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附件1 用于金屬切削的空冷技術(shù) ---------布賴(lài)恩博斯韋爾和蒂拉克 機(jī)械工程學(xué)系，科廷科技大學(xué)， 郵政總局信箱U1987，西澳大利亞珀斯6845 摘要： 空氣冷卻干燥加工都是切割金屬行業(yè)為處理長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)為延長(zhǎng)刀具壽命，降低機(jī)床故障和盡量減少在刀尖產(chǎn)生的熱量等問(wèn)題進(jìn)行試驗(yàn)所獲得的可能的解決方案。迄今為止，這個(gè)行業(yè)仍不得不使用大量昂貴的會(huì)造成環(huán)境破壞和健康危害的冷卻劑。如今，干加工引入金屬切削行業(yè)的目的是不懈地努力減少加工費(fèi)用和化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響?，F(xiàn)代加工工具已經(jīng)有能力維持其刀刃在較高溫度下切割，然而即使有了這種改善，切削刃最終也會(huì)損壞。應(yīng)用冷空氣吹入這些現(xiàn)代工具的結(jié)合面也將有助于延長(zhǎng)工具壽命，減少切削損失?？諝飧稍锛庸け挥糜诘焦ぞ呓缑嬖谶@篇文章中認(rèn)為有可能替代有害液基冷卻。然而，低對(duì)流散熱率與傳統(tǒng)空冷相關(guān)方法一般是不足以及時(shí)散掉激烈的切割產(chǎn)生的熱量，適當(dāng)?shù)哪軌蛱岣呃鋮s的過(guò)程方法，還沒(méi)有建立起來(lái)。 引言 本研究旨在探討一種被稱(chēng)作朗克，希爾施渦旋管的，在加工過(guò)程中用于冷卻的有效設(shè)備。該?朗克- 希爾施渦旋管的影響是在30年代初，它的發(fā)明引起了很大轟動(dòng)，因?yàn)樗砻?，通過(guò)壓縮空氣一管有可能產(chǎn)生熱冷空氣。起初 人們很難相信，這種裝置可以產(chǎn)生熱空氣和冷空氣并且達(dá)到有用的流量。渦旋管一個(gè)沒(méi)有移動(dòng)部件，簡(jiǎn)單的裝置同時(shí)生產(chǎn)冷，熱空氣流。但是，到目前為止，很少有確定利用冷卻工具渦流管的效率的研究。因此，為確定在刀刃上的熱效率轉(zhuǎn)移過(guò)程的一系列實(shí)驗(yàn)調(diào)查已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了。這些試驗(yàn)將確定最合適的參數(shù)使用，如冷和熱空氣的質(zhì)量流量，冷熱管直徑、長(zhǎng)度，和可實(shí)現(xiàn)的冷空氣最低氣溫。風(fēng)冷從未被制造業(yè)采用是由于這樣一個(gè)事實(shí)，多年來(lái)，傳統(tǒng)的切削液已被證明是在機(jī)械加工冷卻過(guò)程中有效的方法。這項(xiàng)研究結(jié)果將證明，在很多加工設(shè)備中，空氣冷卻都可以取代傳統(tǒng)的切削液，不會(huì)減少刀具壽命或也不會(huì)造成工作質(zhì)量的下降或是影響工件表面的完成。 給工件表面提供冷空氣的朗克，希爾施渦旋管的使用說(shuō)明表明提高空冷性能的重要。刀具結(jié)合界面的溫度記錄清楚地表明，刀刃的溫度有顯著的減少。用顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)，這種溫度減緩降低了機(jī)械齒面的磨損。因此，當(dāng)?shù)睹嬗蔑L(fēng)冷時(shí)，監(jiān)測(cè)后刀面磨損的發(fā)展情況，顯示著被延長(zhǎng)了的刀具壽命。 該?朗克，希爾施渦管[1]是一個(gè)了不起的設(shè)備，它能夠同時(shí)獨(dú)立為兩個(gè)不同的氣流，一股比進(jìn)來(lái)的空氣熱和另一股比進(jìn)來(lái)的空氣冷，其間沒(méi)有任何移動(dòng)部分參與。