CN216759166U - 一种干冰粉末喷射型冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干冰粉末喷射型冷却装置，包括喷射干冰粉末的喷射单元1和经由数据线缆3与喷射单元1相连接并对喷射单元1进行动作控制的控制单元2；喷射单元1设置在切削装置M的切削加工部M1的近旁，包括箱体1A，箱体1A内设有液态二氧化碳供给线11、喷射气体供给线12、流通管道13和喷头14；加工被加工材料时对加工部M1的冷却，通过利用干冰粉末，同时抑制第一次发热(加工热)和第二次发热(氧化反应热)。不仅能够抑制机械加工中被加工材料和刀具摩擦、以及激光加工等能量集中产生的加工热(第一次发热)，同时还能够抑制被加工材料、刀具、切屑等氧化燃烧反应所产生的氧化反应热(第二次发热)。

Description

一种干冰粉末喷射型冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种机械加工中的冷却技术，尤其涉及一种干冰粉末喷射型冷却装置。

背景技术

在金属的切削加工中对加工部的冷却技术，对抑制切削工具劣化、提高加工精度而言是至关重要的。机械加工中的热发生过程分为机械加工中被加工材料与加工工具摩擦以及激光加工等能量集中产生的加工热(第一次发热)，和被加工材料、刀具、切屑等氧化燃烧所产生的氧化反应热(第二次发热)。目前已有的切削加工的冷却装置主要有把切削油剂供给到加工部的湿法冷却(湿式切削)，和大气氛围下向切削加工部喷射低温气体的干法冷却(干式切削)两种装置。

湿式切削利用切削油剂，为了获得润滑效果、冷却效果、洗净效果，通过抑制加工热的产生进行冷却。可是，加工后需要除去被加工工件表面附着的切削油剂；而且无法避免切削工具的氧化；切削油剂用过一定时间因厌氧菌发酵会发生恶臭，不仅加工现场环境恶化，而且对加工者的健康造成危害；此外，还有对废弃切削油剂的处理会污染环境，处理成本高昂等问题；

干式切削不使用切削油剂，不存在上述问题。但是，干式切削没有润滑效果、冷却效果也极其有限，和湿式切削相比会发生非常高的加工热。因此，加工面容易产生切削烧伤、切削裂纹，同时切削工具过早劣化，切削工具寿命过短造成很大的经济负担。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种干冰粉末喷射型冷却装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的干冰粉末喷射型冷却装置，包括喷射干冰粉末的喷射单元1和经由数据线缆3与喷射单元1相连接并对喷射单元1进行动作控制的控制单元2；

所述喷射单元1设置在切削装置M的切削加工部M1的近旁，包括箱体1A，所述箱体1A内设有液态二氧化碳供给线11、喷射气体供给线12、流通管道13和喷头14；

所述液态二氧化碳供给线11包括液态二氧化碳导入口111、气体过滤网112、控制二氧化碳流通的电磁阀113和控制液态二氧化碳流量的针式阀114；

所述液态二氧化碳导入口111与液态二氧化碳供给源T或低温液化气体储罐相连接；

所述针式阀114设置狭窄部和膨胀用的空间；

所述喷射气体供给线12包括喷射气体导入口121、控制喷射气体流通的电磁阀122、压力表123、加热器124、过滤网125和安全阀126；

所述喷射气体导入口121与喷射气体供给源G相连接。

与现有技术相比，本实用新型所提供的干冰粉末喷射型冷却装置，不仅能够抑制机械加工中被加工材料和刀具摩擦、以及激光加工等能量集中产生的加工热(第一次发热)，同时还能够抑制被加工材料、刀具、切屑等氧化燃烧反应所产生的氧化反应热(第二次发热)。

附图说明

图1适用本实用新型实施例1涉及的冷却装置的切削装置之斜视图

图2适用本实用新型实施例1涉及的冷却装置的喷射单元的斜视图

图3适用本实用新型实施例1涉及的冷却装置的喷射单元的概要构成图

图4适用本实用新型实施例1涉及的冷却装置的喷射单元的喷头的截面图

图5适用本实用新型实施例1涉及的冷却装置的控制单元的正面图

图6适用本实用新型实施例2涉及的冷却装置的喷射单元的概略构成图

图7适用本实用新型实施例3涉及的冷却装置放置于切削装置之内的正面图

图中：

1、实施例1的喷射单元；

1A、箱体，11、液态二氧化碳供给线，111、液态二氧化碳导入口，112、气体过滤网，113、电磁阀，114、针式阀，12、喷射气体供给线，121、喷射气体导入口，122电磁阀，123、压力表，124、加热器，125、气体过滤器，126、安全阀(泄压阀)，13、流通管道，13a、液态二氧化碳流通管，13b、喷射气体流通管，14、喷头，141外管，141a、喷射口，142、内管，142a、液态二氧化碳供给口，143、混合部；

2、控制单元；2A、箱体；

3、通讯电缆；

4、实施例2的喷射单元；

5、喷射气体加热装置；

G、喷射气体供给源，T、液态二氧化碳供给源，M、切削装置，M1、切削加工部，M2、切削工具，M3、控制盘，M4、控制喷头位置装置，M5、加工台。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本实用新型的限制。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本实用新型实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本实用新型实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本实用新型的干冰粉末喷射型冷却装置，包括喷射干冰粉末的喷射单元1和经由数据线缆3与喷射单元1相连接并对喷射单元1进行动作控制的控制单元2；

