圖1 風(fēng)冷卻系統(tǒng)的構(gòu)成

2 風(fēng)冷卻加工系統(tǒng)

3 空氣的冷卻方法及要求

圖2 使用低沸點(diǎn)介質(zhì)的間接冷卻方式

圖3 循環(huán)壓縮式間接制冷方式

圖4 空氣絕熱膨帳直接制冷方式

1.噴嘴 2.孔板 3.渦流室 4.控制閥 圖5 渦流管直接制冷方式

1. 使用低沸點(diǎn)介質(zhì)的間接冷卻
   圖2為使用低沸點(diǎn)介質(zhì)的間接冷卻方式的原理圖。這種制冷方式使用氮等對人體無害、無環(huán)境污染的低沸點(diǎn)氣體，可在有關(guān)工廠液化，再加入風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，在常溫常壓下蒸發(fā)吸熱，使空氣冷卻。
   此種冷卻方式由于液氮是在外部液化的，在系統(tǒng)內(nèi)部僅存在和空氣的熱交換，因此冷卻部分的結(jié)構(gòu)簡單。另外，液氮的汽化溫度是-180℃ ，因此可將空氣冷卻到-100 ℃ 以下，溫度可由液氮的流量控制，過冷時可通過加熱器加熱。但采用此種方式進(jìn)行連續(xù)實(shí)際切削時需要大容量的儲液器，因此不太實(shí)用。另外，由于液氮等低沸點(diǎn)液體在外部制備，因而加大了整個系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
2. 循環(huán)壓縮式間接制冷
   循環(huán)壓縮式間接制冷方式如圖3所示。該方式使用低沸點(diǎn)的制冷劑，由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和膨脹閥構(gòu)成閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。根據(jù)制冷效率和蒸發(fā)溫度選用作為制冷劑的氣體。此種制冷方式廣泛用于家用冰箱及冷凍倉庫，在溫度控制和能耗效率方面都比較理想。
   經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)的氣體由壓縮機(jī)加壓到所定壓力，在冷凝器中液化，儲存到儲液器中，儲液器內(nèi)的高壓液體在設(shè)定壓力以下經(jīng)膨脹閥減壓進(jìn)入蒸發(fā)器，蒸發(fā)吸熱將空氣冷卻，再變成氣體回到壓縮機(jī)，冷風(fēng)溫度可通過蒸發(fā)器內(nèi)的壓力和液體供給量進(jìn)行設(shè)定。
   此種制冷方式分為蒸發(fā)溫度(壓力)、冷凝溫度(壓力)；按能耗方式分為單級壓縮循環(huán)、多級壓縮二元冷凍循環(huán)等。
3. 空氣絕熱膨脹直接制冷
   空氣絕熱膨脹的直接制冷方式如圖4所示：此種制冷方式是利用高壓空氣的絕熱膨脹，降低冷卻氣體本身的溫度，屬于開放型的直接制冷方式。
   由空氣壓縮機(jī)或管路來的常溫、高壓空氣進(jìn)入膨脹機(jī)，使其在設(shè)定壓力以下膨脹，通過發(fā)電、外部機(jī)器驅(qū)動等消耗空氣的能量使溫度下降。冷風(fēng)出口溫度由進(jìn)入膨脹機(jī)氣源壓力和膨脹機(jī)的出口氣體壓力及膨脹機(jī)的性能決定。目前能產(chǎn)生-90℃ 冷風(fēng)的設(shè)備已經(jīng)實(shí)用化。
4. 渦流管直接制冷
   圖5所示為渦流管制冷的原理圖。高壓空氣通過渦流管時將產(chǎn)生渦旋運(yùn)動，由于渦流內(nèi)外氣體存在壓力差(密度差)而產(chǎn)生溫度差．中心部分的氣體為低溫氣體，外側(cè)為高溫氣體。冷風(fēng)的溫度與入口氣體壓力和排出的氣體流量有關(guān)。此制冷方式不需要另外的動力，僅用一個渦流管即可，結(jié)構(gòu)簡單。但由于需有一部分氣體作為熱氣排出，因此，制冷效率要差一些。
5. 實(shí)施風(fēng)冷卻切削加工對空氣冷卻系統(tǒng)的要求
   實(shí)施風(fēng)冷卻切削技術(shù)的關(guān)鍵要控制好風(fēng)冷卻的4 個要素：溫度、壓力、流量和方向。無論是哪種制冷方法都應(yīng)滿足以下要求：

   1. 應(yīng)能與一般工廠現(xiàn)有風(fēng)壓配合使用；
   2. 輸送管徑要盡量大，以減少由管路造成的流量損失；
   3. 冷風(fēng)溫度和風(fēng)量應(yīng)可調(diào)；
   4. 冷風(fēng)的輸出應(yīng)能夠暫停；
   5. 要在短時間內(nèi)使冷風(fēng)溫度達(dá)到要求；
   6. 風(fēng)嘴應(yīng)盡量接近冷卻點(diǎn)，距冷卻點(diǎn)20mm以上時冷風(fēng)溫度上升較多

4 風(fēng)冷卻切削的優(yōu)缺點(diǎn)及研究方向