該設(shè)備分離產(chǎn)生的冷空氣和熱空氣穿過(guò)渦流管時(shí)的溫度是尚未完全清楚。這是一個(gè)被稱(chēng)為麥克斯韋妖怪，一個(gè)幻想不經(jīng)任何工作就能分離熱量的裝置。這種渦管基本上包括三個(gè)管和一個(gè)使壓縮空氣在冷管處的溫度較低的供應(yīng)裝置。 ?朗克[2]試圖利用這種無(wú)運(yùn)動(dòng)部件就能產(chǎn)生熱空氣和冷空氣的奇怪設(shè)備的商業(yè)潛力。不幸的是，這家合資公司失敗了，渦流管也因此變得無(wú)人問(wèn)津。該裝置把冷傳到熱所依據(jù)的能量轉(zhuǎn)移原理仍然很難理解。然而，對(duì)于這個(gè)基本物理現(xiàn)象有一場(chǎng)辯論，盡管大多數(shù)研究者認(rèn)為該設(shè)備是基于互動(dòng)動(dòng)蕩，可是由壓縮和剪切的工作過(guò)程，卻表現(xiàn)出浦大衛(wèi)的戴斯勒和[3]分析。 最近，研究分為兩類(lèi)。 第一 類(lèi)稱(chēng)為外部研究關(guān)注與該管的性能。它是發(fā)現(xiàn) Gulyaev [4]，該比例最低的長(zhǎng)度管的直徑是13。其他的研究建議40比50為最佳運(yùn)作。至于隔膜，最適尺寸是2:3的比例膜片直徑管的直徑。 渦流管由三個(gè)重要部分組成，空氣進(jìn)入到旋渦發(fā)電機(jī)（這增加了空氣的速度）的中間部分，冷軋管，熱管，如圖1所示。 通常熱管是約350毫米長(zhǎng)，并在底部有一個(gè)錐形閥控制流出的熱空氣量。 渦流發(fā)生器的右側(cè)是冷軋管出口。渦流發(fā)生器和冷軋管之間有個(gè)中心帶有可以很容易改變大小的孔的隔膜，。帶有可大可小孔的隔膜還可以增加或減少在寒冷的出口所得的溫度?？紤]到上述渦管，壓縮空氣以聲波速度供應(yīng)到圓形管，并產(chǎn)生一個(gè)每分鐘1萬(wàn)轉(zhuǎn)氣旋（渦流）?？諝馐潜黄茸孕M(jìn)入中心，在那里它然后沿著熱管當(dāng)前最不抵抗氣流的道路逃離。 旋轉(zhuǎn)的空氣，因?yàn)樗^續(xù)沿管前行，直到它達(dá)到了錐形閥的地方變成了旋轉(zhuǎn)的空氣柱（渦部分內(nèi)部本身）。較慢的內(nèi)空氣柱的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的空氣放棄了它的熱量，讓其更快的旋轉(zhuǎn)到空氣柱外。 寒冷的空氣撞倒正奉命出的渦流發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)空氣并且冷端的熱空氣耗盡流出的渦流管的另一端。調(diào)整錐形閥將內(nèi)置悶熱的空氣排出可以改變這兩個(gè)溫度，空氣流低至-55 ° C的由圖所示。 渦流理論 目前沒(méi)有人能確切地解釋為什么渦管會(huì)如此運(yùn)作：這個(gè)過(guò)程本身正如萊溫和Bejan [6]所述的那么簡(jiǎn)單。切向進(jìn)氣噴嘴對(duì)渦流發(fā)生器，因此可以提供一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流旋渦。后來(lái)，有一徑向溫度梯度由管芯到管外壁增加。這是主要是因?yàn)榭諝獾膲嚎s勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，由于附近空氣中的外切向力矩進(jìn)口形成的強(qiáng)迫渦。因此，高速旋轉(zhuǎn)內(nèi)流管，遠(yuǎn)離墻壁產(chǎn)生。渦旋內(nèi)的熱管現(xiàn)有的空氣，通常與大氣溫度相等，當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣流的渦管流進(jìn)它就擴(kuò)大了，但其溫度下降到比環(huán)境溫度低。