所述喷射单元1设置在切削装置M的切削加工部M1的近旁，包括箱体1A，所述箱体1A内设有液态二氧化碳供给线11、喷射气体供给线12、流通管道13和喷头14；

所述液态二氧化碳供给线11包括液态二氧化碳导入口111、气体过滤网112、控制二氧化碳流通的电磁阀113和控制液态二氧化碳流量的针式阀114；

所述液态二氧化碳导入口111与液态二氧化碳供给源T或低温液化气体储罐相连接；

所述针式阀114设置狭窄部和膨胀用的空间；

所述喷射气体供给线12包括喷射气体导入口121、控制喷射气体流通的电磁阀122、压力表123、加热器124、过滤网125和安全阀126；

所述喷射气体导入口121与喷射气体供给源G相连接。

所述加热器124包括温度计124a和温度控制器124b，这两个部分都是通过数据线缆3与所述控制单元2相连接。

所述流通管道13包括液态二氧化碳流通管道13a和喷射气体流通管道13b，所述液态二氧化碳流通管道13a插入到喷射气体流通管道13b中，所述液态二氧化碳流通管道13a的上游一侧连接液态二氧化碳供给线11，所述喷射气体流通管道13b的上游一侧连接喷射气体供给线12，两个管道的下游一侧同时与喷头14相连接。

所述喷头14包括外管141、内管142和混合部143；

所述外管141的顶部设有喷射口141a，所述内管142的顶部设有液态二氧化碳供给口142a，所述混合部设置在喷射口141a与液态二氧化碳供给口142a之间；

所述混合部143设有让液态二氧化碳自由膨胀的空间和狭窄部，该空间和狭窄部设置在喷头14或者流通管道13或者液态二氧化碳供给线11中的任意一部分。

所述液态二氧化碳供给线11、喷射气体供给线12、流通管道13以及喷头14分别设置有多个。

所述控制单元2通过数据线缆3与喷射单元1相连接，所述控制单元2包括设置在箱体2A正面的加热器控制部21、报警器22、液态二氧化碳流量控制电磁阀113的控制按钮23、喷射气体电磁阀122的控制按钮24、报警停止按钮25、设定重置按钮26、主电源28、非正常停止按钮29。

综上可见，本实用新型实施例所提供的冷却装置，加工被加工材料时对加工部M1的冷却，通过利用干冰粉末，同时抑制第一次发热(加工热)和第二次发热(氧化反应热)。不仅能够抑制机械加工中被加工材料和刀具摩擦、以及激光加工等能量集中产生的加工热(第一次发热)，同时还能够抑制被加工材料、刀具、切屑等氧化燃烧反应所产生的氧化反应热(第二次发热)。

根据(应用)本实用新型，在加工被加工材料时对加工部的冷却，是以对加工部喷射干冰粉末为特征的。通过把干冰粉末喷射到被加工材料的加工部所实现的冷却，能够同时抑制第一次发热和第二次发热。

而且，干冰粉末冷却的同时瞬间气化，所以在加工工件的表面没有任何残留物，故也不需要对加工工件表面进行清洗作业。

作为本实用新型首选方案，前述机械加工以切削加工为特征。如此，喷射干冰粉末到切削加工部，一边进行冷却一边进行切削加工，能够延长切削工具的使用寿命。

作为本实用新型首选方案，前述切削加工所使用的切削工具的材料，以陶瓷材料为特征。

这样，利用陶瓷材料的切削工具进行加工时，使用本实用新型所涉及的冷却方法，能够大幅度提高切削速度。

作为本实用新型首选方案，前述加工以激光加工为特征。

如此，本实用新型所涉及的冷却方法，适合激光加工等光能加工工艺(加工装置)。

作为本实用新型首选方案，前述被加工材料，是以金属材料为特征。

如此，本实用新型所涉及的冷却方法，适合被加工材料是金属材料的场合。

作为本实用新型首选方案，前述金属材料包括超硬质合金、超耐热合金、耐热合金、不锈钢、铝合金、碳钢、铜、钨、金等贵金属、高纯度金属以及各种稀有金属等。

如此，本实用新型所涉及的冷却方法，适合加工的金属是一般金属材料、非铁金属材料以及难加工金属材料等。

作为本实用新型首选方案，前述被加工材料，是以树脂材料为特征。

如此，本实用新型所涉及的冷却方法，适合加工被加工材料为树脂的场合。

作为本实用新型首选方案，前述树脂，是以碳纤维强化塑料、玻璃纤维强化塑料等纤维强化塑料为特征。如此，本实用新型所涉及的冷却方法适合难加工的树脂材料。

作为本实用新型首选方案，前述干冰粉末以其平均粒径在500μm以下为特征。

这个平均粒径范围的干冰粉末喷雾能够对加工部实现高效率的冷却。

作为本实用新型首选方案，前述干冰粉末，是以把液态二氧化碳断(绝)热膨胀而生成的干冰粉末为特征。

这种方法生成的干冰粉末，能够更容易喷射平均粒径在500μm以下的干冰粉末。

作为本实用新型首选方案，其特征为液态二氧化碳的质量流量在50～250g/min。这个范围的质量流量的液体二氧化碳生成的干冰粉末，在喷射到加工部的时候能够实现高效率的冷却。

