圖1 風冷卻系統(tǒng)的構成

2 風冷卻加工系統(tǒng)

3 空氣的冷卻方法及要求

圖2 使用低沸點介質的間接冷卻方式

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. 使用低沸點介質的間接冷卻
   圖2為使用低沸點介質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)境污染的低沸點氣體，可在有關工廠液化，再加入風冷卻系統(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)內部僅存在和空氣的熱交換，因此冷卻部分的結構簡單。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。但采用此種方式進行連續(xù)實際切削時需要大容量的儲液器，因此不太實用。另外，由于液氮等低沸點液體在外部制備，因而加大了整個系統(tǒng)的運行成本。
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。該方式使用低沸點的制冷劑，由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和膨脹閥構成閉環(huán)冷卻系統(tǒng)。根據制冷效率和蒸發(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。
   經蒸發(fā)器蒸發(fā)的氣體由壓縮機加壓到所定壓力，在冷凝器中液化，儲存到儲液器中，儲液器內的高壓液體在設定壓力以下經膨脹閥減壓進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)吸熱將空氣冷卻，再變成氣體回到壓縮機，冷風溫度可通過蒸發(fā)器內的壓力和液體供給量進行設定。
   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。
   由空氣壓縮機或管路來的常溫、高壓空氣進入膨脹機，使其在設定壓力以下膨脹，通過發(fā)電、外部機器驅動等消耗空氣的能量使溫度下降。冷風出口溫度由進入膨脹機氣源壓力和膨脹機的出口氣體壓力及膨脹機的性能決定。目前能產生-90℃ 冷風的設備已經實用化。
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生渦旋運動，由于渦流內外氣體存在壓力差(密度差)而產生溫度差．中心部分的氣體為低溫氣體，外側為高溫氣體。冷風的溫度與入口氣體壓力和排出的氣體流量有關。此制冷方式不需要另外的動力，僅用一個渦流管即可，結構簡單。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. 實施風冷卻切削加工對空氣冷卻系統(tǒng)的要求
   實施風冷卻切削技術的關鍵要控制好風冷卻的4 個要素：溫度、壓力、流量和方向。無論是哪種制冷方法都應滿足以下要求：

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

4 風冷卻切削的優(yōu)缺點及研究方向