兩氣溫的區(qū)別將導(dǎo)致溫度梯度沿管生產(chǎn)比周?chē)諝獾暮诵母涞目諝?。因此，中央空氣分子將失去熱將到達(dá)外部區(qū)域，如圖所示3。 值得注意的是，該系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)由于對(duì)管內(nèi)氣流的性質(zhì)，因此將無(wú)法達(dá)到平衡。因此，周邊的空氣有較高的動(dòng)能（溫度超過(guò)內(nèi)空氣（冷））。 一個(gè)主要的壓力梯度由于在徑向方向被迫渦將提供一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)的向心力，因此這將導(dǎo)致高壓的在管壁上，并低壓在中心處。當(dāng)空氣進(jìn)入到周邊地區(qū)（A），隨著它的膨脹，由于它的擴(kuò)張外部空氣得以冷卻。因此，內(nèi)核的空氣（B）會(huì)得到溫暖，因?yàn)樗怯蓧嚎s周邊膨脹的空氣。然后轉(zhuǎn)熱從內(nèi)核（B）到外核心（A）。由于內(nèi)部空氣被壓縮，自然會(huì)嘗試推著向周邊膨脹。因此，處理外核的空氣，然后加熱，由于膨脹和壓力的不同，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)工作要做周?chē)目諝獾玫讲煌Y(jié)果收縮的空氣。因此，熱量轉(zhuǎn)移徑向向外圖所示4。當(dāng)空氣繼續(xù)沿管旋進(jìn)產(chǎn)生的更多的分離能量將發(fā)生軸向?qū)α?，而使空氣向熱端移?dòng)。在這個(gè)進(jìn)程中，將熱量從核心轉(zhuǎn)的空氣移到外部空氣。 隨著氣流到達(dá)最熱時(shí)，一小部分的空氣將通過(guò)位于熱端的錐形閥門(mén)排出，依靠臨近中心的不良?jí)毫μ荻?，剩下的空氣將在冷端旋轉(zhuǎn)，如圖所示5。 其余部分的溫暖的空氣保持垂直流動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向要么是沿管道順時(shí)針要么是逆時(shí)針。 此外，這種氣流 在管內(nèi)核心的空氣產(chǎn)生的氣流的壓力也較低。如果兩空氣流的角速度保持，這意味著任何兩個(gè)取自圖 4的粒子：示意圖陣地周邊和內(nèi)部核心空氣 圖5：在渦管氣流模式圖無(wú)論是空氣流將采取同樣的時(shí)間才能完成圍繞管周長(zhǎng)一次循環(huán)。從角動(dòng)量守恒原理，它似乎是在內(nèi)核分子角速度將增加，見(jiàn)EQ： 公式表明，在內(nèi)部的核心中，RA的值（徑向距離測(cè)量中心在管中特別關(guān)注分子）很小，應(yīng)該有一個(gè)相應(yīng)的增加分子的角速度，以便讓總的角動(dòng)量守恒系統(tǒng)。此假設(shè)是微不足道，在管道內(nèi)兩任何空氣分子的質(zhì)量差異。然而，某一角速度在內(nèi)部核心分子保持不變。這也就是說(shuō)，在渦流管內(nèi)的核心，角動(dòng)量實(shí)際上已經(jīng)失去了。由于熱量轉(zhuǎn)移到外的核心，對(duì)內(nèi)核的角動(dòng)量不保留或有更具體的跌幅，這將導(dǎo)致核心能量從內(nèi)到外轉(zhuǎn)移。 內(nèi)核的熱能損失事外核心范圍內(nèi)的空氣分子升溫。因此，外核變熱和內(nèi)核變涼。 當(dāng)達(dá)到熱極限，通過(guò)熱錐形閥和管壁（熱插座）之間的小開(kāi)口將周?chē)目諝庖莩?。不過(guò)，中央的空氣較冷，是由錐形閥軸偏轉(zhuǎn)，并繼續(xù)對(duì)從熱端流向冷管。只有最里面的空氣分子通過(guò)隔膜和從收集冷空氣的出口溢出。因此，空氣分子被分為冷流和熱流通過(guò)渦流管的冷熱兩端。 該圖 6很好的繪出了渦流管。重要的是要注意，特別是在熱端管發(fā)生分離。