作为本实用新型首选方案，作为加工被加工材料的加工方法，其特征是一边喷射干冰粉末一边进行加工。

这样加工，可以实现如上所述的能够同时抑制被加工材料和加工工具发生的第一次发热和被加工材料等氧化反应发生的第二次发热，可以大幅度抑制加工时热量的发生。

作为本实用新型首选方案，作为加工被加工材料时对加工部冷却的装置具有以下特征：

把从液态二氧化碳源头供给来的液态二氧化碳隔(绝)热膨胀，以隔(绝)热膨胀的液体二氧化碳为冷却装置；

喷射前述以液态二氧化碳为冷却装置而生成的干冰粉末的喷头；

前述喷射干冰粉末的喷射气体的喷射气体供给装置；

具备上述特征的干冰粉末喷射型冷却装置，可以得到对被加工材料进行冷却的最佳干冰颗粒粒径。

作为本实用新型首选方案，前述喷头，是以喷头对准前述加工被加工材料加工部为特征的。

这样的构成，能够对被加工材料进行高效率的冷却。

作为本实用新型首选方案，具有前述液态二氧化碳冷却装置和前述喷头以及前述喷射气体的供给装置的喷射单元；和具有调节前述喷射气体流量的喷射气体流量控制装置以及调节前述液态二氧化碳流量的液态二氧化碳流量控制装置的控制单元；

像这样，以前述喷射单元和前述控制单元可以设置在不同的地方为特征。

喷射单元和控制单元可以分别放在不同的地方，更容易适用于现有的加工装置。

作为本实用新型首选方案，其特征为前述喷头可以设置多个。

这样，因为设置多个喷头，对大直径的被加工材料场合、对被加工材料的加工范围大的场合、对加工深度深的场合、以及对加工形式(类型)复杂加工场合，都可以对加工部进行高效率的冷却。

作为本实用新型首选方案，加工被加工材料的加工装置同时具备前述加工工具和喷射干冰粉末的喷头。以前述喷射干冰粉末的喷头对准前述加工工具正在加工被加工材料的加工部为特征。

这样，具有干冰粉末冷却装置的加工装置，能够成为可以抑制加工工具劣化，延长刀具寿命的加工装置。

作为本实用新型首选方案，前述喷头对被加工材料的喷射方向以及喷射位置至少有一方面是可以控制的，本实用新型以具备这种喷头位置控制装置为特征。

这样，具备了控制喷头方向或者喷头位置的喷头控制装置，利用对喷头位置及方向的控制，可以适用被加工材料大小、形状、材质的不同，以及适用不同的加工条件、不同的冷却条件，从而实现高精度的控制。

作为本实用新型首选方案，以前述喷头位置控制装置具有前述加工部位置信息输入到前述加工装置，加工装置根据收到的信息(号)调整喷头把干冰粉末喷向加工点的位置调节功能为特征。

这种构造，可以避免手动调节喷头的位置，安全而且精确的对准加工点喷射干部粉末。

根据本实用新型，从喷头喷出干冰粉末时利用喷射气体的推动力，同时喷射气体的露点干燥到零下40度以下，并且加热到60度左右。这样，喷射气体不仅可以作为干冰粉末的喷射推动力，还有迟延干冰粉末气化的速度的效果。同时还能防止空气中的水分因干冰粉末的温度而急降温，起到防止在喷头内部结冰的作用。

本实用新型中向喷头14内供给的喷射气体被分成两个系统，一个系统的喷射气体起到推动干冰粉末的推动力的作用，另一个系统的喷射气体起到把干冰粉末与喷射气体混合物和空气隔绝的作用。不会造成空气中的水分因受到干冰低温的影响凝结出现结露现象。

本实用新型涉及的前述两个喷射气体的系统中的一个系统，除了能隔绝空气之外，在干冰粉末和加工点碰撞、气化、膨胀使被加工材料表面迅速冷却，同时喷射气体还有阻止这个冷却温度传播到被加工材料的全体的效果，使急剧冷却的温度被包围在加工点的小范围的干燥气氛中，所以加工点以外的部分也不会结露。

本实用新型加工被加工材料时对加工部进行冷却的冷却装置，可以同时抑制第一次发热和第二次发热，应用这种冷却方法和冷却装置，可以延长加工工具的寿命、提高加工效率、防止被加工材料受到污染，实现无污染的绿色加工。

为了更加清晰地展现出本实用新型所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本实用新型实施例所提供的进行详细描述。

首先，现就适用本实用新型提供的冷却方法的冷却装置，参考图1～图7进行说明

另外，本实用新型所说的“切削”，指的是利用切削加工、激光加工等加工装置切削被加工材料表面，此外还包括切削造成的切断。

实施例1

实施例1涉及的冷却装置参照图1～图5进行详细说明：

根据本实用新型实施例1的冷却装置，由喷射干冰粉末的喷射单元1，和经由数据线缆3与喷射单元1相连接并对喷射单元1进行动作控制的控制单元2构成。如图1所示，喷射单元1和控制单元2是可以分别放置不同位置的构成装置，喷射单元1设置在切削装置M的切削加工部M1的近旁。

