基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種對環(huán)境友好的、在鉆削，尤其是高速鉆削，加工條件下，能顯著提高標準直柄麻花鉆耐用度的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，本方法引入熱管理論及技術，利用熱管相變傳熱特性，不采用切削液，借助熱管快速降低麻花鉆主刀刃、橫刃部位的切削溫度，以減緩麻花鉆上述區(qū)域磨損程度，達到提高麻花鉆使用壽命的目的。本發(fā)明采用熱管相變傳熱方法比切削液具有較高的傳熱效率，且采用熱管技術比切削液環(huán)保，對操作人員無人身傷害，另外，本發(fā)明采用的熱管市面價格相對切削液便宜，能減少企業(yè)產品的制造成本。
【專利說明】基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械加工領域，具體為一種基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法。
【背景技術】
[0002]在機械加工行業(yè)，切削熱一直是人們普遍關心的問題，也是企業(yè)亟待解決的技術關鍵。切削加工產生很多切削熱，大量的切削熱傳入刀具，致使刀具切削部位溫度升高。過高的切削溫度將加快刀具發(fā)生磨損，如擴散磨損，粘結磨損和化學磨損，進而降低了刀具耐用度，使刀具提前發(fā)生失效。
[0003]鉆削加工屬于半封閉式加工，切削時，麻花鉆既做主運動，又做進給運動，因而產生的切削熱多且不易散發(fā)。這樣，大量的切削熱積聚在麻花鉆的切削部位一橫刃、主切削刃區(qū)域，進而加快了切削部位的磨損失效，因此快速、有效地傳出切削熱對保證麻花鉆耐用度，獲得零部件必要的加工精度非常重要。
[0004]目前國內外常用切削液來降低麻花鉆的切削溫度，但對鉆削加工來說，切削液會致使切屑流入工件內，如孔的內表面，造成工件制造精度降低；更為重要的是，切削液含有毒性化學物質，能污染環(huán)境，對操作人員有害，而且會增加企業(yè)的生產成本，如美國制造業(yè)用于購置、處理切削液的費用占整個產品制造總費用的36%。為此，近年來國內外學者提出了一種新的降低切削溫度的方法，即利用熱管技術，借助熱管高效相變傳熱特點來降低刀具切削區(qū)的溫度，發(fā)表的文獻主要包括:《International Journal of AdvancedManufacturing Technology))的 Investigation of dry machining with embedded heatpipe cooling by finite element analysis and experiments和 An Investigation ofa Heat Pipe Cooling System for Use Turning on a Lathe ;南京航空航天大學碩士論文《環(huán)形熱管砂輪設計及其傳熱性能分析》和《熱管式金剛石磨頭的研制》。熱管是一種一端靠近熱源，另一端靠近溫度較低區(qū)域，以較小的溫度梯度進行熱量傳輸，而無需外加動力的組件，其主要特點是:傳熱效率極高、對環(huán)境友好、價格便宜、安全、可靠。目前熱管技術在車肖IJ、磨削領域有一定程度的應用，但在鉆削加工領域，迄今為止，尚未見任何專利出現(xiàn)。