該錐形主軸（錐形閥），的目的是將一個(gè)寒冷的空氣逆流到管軸向地區(qū)。該隔膜（孔另一方面）是用來(lái)?yè)踔車(chē)目諝?，使中央流?huì)通過(guò)冷端溢出。渦管部件的缺少可能會(huì)造成這種錯(cuò)誤的假設(shè)，這種現(xiàn)象是違反熱力學(xué)規(guī)律的。 事實(shí)上，如果沒(méi)有在室溫下做任何工作，空氣流可以分為兩個(gè)不同的蒸汽，這一冷一熱劃分工作，似乎違背了熱力學(xué)第二定律。不過(guò)，關(guān)鍵是要提的是，盡管有這個(gè)誤導(dǎo)的觀念，可是物理保持不變。雖然，該渦管物理學(xué)是復(fù)雜的，但作為熱力學(xué)的基本原理研究，可以幫助加深對(duì)渦流管內(nèi)發(fā)生了什么進(jìn)行更深入的了解。 熱力學(xué)第一定律是關(guān)于節(jié)約能源。根據(jù)這項(xiàng)規(guī)律，在系統(tǒng)之間的反應(yīng)，它的環(huán)境，能源可以使從周?chē)邮盏皆撓到y(tǒng)與從系統(tǒng)中傳給周?chē)哪芰恐迪嗟?。這種能量可以由兩個(gè)不同狀態(tài)顯現(xiàn)：熱和功。因此，對(duì)于每一個(gè)具體的控制體積熱力學(xué)系統(tǒng)：圖7：一渦管控制體積示意圖 制冷實(shí)際情況對(duì)于確定該冷卻裝置的性能系數(shù)是如此的重要。 因此，確定性能系數(shù)的旋渦管和比較與傳統(tǒng)制冷性能系數(shù)在使用它來(lái)確定它的效率，似乎合乎邏輯。渦流管可以用作制冷設(shè)備在寒冷的管壁是用來(lái)降低溫度或作為加熱裝置，當(dāng)熱管墻是用來(lái)增加外殼溫度。應(yīng)該指出的是，對(duì)面是什么通常在熱力學(xué)看，在這種情況下渦管是一個(gè)開(kāi)放的控制儲(chǔ)存裝置。如果系統(tǒng)認(rèn)為是穩(wěn)定的狀態(tài)，然后從第一定律熱力學(xué)： 其中，DH_是系統(tǒng)焓的變化和平行的演算法之間的系統(tǒng)及其周?chē)h(huán)境的熱量交換。 讓我們假定平行的演算法近似為零，即使冷軋管上可能有霜凍，熱管是很溫暖。如果是這種情況則： 在那里，_Hc是冷流焓變化和_HH是熱焓變流。假設(shè)為理想氣體，總焓變的空氣可以寫(xiě)為： 其中，mc，在冷管的質(zhì)量流量，氫是熱管的質(zhì)量流量，Tc是冷空氣的溫度，Ti是進(jìn)風(fēng)溫度，Th是熱空氣的溫度和Cp為空氣比熱在不斷的壓力和承擔(dān)可逆的絕熱過(guò)程。通過(guò)應(yīng)用熱力學(xué)第二定律上述： 其中，_S是總熵變，q是傳熱和T為絕對(duì)溫度。 在實(shí)際的穩(wěn)態(tài)控制體積熵的變化是：熵變化的實(shí)際控制數(shù)量， 穩(wěn)定狀態(tài)是： 其中，_Sc和_Sh是從入口到出口的熵變的部分進(jìn)入寒冷的空氣管留下了，一部分是進(jìn)入熱管。 對(duì)于理想氣體（空氣）比熱，熵變化可以 在那里我的下標(biāo)，C和H分別進(jìn)流，冷流和熱流，R是理想氣體（空氣）保持不變。 自冷（或熱外觀）的影響時(shí)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件將嘗試管壁考慮為冰箱（或競(jìng)爭(zhēng)此設(shè)備熱泵），估計(jì)其系數(shù)性能（COP）是有效的。圍繞冷卻效果可以通過(guò)放置一個(gè)寒冷的管外殼，性能系數(shù)，可計(jì)算方法是： 冷流通過(guò)冷管壁像熱（換熱器）由一些喜歡在一冷箱源（冰箱）和W在本案中是工作壓縮完成從大氣壓力和空氣溫度對(duì)管的入口條件。 其中，T2是壓縮機(jī)出口溫度和T1是壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度（可逆的，多方過(guò)程;空氣量：N = 1.4）。