喷射单元1如图2图3所示，有箱体1A，在这个箱体1A内部，收纳有液态二氧化碳供给线11，和喷射气体供给线12，和流通管道13，和喷头14。这个喷射单元1把从液态二氧化碳供给源供应来的液态二氧化碳绝热膨胀，使之生成干冰粉末，在接受控制单元2发来的信号后，把干冰粉末和喷射气体共同喷射至切削加工部M1。

液态二氧化碳供给线11，由液态二氧化碳导入口111，和去除液态二氧化碳中杂质的过滤网112，和控制二氧化碳流通的开关装置电磁阀113，和控制液态二氧化碳流量的针式阀114等部分组成。

液态二氧化碳导入口111和液态二氧化碳供给源高压气体容器T(气体钢瓶等)或者和低温液化气体储罐等相连接，从那里供应加压的液态二氧化碳。

针式阀114可以调节液态二氧化碳流量。另外，为了把液态二氧化碳生成干冰粉末，设置狭窄部和膨胀用的空间，让液态二氧化碳膨胀·冷却，从而生成干冰粉末。本实施例中，针阀114也可以起到能够使液态二氧化碳膨胀·冷却的狭窄部的作用。这个时候，通过调节针式阀114来调节液态二氧化碳的绝热膨胀的程度，也就是可以适当调节干冰粉末的生成量。

喷射气体供给线12，由喷射气体导入口121，和作为控制喷射气体流通开关装置的电磁阀122，和显示喷射气体的喷射压力的压力表123，和作为加热喷射气体的加热装置的加热器124，和用于去除喷射气体中杂质的过滤网125，和喷射气体压力异常时的泄压安全阀126构成。

喷射气体导入口121和喷射气体供给源G相连接。作为喷射气体供给源G，除了可以是氮气之外，还可以使用二氧化碳、氩气、压缩空气。这些气体可以加压充填进气体压力容器中使用，另外，在使用空气的时候，还可以用空气压缩机加压供给。

加热器124由温度计124a，和温度控制器124b构成。这两个部分都是通过数据线缆3和控制单元2相连接。

泄压安全阀126在喷射单元1的压力显示器123显示压力异常高的值时，泄压安全阀开放，使喷射单元1内部和外部连通，可以让内部的异常压力向外逃逸。

流通管道13由液态二氧化碳流通管道13a和喷射气体流通管道13b构成。这个流通管道13的内部是喷射气体流通的喷射气体流通管道13b中插入液态二氧化碳流通管道13a这样一种二重管构造。另外，液态二氧化碳流通管道13a的上游一侧连接液态二氧化碳供给线11，喷射气体流通管道13b的上游一侧连接喷射气体供给线12；两个部分的下游一侧同时和喷头14相连接。

喷头14如图4所示，由外管141，和内管142，和混合部143构成。

在外管141的顶部设有喷射口141a，在内管142的顶部设有液态二氧化碳供给口142a；混合部设置在喷射口141a和液态二氧化碳供给口142a之间。另外，喷射口141a设计成可以对准被加工材料的切削加工点并能够向切削加工点喷射干冰粉末的构造。

混合部143由一定的空间构成，所以能够使液态二氧化碳绝热膨胀并作为冷却的装置发挥机能。因此，通过让从液态二氧化碳供给口142a供给过来的液态二氧化碳膨胀可以生成干冰粉末。这个膨胀生成的干冰粉末和喷射气体混合，从喷射口141a喷射出来。

此外，虽然没有图示出来，这个让液态二氧化碳自由膨胀的空间、狭窄部可以设置在喷头14或者流通管道13或者液态二氧化碳供给线11中间的任意一部分。

在图2以及图3中，液态二氧化碳供给线11，喷射气体供给线12，流通管道13以及喷头14，都各自设置1个来作为实施例加以说明，单这些不一定就是1个，在实际应用中这些部分根据需要均可以设置多个。

控制单元2如图5所示，在箱体2A的正面设置有加热器控制部21，和报警器22，和液态二氧化碳流量控制电磁阀113的控制按钮23，和喷射气体电磁阀122的控制按钮24，和报警停止按钮25，和设定重置按钮26，和主电源28，和非正常停止(急停)按钮29。这个控制单元2通过数据线缆3和喷射单元1相连接，向喷射单元1输送控制信号。

根据本实施例，生成干冰粉末所必要的各个部分构成喷射单元1，和控制喷射单元1的控制单元2，是可以分别设置的。即，喷射单元1设有箱体1A，控制单元2设有箱体2A，箱体1A内部收纳喷射单元1的各个组成部分，箱体2A内收纳控制单元2的各个组成部分。