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術問題在于提供基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，以解決上述【背景技術】中的問題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現(xiàn):基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，包括麻花鉆，所述麻花鉆包括:熱管、麻花鉆體、麻花鉆柄部、麻花鉆主刀刃、橫刃，所述麻花鉆體包括:麻花鉆切削部分、麻花鉆導向部分和麻花鉆柄部，其中麻花鉆切削部分包括麻花鉆橫刃、主切削刃和副切削刃，所述麻花鉆體一端為麻花鉆柄部、另一端為麻花鉆切削部分，熱管以平行于麻花鉆體軸線的方向，從麻花鉆柄部植入麻花鉆內，并接近麻花鉆主刀刃、橫刃區(qū)域，所述熱管內填充有吸液芯，所述熱管冷凝段與端銑刀柄共平面；所述熱管植入麻花鉆內，熱管的蒸發(fā)段接近麻花鉆主切削刃和橫刃區(qū)域，冷凝段接近麻花鉆柄部；麻花鉆主切削刃和橫刃區(qū)域產生的切削熱量，在熱管壁和熱管內部浸滿工質的吸液芯的熱傳導作用下，進入到熱管的蒸發(fā)段，使得蒸發(fā)段部位的工質溫度升高，熱管管內空間處于負壓狀態(tài)；隨著吸收熱量增多，蒸發(fā)段部位吸液芯內的工質發(fā)生汽化，在微小壓差作用下流向熱管的冷凝段，并向外界釋放出熱量且凝結成液體；該液體工質在熱管內部貼壁金屬網絲毛細抽吸力的作用下返回到蒸發(fā)段，并再次受熱汽化；如此反復循環(huán)，連續(xù)不斷地將切削熱量從麻花鉆的主切削刃和橫刃區(qū)域傳入熱管蒸發(fā)段，傳向冷凝段，降低麻花鉆切削溫度。
[0007]進一步地，所述麻花鉆為直徑為3、3.5、6、10、20mm的標準直柄麻花鉆，材料為高速鋼。
[0008]進一步地，所述熱管為碳鋼-水熱管。
[0009]進一步地，所述冷凝段的外端與麻花鉆的柄部等平面。
[0010]進一步地，所述麻花鉆內裝有熱管的孔的直徑等于使用的熱管直徑加0.6?
1.2mm。
[0011]優(yōu)選地，所述麻花鉆內植入熱管的孔的孔壁與熱管管壁之間設有接觸熱阻，接觸熱阻的材料為固態(tài)錫。
[0012]進一步地，所述麻花鉆均勻緩慢加熱到316°C，以保證液態(tài)錫材料能分布均勻在新型麻花鉆和熱管之間。
[0013]優(yōu)選地，所述熱管內部使用的吸液芯材料為碳鋼。
[0014]優(yōu)選地，所述端統(tǒng)刀頭每齒進給量Sz = 0.12?0.13mm/z,使用時統(tǒng)床主軸轉速η=400 ?600rpmo
[0015]本發(fā)明對比已有技術具有以下顯著優(yōu)點:
[0016]1、熱管相變傳熱方法比切削液具有較高的傳熱效率。
[0017]2、采用熱管技術降低麻花鉆切削溫度比切削液環(huán)保，且對操作人員無人身傷害。
[0018]3、本發(fā)明采用的熱管市面價格相對切削液便宜，能減少企業(yè)產品的制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1a為本發(fā)明的一具體實施例結構示意圖。
[0020]圖1b為本發(fā)明的一具體實施例麻花鉆頭示意圖
[0021]圖2為本發(fā)明的原理結構示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明實施例1中不同使用條件下麻花鉆后刀面的磨損狀況示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明實施例2中不同使用條件下麻花鉆使用壽命示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明實施例3中不同使用條件下麻花鉆加工溫度隨時間變化示意圖。
[0025]圖中1、熱管；2、麻花鉆體；3、麻花鉆柄部；4、麻花鉆主刀刃；5、橫刃；6、蒸發(fā)段；