如果我們考慮一個(gè)完整的系統(tǒng)，P1和T1的是大氣壓力和溫度， P2和T2的是壓縮機(jī)出口條件， 空氣被壓縮后，它在保持在高壓狀態(tài)，在當(dāng)時(shí)它冷卻大氣溫度，使音速?lài)娮斓娜肟跍囟萒1，相當(dāng)于T1的溫度： 方程（23）可從T2的計(jì)算式。 （24）這是一個(gè)理想的工作值，它比所需的驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際工作較少于壓縮機(jī)。通過(guò)考慮上述方程和使用的EQ（21），對(duì)渦流管性能系數(shù)可以決定的。 實(shí)驗(yàn)分析渦管設(shè)計(jì)為了幫助比較的渦管數(shù)參數(shù)是非常有用的使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為冷這是可以對(duì)比以上的渦管范圍測(cè)試。此參數(shù)是簡(jiǎn)單的空氣質(zhì)量流量比率在管冷端進(jìn)口處的壓縮空氣的平均流速，。重要的是要注意氣團(tuán)在管熱端流率各不相同，從它的最高值（即等于質(zhì)量流量的壓縮空氣）到最低值（這是等于零），并顯示在橫向軸的圖表。在冷端質(zhì)量流量等于質(zhì)量差的進(jìn)氣流量和質(zhì)量流量率的冷端。因此，通過(guò)改變質(zhì)量在熱端流率，有效地控制你在制冷結(jié)束時(shí)，其最低流量的大規(guī)模最大的價(jià)值。 其中： mc =空氣質(zhì)量在冷端流率 mh=空氣質(zhì)量流率在熱端 mh=壓縮空氣的質(zhì)量流率在進(jìn) 寒冷空氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為輸入壓縮空氣通過(guò)冷端釋放管的百分比。一般來(lái)說(shuō)，稍稍寒冷的空氣被釋放后，就會(huì)變得更寒冷。調(diào)節(jié)控制閥旋鈕將改變不同寒冷度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。將給予質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的寒冷更大的氣流，但并沒(méi)有給盡可能低的溫度。高質(zhì)量分?jǐn)?shù)寒氣流與冷溫度組合，產(chǎn)生最大低溫冷藏能力。另一方面低質(zhì)量分?jǐn)?shù)氣流是指一股出來(lái)時(shí)體積較小且非常冷的空氣?？傊?，較少的空氣被釋放，空氣變得更冷。在最冷的那頭，速度對(duì)溫度下降的影響很有效，因?yàn)槿绻a(chǎn)生最低氣溫的速度是已知的，那么，壓縮空氣的壓力和冷噴嘴直徑可以達(dá)到最優(yōu)化。噴嘴直徑的減少也將迫使空氣向熱端流動(dòng)，并會(huì)導(dǎo)致對(duì)渦管效率的提高有一定影響。 估計(jì)的性能系數(shù)可以用來(lái)給出了該冷卻系統(tǒng)的制冷性能，這是一個(gè)能夠確定渦流管的性能。 這對(duì)渦流管性能系數(shù)計(jì)算用到公式（21），并發(fā)現(xiàn)了1.38的價(jià)值。與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)通常約為3.5的值相比，1.38這個(gè)值較低。即使這表明，渦流管是不是空調(diào)系統(tǒng)的理想器件，它仍然合適現(xiàn)場(chǎng)冷卻。對(duì)渦流管顯示設(shè)計(jì)的測(cè)試，寒冷氣流的溫度下降的寒冷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由、是渦流管的一個(gè)功能，如式（27）所示。從這些實(shí)驗(yàn)情況表明，噴嘴使之產(chǎn)生一個(gè)最大降溫如圖?9所示。