这样，因为喷射单元1的位置可以自由决定，所以可以适用装备于各种各样的切削装置M。作为切削装置M可以是加工中心、铣床、车床、磨床、钻床等等。

另外，也包含激光、电子、等离子等光能量加工装置。

此外，由于本实施例中液态二氧化碳供给线11，喷射气体供给线12，流通管道13，以及喷头14，都可以设置多个，所以能够从多个方向对被加工材料喷射干冰粉末。因此，即使是被加工材料大直径的场景、加工范围较大的场景、加工深度较深的场景、加工类型复杂的场景，因为有多个喷头可以安装在不同位置，从多方向多角度喷射干冰粉末，所以能够对加工部进行高效率的冷却。

另外，本实施例中的流通管道13，喷头14，数据线3的长度等，可以根据切削装置M的大小和构造情况适当调整。

实施例2

实施例2涉及的冷却装置参照图6加以详细说明：

这个实施例2的冷却装置去掉前面实施例里喷射单元1中安装的加热器124，以箱体1A小型化为特征。另外，本实施例中，对和前面的实施例基本上相同的构造要素标记同一符号，这里简化说明。

实施例2中的喷射单元4(参考图6)和前面的实施例中的喷射单元1(参考图3)比较，本实施例中的喷射单元4中的喷射气体供给线12没有设置给喷射气体加热的加热器，而是在和喷射气体供给源G连接的喷射气体导入口121的上游一侧设置有喷射气体加热装置5，这一点在两种实施例中是不同的。

喷射气体加热装置5设置在喷射气体源G和喷射气体导入口121之间，并设有温度计5a和温度控制器5b，设计成由控制单元2对温度进行控制调节的构造。这个气体加热装置5，使用一般的加热装置就可以，比如感应式加热、电阻加热、介质加热等等，因此，喷射气体供给源G和喷射气体导入口121的连接管路，宜使用具有加热机构的管道。

根据本实施例，因为没有了前述实施例喷射单元1中的加热器124，所以喷射单元4的箱体4A可以实现较大幅度的小型化。为此，本实施例的喷射单元4比前述的实施例中喷射单元1能设置在切削加工部M1的更近的地方，甚至可以把喷射单元4设置在切削装置M的内部。如此，无关切削装置M大小和种类，喷射单元4都可以设置在切削加工部4的最近点，流通管道13的长度可以设计成固定的长度。

根据本实施例，由于喷射单元4可以设置在切削加工部M1的最近点，所以流通管道13可以做的较短，因此，可以使流通管道内粗大粒子的发生率降低，从而能够提供稳定的最佳粒径的干冰粉末。

另外，根据本实施例，由于加热喷射气体的加热器设置在喷射单元4的外部，所以可以防止喷射单元内部的意外加热，从而减少因加热发生的故障和误动作。

实施例3

实施例3涉及的冷却装置参照图7加以详细说明：

实施例3涉及的冷却装置是以和切削装置M一体化设计为特征。另外，本实施例中，和前面的实施例基本上相同的构造要素标记同一符号，这里仅作简略说明。

本实施例3的冷却装置，作为对切削装置M的切削加工部M1进行冷却的冷却机构，设置在切削装置M的内部。作为切削装置M，可以是加工中心、铣床、车床、磨床、钻床等切削装置。图7是装备了本实施例的冷却装置的切削装置M的一个案例，这个切削装置M由切削工具M2，和本实用新型涉及的喷射干冰粉末的喷头14，和控制喷射参数的控制盘M3，和控制喷头位置的控制装置M4构成。

喷头14设置在切削工具M2的周边，构成能够对准加工被加工材料的切削加工部M1喷射干冰粉末的构造。另外，这个喷头14设计成不仅可以喷射干冰粉末，还可以喷射冷却用的气体或者切削油剂。

控制盘M3的构成，至少可以控制切削加工参数和干冰粉末喷射参数。即这个控制盘M3具有前面实施例的控制单元2的机能。

喷头控制装置M4的构成，是可以控制喷头14以及流通管路13的位置，至少可以控制喷头14对被加工材料的喷射方向或者喷射位置。作为控制喷头位置的控制装置M4，可以是手动操作喷头方向或者位置的构造。

进一步，喷头位置控制装置M4的构造，具有在前述切削装置输入前述切削加工部的位置信号后，对准前述切削加工点喷射干冰粉末的位置调节机能，也可以是能自动的控制喷头位置的构造。

根据本实施例，切削装置M内部一体化设置本实用新型的冷却装置，可以提供能够抑制切削工具M2劣化的切削装置M。

另外，能够把切削装置M和冷却装置的控制系统配置到同一位置，装置的可操作性大大提高。

根据本实施例，由于设有控制喷头14的喷射方向和喷射位置的喷头控制装置M4，对喷头14的控制，可以应对被加工材料的大小和形状、材质、切削条件、冷却条件的变化，实现高精度的控制。

根据本实施例，喷头位置控制装置M4具有自动控制喷头位置的控制机构，因此，不需手动调节喷头的位置就可以对准加工点，在加工中不用调节喷头位置就可以自动的、安全精确的对准切削加工点喷射干冰粉末。