7、接觸熱阻；8、冷凝段。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達成目的與功效易于明白了解，下面進一步闡述本發(fā)明。[0027]如圖la、圖lb、圖2所不，基于熱管相變的提聞麻花鉆使用壽命的方法,包括麻花鉆，所述麻花鉆包括:熱管1、麻花鉆體2、麻花鉆柄部3、麻花鉆主刀刃4、橫刃5，所述麻花鉆體2 —端為麻花鉆柄部3、另一端為麻花鉆主刀刃4、橫刃5，熱管I以平行于麻花鉆體2軸線的方向，從麻花鉆柄部3植入麻花鉆內，并接近麻花鉆主刀刃4、橫刃5，所述熱管I內填充有吸液芯，所述熱管I冷凝段8與端銑刀柄共平面；所述熱管I植入麻花鉆內，熱管I的蒸發(fā)段6接近麻花鉆主切削刃和橫刃5區(qū)域，冷凝段8接近麻花鉆柄部3 ;麻花鉆主切削刃和橫刃5區(qū)域產生的切削熱量,在熱管I壁和熱管I內部浸滿工質的吸液芯的熱傳導作用下，進入到熱管I的蒸發(fā)段6，使得蒸發(fā)段6部位的工質溫度升高，熱管I管內空間處于負壓狀態(tài)；隨著吸收熱量增多，蒸發(fā)段6部位吸液芯內的工質發(fā)生汽化，在微小壓差作用下流向熱管I的冷凝段8，并向外界釋放出熱量且凝結成液體；該液體工質在熱管I內部貼壁金屬網絲毛細抽吸力的作用下返回到蒸發(fā)段6，并再次受熱汽化；如此反復循環(huán)，連續(xù)不斷地將切削熱量從麻花鉆的主切削刃和橫刃5區(qū)域傳入熱管I蒸發(fā)段6，傳向冷凝段8，降低麻花鉆切削溫度。
[0028]進一步地,所述麻花鉆為直徑為3mm的標準直柄麻花鉆,材料為高速鋼。
[0029]進一步地，所述熱管I為碳鋼-水熱管I。
[0030]進一步地，所述冷凝段8的外端與麻花鉆的柄部等平面。
[0031]進一步地，所述麻花鉆內裝入熱管I的孔的直徑等于使用的熱管I直徑加1.0_。
[0032]優(yōu)選地，所述麻花鉆內植入熱管I的孔的孔壁與熱管I管壁之間設有接觸熱阻7，接觸熱阻7的材料為固態(tài)錫。
[0033]進一步地，所述麻花鉆緩慢加熱到316°C，以保證液態(tài)錫材料能分布均勻在新型端銑刀和熱管I之間。
[0034]優(yōu)選地，所述熱管I內部使用的吸液芯材料為碳鋼。
[0035]優(yōu)選地，所述端統(tǒng)刀頭每齒進給量Sz = 0.127mm/r,使用時統(tǒng)床主軸轉速η =500rpmo
[0036]首先，沿著麻花鉆軸線的方向加工出一定長度的中心孔，中心孔的直徑比嵌入此麻花鉆內的熱管I的直徑略大，且中心孔的前端離麻花鉆鉆頭有適當?shù)木嚯x；其次，清洗帶有中心孔的麻花鉆，并在中心孔內注入少許的固態(tài)錫材料；然后，均勻加熱麻花鉆至適當溫度，待錫材料溶化成液態(tài)后，將預先選定好的碳鋼-水熱管I插入中心孔內；接著，對熱管I進行封裝并焊接其柄部加固，檢驗其密封性；垂直上下串動帶有熱管I的麻花鉆，進一步判斷植入熱管I性能的有效性；最后，對帶有熱管I的麻花鉆鉆頭部位，再進行均勻加熱至適當溫度，以獲得熱管I與麻花鉆間較小的熱阻。
[0037]實施例1
[0038]如圖3所示，不同使用條件下麻花鉆后刀面的磨損狀況示意圖，其中:實驗測量使用的麻花鉆直徑為3_ ；CF-Block(l-3)分別表示:使用切削液時，本發(fā)明麻花鉆后刀面的磨損狀況示意圖；HF-BloCk(l-3)分別表示:使用熱管I時，本發(fā)明麻花鉆后刀面的磨損狀況示意圖；Bl0ck(l-3)表示:實驗測量使用的3塊工件。
[0039]測量結果表明:在相同的加工條件下，使用熱管I的麻花鉆后刀面磨損狀況比使用切削液的麻花鉆后刀面磨損狀況要輕。
[0040]另外，本實驗采用的切削液是制造業(yè)常用的切削油液。[0041]實施例2
[0042]如圖4所不,不同使用條件下麻花鉆使用壽命不意圖,其中:實驗測量使用的麻花鉆直徑為IOmm ;SD表示:不使用切削液和熱管I的情形；CF表示:使用切削液的情形；HF表示:使用熱管I的情形。
[0043]測量結果表明:在相同的加工條件下，使用熱管I冷卻的麻花鉆的壽命比使用切削液的麻花鉆的壽命要長。
[0044]另外，本實驗采用的切削液是制造業(yè)常用的切削油液。
[0045]實施例3
[0046]如圖5所示，不同使用條件下麻花鉆加工溫度隨時間變化示意圖，其中:實驗測量使用的麻花鉆直徑為20mm ;SD表示:不使用切削液和熱管I的情形；CF表示:使用切削液的情形；HF表示:使用熱管I的情形；下標1、2分別表示不同冷卻條件下，麻花鉆的數(shù)目。
