dú)獾牧髁考捌浔壤?，可?shí)現(xiàn)低溫氮?dú)馍淞鞯臏囟仍谑覝貇_196°C范圍內(nèi)可調(diào)，射流壓力彡0.6MPa、可調(diào)，射流流量可調(diào)。因此，可以滿足對(duì)氮?dú)馍淞鞯臏囟?、壓力以及流量有大范圍變化需求或特定需求的工況場合。
[0015](2)本發(fā)明采用往復(fù)式低溫泵對(duì)自增壓液氮罐中輸出的低壓液氮進(jìn)行增壓，可以避免內(nèi)混腔中液氮?dú)饣笮纬傻牡蜏馗邏旱獨(dú)?，因壓力增大而使得液氮輸送不穩(wěn)定，進(jìn)而影響低溫氮?dú)馍淞鞯臏囟?、壓力以及流量控制?br>[0016](3)本發(fā)明內(nèi)混腔中的氣液通道盤采用三通道氣液通道盤結(jié)構(gòu)，單一液氮通道居中間，斜向氮?dú)馔ǖ婪至袃蓚?cè)并與液氮通道軸線相交，可使得液氮與常溫氮?dú)獬浞纸佑|、混合，瞬時(shí)形成低溫氮?dú)馍淞鳎蚨蜏氐獨(dú)馍淞鞯纳蓵r(shí)間快。
[0017](4)本發(fā)明中的常溫高壓氮?dú)馄鹪匆嗫筛鼡Q成常溫高壓空氣，與液氮混合后亦可形成低溫氣體射流，低溫氣體射流輸出后置部分可采用單通道噴嘴或雙通道噴嘴對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行冷卻，亦可結(jié)合微量潤滑形成低溫微量潤滑。因此，應(yīng)用靈活性大，實(shí)用性高。
[0018](5)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡潔、操作便利、功能齊全、工作可靠、可調(diào)性高，可用于鈦合金、高溫合金、高強(qiáng)度鋼等難加工材料切削加工中的冷卻潤滑，亦可應(yīng)用于其它一些需要低溫氮?dú)馍淞鞯墓I(yè)作業(yè)，且施加過程綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明氣液兩相流混合式低溫氮?dú)馍淞靼l(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1所述的發(fā)生裝置的內(nèi)混腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式