本实用新型涉及的冷却方法：

是通过把上述冷却装置生成的干冰粉末喷射到切削加工部M1而对加工部实现冷却的。

本实用新型涉及的冷却方法中的干冰粉末，对准切削加工点进行局部喷射，干冰粉末的喷射幅度的合适的范围是20mm以下，最合适的喷射范围是12mm以下。

为实现上述合适的喷射范围，喷头14和被加工材料之间的喷射距离最好在50～100mm之间，从喷头14喷射出来的干冰粉末的广角的角度范围最好在5度以下。此外，对准被加工材料喷射的干冰粉末的入射角的范围，最好在30～60度，但是，由于被加工材料的形状不同，干冰粉末的入射角度可以任意设定，一般10～170度范围内都可以。

喷射干冰粉末的合适的平均粒径范围是500μm以下，更适合的平均粒径范围为100μm以下，但最好的范围在5～30μm之间。利用这个范围的平均粒径的干冰粉末进行冷却，干冰颗粒在切削加工部M1附近能够更有效的气化。

另外，这里所说的平均粒径，是指根据激光干扰成像法或者图像成像法求得的粒度分布的累计50％的粒径。这里所说的激光干扰成像法是指用激光照射粒子，从焦点位置以外观察粒子的散乱反射光求得干扰条纹，从干扰条纹的数量求得粒径的方法。

生成干冰粉末的液态二氧化碳质量流量的较好范围为50～250g/min，最适合的范围为50～180g/min。另外，这里所说的质量流量值，是指在使用虹吸式液态二氧化碳贮藏罐(钢瓶)(压力约为6MPa)时，一般检测质量流量所使用的质量流量计(金属管式面积流量计或者科里奥利质量流量计)所得到的数值。

本实用新型涉及的冷却方法，适用于超硬质合金、超耐热合金、耐热合金、不锈钢、铝合金、碳钢、等难加工金属以及稀有金属、高纯金属、铜、钨等非铁金属；碳纤维强化塑料、玻璃纤维强化塑料等树脂材料的切削加工的场景。

另外，作为本实用新型的冷却方法使用的切削工具M2，适合使用金刚石涂层、超硬合金、陶瓷、サーメット(Cermet)、CBn涂层等。这些切削工具可以延长寿命，而且能够提高切削速度。

根据本实用新型，因为利用干冰粉末冷却切削加工部M1，可以让冷却媒体高效率到达切削加工部M1周边。通常，在需要冷却的切削加工部M1的周边，会存在因切削加工工具M2的驱动产生的空气对流和被加工材料的切屑等。当冷却媒体为气体的时候，前述空气对流和被加工材料的切屑会对气体冷却媒体产生阻碍，因此大部分冷却媒体无法到达冷却点，致使冷却效率低下。可是，本实用新型中干冰粉末是固体的，比气体比重大，所以不易受空气对流和切屑的影响，可以容易的到达冷却点而实现高效率的冷却。

根据本实用新型，因为利用干冰粉末冷却切削加工部M1，可以实现切削加工部M1不结露状态下的冷却。冷却媒体是一般气体的时候，低温气体会把周围的空气也同时冷却，造成空气中水分冷凝，在切屑加工部M1形成结露，甚至造成切削加工部M1周边能见度变差。但是，本实用新型使用干冰粉末不冷却到周围的空气就能喷射到切削加工部M1，所以不会造成结露，切削加工部M1的能见度也非常好。

如前所述，本实用新型中供给到喷头14内部的喷射气体被分成两个系统利用，一个系统的喷射气体作为推动干冰粉末的推进力，另一个系统的喷射气体把干冰粉末与喷射气体混合物和空气隔绝，不会造成空气中的水分凝结出现结露现象(0033)；本实用新型涉及的前述两个系统中喷射气体的一个系统，除了能隔绝空气之外，在干冰粉末和加工点碰撞、气化、膨胀使被加工材料表面迅速冷却时，喷射气体还有阻止这个冷却温度传播到被加工材料的全体的效果，使急剧冷却的温度被包围在加工点的小范围的干燥气氛中，所以加工点以外的部分也不会结露(0034)。因此，本实用新型涉及的冷却方法不会造成切削加工部M1以及被加工材料结露。

另外，根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，不必密封切削加工部M1就能够在M1周围制造惰性气体氛围。干冰粉末喷射到冷却的部位，迅速气化，在而且只在切削部M1的周围形成惰性气体氛围，不需要用其他装置密封切削加工部。

根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，加工后不必对被加工材料进行清洗。到达切削加工部M1的干冰粉末在实现冷却的同时发生气化，所以在被加工材料表面不会有残留物，因此，不用像一般的湿法加工那样加工后还要去除切削油的工序。另外，因为不用切削油剂，所以对环境更友好。

根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，可以不必清洗被加工材料的表面，实现冷却洗净同步进行。比如，即便被加工材料表面带有附着物，被干冰粉末吹到，附着物急剧冷却，由于热收缩作用，会发生剥离。而且，干冰粉末进入附着物与被加工材料剥离的缝隙，发生气化、膨胀，能够使附着物完全剥离并清除。因此，切削后的被加工材料的表面无需进行二次清洗。

根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，可以实现同时抑制第一次发热和第二次发热。作为冷却媒体的干冰粉末在到达切削加工部M1并进行冷却，能够抑制被加工材料和切削工具M2摩擦产生的热量(第一次发热)。另外，因干冰粉末气化在切削加工部M1周围形成惰性气体氛围，能够抑制金属(切屑、切削工具M2、被加工材料等)燃烧氧化反应生产的反应热(第二次发热)。这样，把干冰粉末作为冷却媒体，可以同时抑制第一次发热和第二次发热。