[0047]測量結果表明:在相同加工條件下，使用熱管I冷卻時的麻花鉆切削部位溫度比使用切削液時的麻花鉆切削部位溫度低。
[0048]另外，本實驗采用的切削液是制造業(yè)常用的切削油液。
[0049]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明的要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種基于熱管相變的提聞麻花鉆使用壽命的方法，包括麻花鉆，其特征在于:所述麻花鉆包括:熱管、麻花鉆體，所述麻花鉆體包括:麻花鉆切削部分、麻花鉆導向部分和麻花鉆柄部，其中麻花鉆切削部分包括麻花鉆橫刃、主切削刃和副切削刃，所述麻花鉆體一端為麻花鉆柄部、另一端為麻花鉆切削部分，熱管以平行于麻花鉆體軸線的方向，從麻花鉆柄部植入麻花鉆內，并接近麻花鉆主刀刃、橫刃區(qū)域，所述熱管內填充有吸液芯，所述熱管冷凝段與端銑刀柄共平面；所述熱管植入麻花鉆內，熱管的蒸發(fā)段接近麻花鉆主切削刃和橫刃區(qū)域，冷凝段接近麻花鉆柄部；麻花鉆主切削刃和橫刃區(qū)域產生的切削熱量，在熱管壁和熱管內部浸滿工質的吸液芯的熱傳導作用下，進入到熱管的蒸發(fā)段，使得蒸發(fā)段部位的工質溫度升高，熱管管內空間處于負壓狀態(tài)；隨著吸收熱量增多，蒸發(fā)段部位吸液芯內的工質發(fā)生汽化，在微小壓差作用下流向熱管的冷凝段，并向外界釋放出熱量且凝結成液體；該液體工質在熱管內部貼壁金屬網絲毛細抽吸力的作用下返回到蒸發(fā)段，并再次受熱汽化；如此反復循環(huán)，連續(xù)不斷地將切削熱量從麻花鉆的主切削刃和橫刃區(qū)域傳入熱管蒸發(fā)段，傳向冷凝段，降低麻花鉆切削溫度。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述麻花鉆為直徑為3、3.5、6、10、20mm的標準直柄麻花鉆，材料為高速鋼。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述熱管為碳鋼-水熱管。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述冷凝段的外端與麻花鉆的柄部等平面。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述麻花鉆內裝入熱管的孔的直徑等于使用的熱管直徑加0.6?1.2mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述麻花鉆內植入熱管的孔的孔壁與熱管管壁之間設有接觸熱阻，接觸熱阻的材料為固態(tài)錫。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述麻花鉆均勻緩慢加熱到316°C，以保證液態(tài)錫材料能分布均勻在新型端銑刀和熱管之間。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述熱管內部使用的吸液芯材料為碳鋼。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于熱管相變的提高麻花鉆使用壽命的方法，其特征在于:所述端統(tǒng)刀頭每齒進給量Sz = 0.12?0.13mm/z,使用時統(tǒng)床主軸轉速η = 400?600rpm。
【文檔編號】B23B51/02GK103537737SQ201310472819
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權日:2013年9月25日
【發(fā)明者】朱林, 尹成龍, 任天健, 彭雙雙, 程曦, 方梁菲 申請人:安徽農業(yè)大學