這已是最小光圈噴嘴直徑（直徑3毫米之間的發(fā)電機(jī)和冷渦管）?？梢詮倪@些測(cè)試得出結(jié)論，冷渦發(fā)生器出口直徑越小，溫度下降越大。 檢查（圖8 - 11B條）顯示的趨勢(shì)，最低氣溫伴隨低的寒質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生。不幸的是，該流量計(jì)沒(méi)有測(cè)量接近零的寒冷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的能力。因此，它無(wú)法找到確切的最低氣溫出現(xiàn)時(shí)的寒冷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。雖然，從圖就可以假設(shè)這個(gè)值將介于0和0.1。在冷空氣出口產(chǎn)生最大的溫降，同時(shí)在熱空氣出口產(chǎn)生最大的溫升，這個(gè)結(jié)果顯示在用噴嘴 1時(shí)寒冷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.6和0.7之間，如圖8所示。 此圖形9顯示了不同噴嘴直徑圖的趨勢(shì)，從0都開(kāi)始增加至最高點(diǎn)，然后有一個(gè)溫度下降趨勢(shì)。這種方式是可以預(yù)見(jiàn)的，因?yàn)樗且阎?，寒冷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，一內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流有很高的比例加入在出口外流動(dòng)的熱空氣，因此，熱氣流的溫度下降。由于錐形閥逐漸打開(kāi)，一場(chǎng)更高的比例熱空氣逃脫出口，而其余部分則返回混入渦旋空氣中通過(guò)冷端回來(lái)。這讓熱氣流溫度增加至其最高點(diǎn)以及生成最冷空氣。繼續(xù)打開(kāi)超出其最佳位置錐形閥可以通過(guò)額外的空氣逸出，使熱空氣出口溫度降低。 該熱管的長(zhǎng)度對(duì)能源上的渦管分離有重要的影響，可以由（圖10A條，二）證明。例如，通過(guò)增加熱管長(zhǎng)度，溫度下降的快。這是由于空氣內(nèi)流有更多的時(shí)間將能量轉(zhuǎn)移到外部氣流。但是，對(duì)大于對(duì)360毫米的渦流管進(jìn)行測(cè)試顯示：一旦超出了熱管的最佳長(zhǎng)度，溫度下降速度開(kāi)始下跌。這種溫度的下降減少所造成的能量，使得外熱流量開(kāi)始讓內(nèi)流升溫，當(dāng)內(nèi)流時(shí)到達(dá)錐形閥，它返回到更冷的溫度冷端。 從圖中可以得出結(jié)論說(shuō)，所有的長(zhǎng)度，最高溫度可以通過(guò)增加0.4和0.7之間的寒冷質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)試。 另外一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)渦流管影響較大的是壓力，因?yàn)樗荆▓D11A條，乙），這表明一般通過(guò)增加更大的壓力，您會(huì)獲得一個(gè)溫度下降。薩迪和亞茲迪[7]從他們的研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)增加管長(zhǎng)，溫差增大，對(duì)能源的損失減少了。 斯蒂芬[7]在他的實(shí)驗(yàn)得到那些類(lèi)似的趨勢(shì)，在米= 0.8米= 0.95間得到最高溫升。為此渦管的最高值被發(fā)現(xiàn)是在m= 0.5和m = 0.7間，如圖11 b所示：作者與斯蒂芬的渦管比較這些寒冷分?jǐn)?shù)的測(cè)試，存在幾何上的不同。 