根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，可以抑制切削工具M2的劣化。通常，造成切削工具M2劣化的主要原因是金属的氧化反应。本实用新型在切削加工部M1周边制造惰性气体氛围，能够抑制切削工具M2的氧化反应。另外，一般情况下金属的氧化反应随着温度升高氧化反应越强烈，如前所述，本实用新型良好冷却效果能够抑制发热，使抑制切削工具劣化成为可能。

根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，能够提供切削的转速度(周速度)。一般情况下，转速度(周速度)提高会使切削加工部的温度相应提高，致使切削工具M2的寿命极端缩短。可是，本实用新型的冷却方法能够抑制切削加工点的温度上升，所以能够大幅提高转速度，从而大幅度缩短加工时间。

根据本实用新型，因为使用干冰粉末来冷却切削加工部M1，即便是加工超硬金属、耐热合金等难加工材料，也能抑制切削工具M2的劣化，延长切削工具的寿命。

在本实用新型中，主要展示的是把液态二氧化碳膨胀生成干冰粉末的装置。但是，其他的生成干冰粉末的装置也适用本实用新型。比如采用把干冰颗粒粉碎成干冰粉末的装置、或者采用把干冰大块切削喷射的装置也是可以适用本实用新型。

另外，虽然这里主要展示的是切削加工，但是，本实用新型对其他所有因加工生热对被加工材料产生影响的加工方法都适用。比如，激光加工、电子、等离子等光能加工也都适用本实用新型的冷却方法。

<加工例1>

利用前述实施例1涉及的冷却装置进行了加工实验。该实验装置由于控制液态二氧化碳的流量等，所以喷射的干冰颗粒控制在5～30μm。在本加工例中，在表1表示的切屑加工条件下，对超硬合金进行切削加工，通过吹空气冷却的方法(实验1)和喷射干冰粉末的冷却方法(实验2)，对切屑工具的磨耗状态进行了比较，其结果如表2所示。

另外，这时使用的干冰粉末的平均粒径为5～30μm，喷射到被加工材料的干冰粉末的幅度范围大约为10mm左右，喷头的喷射距离为50mm，喷射角度小于5度，干冰粉末对被加工材料的入射角为45度左右。

表1

表2

从表2看出，实验1中当切削距离达到37.5m的时候，切削工具破损，与此相比，实验2中即使切削距离到达37.5m，切削工具并未损坏。而且，实验2的加工距离到达37.5m时刀具磨损程度和实验1加工距离25m时磨损程度相当。由此得出结论，在表1的加工条件下，使用干冰粉末和喷射气体冷却(实验2)和空气冷却(实验1)相比，切削工具寿命延长1.5倍左右。

另外，在用干冰粉末加喷射气体的冷却实验中，加工部周边没有发生结露现象。

<加工例2>

使用和加工例1同样的装置进行了加工实验。在上述加工例1中，因为使用干冰粉末和喷射气体冷却，得出延长切削工具寿命的结论。本加工例中，在表3表示的切削条件下对超硬合金进行切削加工，利用空气冷却方法(实验3)和利用干冰粉末加喷射气体冷却方法(实验4)，一直到切削工具破损为止，对加工距离进行测量比较。其结果如表4所示。

另外，这时使用的干冰粉末的平均粒径为5～30μm，喷射到被加工材料的干冰粉末的幅度范围大约为10mm左右，喷头的喷射距离为50mm，喷射角度小于5度，干冰粉末对被加工材料的入射角为45度左右。

表3

表4

根据表4的结果来看，实验3加工距到达11.75m时，加工工具破损。与此相比，实验4和实验5的加工距离分别在达到21.15m和28.2m时，加工工具破损的。由此可知，干冰粉末加喷射气体的冷却方法下切削加工的切削长度和空气冷却方法相比切削长度至少2倍以上。即干冰粉末加喷射气体的冷却方法延长了切削工具的寿命。

另外，在用干冰粉末加喷射气体的冷却实验中，加工部周边没有发生结露现象。

<加工例3>

应用加工例1同样的装置，进行了把进给速度(送り速度)大幅提高的加工实验。本加工例中，用表5所示的加工条件，用陶瓷铣刀对超耐热合金进行切削加工，如表6所示的冷却条件下对被加工材料进行了干冰粉末加喷射气体方法的冷却(实验6)。

另外，这时使用的干冰粉末的平均粒径为5～30μm，喷射到被加工材料的干冰粉末的幅度范围大约为10mm左右，喷头的喷射距离为50mm，喷射角度小于5度，干冰粉末对被加工材料的入射角为45度左右。

表5

表6

实验号	冷却方法	液态二氧化碳流量(g/min)	喷射气体流量(Mpa)	结果
					实验6	干冰末加喷射气体	110	0.32	加工完了

从实验6可以看出，如表5所示，可以实现600m/min周速度的加工，甚至可以提高到800m/min左右的周速度。一般情况下，用超硬铣刀加工超耐热合金的时候，周速度一般在30m/min左右才能保证切削工具的耐久性以及被加工材料的加工精度。但是，使用本实用新型的冷却方法，在保证相同程度加工精度和切削工具寿命的前提下，能够大幅度提高周速度。以上可以看出，通过对本实用新型的冷却方法的应用，能够大幅度提高切削的周速度。可以大幅缩短切削加工的时间。

此外，在实验6中，使用的切削工具是陶瓷材料的制品。到目前为止，陶瓷铣刀、超硬铣刀等都因为材质的脆性而未能发挥它应有的加工性能，也因此几乎无法广泛被利用。但是，适用本实用新型涉及的冷却方法不仅能够提高切削工具的耐久性，而且能够大幅提高进给速度，从而大大缩短加工时间。

另外，在用干冰粉末加喷射气体的冷却实验中，加工部周边没有发生结露现象。

根据本实用新型，用干冰粉末作为切削加工金属时的冷却媒体，能够在切削工具周围形成惰性气体氛围，通过抑制热的发生和切削工具的氧化反应，从而大幅度延长切削工具的寿命。

尤其是在质量流量为50～180g/min范围的时候，切削工具延长寿命的效果更加显著。

而且，根据本实用新型，切削加工部不会出现结露的现象。

另外，根据本实用新型，进行切削加工时能够大幅提高加工周速度，并且大幅度缩短切削加工时间。尤其是应用本实用新型涉及的冷却方法，用陶瓷材料的铣刀进行切削加工，其提高周速度的效果及其显著。

另外，本加工例所展示的实验结果，其被加工材料是超硬合金。对其他材料如超耐热合金、耐热合金、不锈钢、铝合金、碳钢等难加工金属材料，铜、钨、稀有金属、高纯金属等非铁金属，碳纤维强化塑料、玻璃纤维强化塑料等树脂等，切削工具的寿命延长效果也非常显著。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种干冰粉末喷射型冷却装置，其特征在于，包括喷射干冰粉末的喷射单元(1)和经由数据线缆(3)与喷射单元(1)相连接并对喷射单元(1)进行动作控制的控制单元(2)；

所述喷射单元(1)设置在切削装置(M)的切削加工部(M1)的近旁，包括第一箱体(1A)，所述第一箱体(1A)内设有液态二氧化碳供给线(11)、喷射气体供给线(12)、流通管道(13)和喷头(14)；

所述液态二氧化碳供给线(11)包括液态二氧化碳导入口(111)、气体过滤网(112)、控制二氧化碳流通的电磁阀(113)和控制液态二氧化碳流量的针式阀(114)；

所述液态二氧化碳导入口(111)与液态二氧化碳供给源(T)或低温液化气体储罐相连接；

所述针式阀(114)设置狭窄部和膨胀用的空间；

所述喷射气体供给线(12)包括喷射气体导入口(121)、控制喷射气体流通的电磁阀(122)、压力表(123)、加热器(124)、过滤网(125)和安全阀(126)；

所述喷射气体导入口(121)与喷射气体供给源(G)相连接。

2.根据权利要求1所述的干冰粉末喷射型冷却装置，其特征在于，所述加热器(124)包括温度计(124a)和温度控制器(124b)，这两个部分都是通过数据线缆(3)与所述控制单元(2)相连接。

3.根据权利要求2所述的干冰粉末喷射型冷却装置，其特征在于，所述流通管道(13)包括液态二氧化碳流通管道(13a)和喷射气体流通管道(13b)，所述液态二氧化碳流通管道(13a)插入到喷射气体流通管道(13b)中，所述液态二氧化碳流通管道(13a)的上游一侧连接液态二氧化碳供给线(11)，所述喷射气体流通管道(13b)的上游一侧连接喷射气体供给线(12)，两个管道的下游一侧同时与喷头(14)相连接。

4.根据权利要求3所述的干冰粉末喷射型冷却装置，其特征在于，所述喷头(14)包括外管(141)、内管(142)和混合部(143)；

所述外管(141)的顶部设有喷射口(141a)，所述内管(142)的顶部设有液态二氧化碳供给口(142a)，所述混合部设置在喷射口(141a)与液态二氧化碳供给口(142a)之间；

所述混合部(143)设有让液态二氧化碳自由膨胀的空间和狭窄部，该空间和狭窄部设置在喷头(14)或者流通管道(13)或者液态二氧化碳供给线(11)中的任意一部分。

5.根据权利要求4所述的干冰粉末喷射型冷却装置，其特征在于，所述液态二氧化碳供给线(11)、喷射气体供给线(12)、流通管道(13)以及喷头(14)分别设置有多个。

6.根据权利要求1至5任一项所述的干冰粉末喷射型冷却装置，其特征在于，所述控制单元(2)通过数据线缆(3)与喷射单元(1)相连接，所述控制单元(2)包括设置在第二箱体(2A)正面的加热器控制部(21)、报警器(22)、控制二氧化碳流通的电磁阀(113)的控制按钮(23)、控制喷射气体流通的电磁阀(122)的控制按钮(24)、报警停止按钮(25)、设定重置按钮(26)、主电源(28)、非正常停止按钮(29)。

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