風(fēng)冷金屬切削 在刀尖嵌入的熱電偶的位置圖12上顯示，最接近被測(cè)量工具接口由13個(gè)頻道（Ch13熱電偶）。圖13顯示了渦管，產(chǎn)生的冷空氣正在走上工具界面直接在金屬切削試驗(yàn)。這一過(guò)程的空氣冷卻性能可以進(jìn)行評(píng)估，確定了此加工條件對(duì)刀具壽命等的影響。如圖14所示的在測(cè)量工具提示之前加工與記錄-5℃的溫度熱電偶2，如通道熱電偶（Ch13）和（Ch15）表示 當(dāng)空氣渦流出口已達(dá)到-30℃左右，加工開(kāi)始。正如在刀尖溫度升高的現(xiàn)象[9]，該工具上升到了60攝氏度的溫度穩(wěn)定狀態(tài)，如圖15所示。 在最后一點(diǎn)溫度下降時(shí)，表示已停止進(jìn)料，沒(méi)有更多的鐵削正在生成。這使冷卻空氣流過(guò)該工具時(shí)提供一個(gè)從減少工具的溫度，加快工具更快的散熱，如圖16所示。 在切削實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中渦流管的霜凝可以清楚地看到確認(rèn)，渦流管是提供極冷的空氣。 空氣冷卻對(duì)刀具壽命的影響 據(jù)了解，所有的磨損機(jī)制都會(huì)減少高溫下刀具壽命[10]。 在寒冷的空氣中，應(yīng)用工具顯示會(huì)避免長(zhǎng)時(shí)間在尖端的溫度下使用工具能夠讓刀具有一個(gè)較長(zhǎng)的壽命[11]?？諝饫鋮s系統(tǒng)的效率可以顯示，磨損為干切一1分鐘，7分鐘的加工風(fēng)冷削減之間的比較。圖第17A - D顯示的后刀面磨損下一個(gè)具有63光學(xué)顯微鏡的放大倍率設(shè)定時(shí)間。 后刀面磨損的發(fā)展證明需要更長(zhǎng)的時(shí)間，發(fā)展空氣冷卻時(shí)，應(yīng)用到切削區(qū)，如圖17d所示。 經(jīng)過(guò)七年的干式加工分鐘前刀面的月牙洼磨損開(kāi)始發(fā)展，在0.5毫米的側(cè)面，如圖18a所示。干式加工將進(jìn)一步加快這一磨損率。在這個(gè)階段，刀具半徑?jīng)]有顯示出磨損跡象和頂部側(cè)面邊緣沒(méi)有明顯的缺口?？諝饫鋮s工具顯示在頂部前刀面和后刀面磨損沒(méi)有明顯的跡象是刀具磨損也大大減少。在干燥和空氣的冷卻表示，該芯片產(chǎn)生的熱量多，正在切削區(qū)慢慢消退。圖19顯示了在干燥和空氣冷卻刀尖試驗(yàn)產(chǎn)生的鐵屑。左側(cè)是干燥刀尖試驗(yàn)和右側(cè)是空氣冷卻產(chǎn)生的鐵屑。 總結(jié) 先前的研究，如劉等人。[12]證明，壓縮空氣沒(méi)有像油水乳液或水蒸汽達(dá)到工具的界面，使之良好散熱。然而，結(jié)果得到利用壓縮空氣與渦管結(jié)合表明，這種冷卻工具接口方法是有效的，與傳統(tǒng)的冷卻方法相比,格外好。在圖20中可以看出，此種方法的溫度記錄是60℃，比傳統(tǒng)的濕加工降低40℃，比干加工低了210℃。這些溫度距工具界面1毫米開(kāi)始測(cè)量，所以其在這個(gè)位置產(chǎn)生的溫度記錄要比工具表面的低一些。但是，必須假定該工具界面以及工具的測(cè)點(diǎn)的溫度將減少。因?yàn)槲覀冎?，刀具壽命和磨損機(jī)制之間的關(guān)系將由切削溫度升高顯示出來(lái)，所以是檢測(cè)空氣冷卻效率的最便捷的方法就是通過(guò)檢測(cè)刀具壽命。該工具的使用在顯微鏡的尖端檢測(cè)證實(shí)，該工具被空氣冷卻時(shí)磨損減少，具有更長(zhǎng)的刀具壽命。渦管空氣冷卻系統(tǒng)證明能夠使刀尖有效散熱，，證明空氣冷卻是一個(gè)冷卻刀具尖端的有效方法。因此，干加工進(jìn)行金屬切削時(shí)，空氣冷卻的首選方法應(yīng)納入，因?yàn)樗鼪](méi)有相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，并延長(zhǎng)了刀具壽命。