基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種對(duì)環(huán)境友好的、在銑削，尤其是高速銑削，加工條件下，能顯著提高端銑刀耐用度的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，包括一新型端銑刀，所述新型端銑刀包括：熱管、端銑刀柄、端銑刀體、端銑刀頭，所述端銑刀體一端為端銑刀頭、另一端為端銑刀柄，熱管以平行于端銑刀體軸線的方向，從端銑刀柄植入端銑刀體，并接近端銑刀頭上的主切削刃部位，所述熱管內(nèi)填充有吸液芯。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(shù)降低端銑刀切削溫度比切削液環(huán)保，且對(duì)操作人員無(wú)人身傷害，另外，本發(fā)明采用的熱管市面價(jià)格相對(duì)切削液便宜，能減少企業(yè)產(chǎn)品的制造成本。
【專利說(shuō)明】基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域，具體為一種基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械加工行業(yè)，切削熱一直是人們普遍關(guān)心的問題，也是企業(yè)亟待解決的技術(shù)關(guān)鍵。切削加工產(chǎn)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(guò)高的切削溫度將加快刀具發(fā)生磨損，如擴(kuò)散磨損，粘結(jié)磨損和化學(xué)磨損，進(jìn)而降低了刀具耐用度，促使刀具提前發(fā)生失效。
[0003]銑削加工屬于斷續(xù)切削。在銑削過(guò)程中，由于切削層的總面積不斷發(fā)生變化，因而銑削力波動(dòng)較大。當(dāng)銑削時(shí)，尤其在高速銑削狀態(tài)，常引發(fā)較高的切削溫度，切削刃部位較大的溫度梯度，進(jìn)而會(huì)促使端銑刀發(fā)生磨損，加速切削刃部位裂紋的滋生速度。在較大波動(dòng)的銑削力作用下，這些裂紋會(huì)加速擴(kuò)展，因而極大地削弱了端銑刀切削刃部位的剛度和強(qiáng)度，致使端銑刀提前失效。因此快速、有效地傳出切削熱對(duì)保證端銑刀耐用度，獲得零部件必要的加工精度非常重要。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外通常采用切削液來(lái)降低端銑刀的切削溫度，但對(duì)銑削過(guò)程來(lái)說(shuō)，切削液，尤其是水溶性切削液，會(huì)增大端銑刀切削刃部位的溫度梯度，滋生更多的微裂紋，對(duì)端銑刀壽命極為不利；更為重要的是，切削液含有毒性化學(xué)物質(zhì)，能污染環(huán)境，對(duì)操作人員有害，而且會(huì)增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，如美國(guó)制造業(yè)用于購(gòu)置、處理切削液的費(fèi)用占整個(gè)產(chǎn)品制造總費(fèi)用的36%。為此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一種新的降低切削溫度的方法，即利用熱管技術(shù)，借助熱管高效相變傳熱特點(diǎn)來(lái)降低刀具切削區(qū)的溫度，發(fā)表的文獻(xiàn)主要包括:((International Journal of Advanced Manufacturing Technology〉〉的 Investigation ofdry machining with embedded heat pipe cooling by finite element analysis andexperiments 和 An Investigation of a Heat Pipe Cooling System for Use Turningon a Lathe;南京航空航天大學(xué)碩士論文《環(huán)形熱管砂輪設(shè)計(jì)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(jìn)行熱量傳輸，而無(wú)需外加動(dòng)力的組件，其主要特點(diǎn)是:傳熱效率極高、對(duì)環(huán)境友好、價(jià)格便宜、安全、可靠。目前熱管技術(shù)在車削、磨削領(lǐng)域有一定程度的應(yīng)用，但在端銑削加工領(lǐng)域，迄今為止，尚未見任何專利出現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，以解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，包括一新型端銑刀，所述新型端銑刀包括:熱管、端銑刀柄、端銑刀體、端銑刀頭，所述端銑刀體一端為端銑刀頭、另一端為端銑刀柄，熱管以平行于端銑刀體軸線的方向，從端銑刀柄植入端銑刀體，并接近端銑刀頭上的主切削刃部位，所述熱管內(nèi)填充有吸液芯，所述熱管冷凝段與端銑刀柄共平面；端銑刀主切削刃部位產(chǎn)生的切削熱量，在熱管壁和熱管內(nèi)部浸滿工質(zhì)的吸液芯的熱傳導(dǎo)作用下，進(jìn)入到熱管的蒸發(fā)段，使得蒸發(fā)段部位的工質(zhì)溫度升高，熱管管內(nèi)空間處于負(fù)壓狀態(tài)；隨著吸收熱量增多，蒸發(fā)段部位吸液芯內(nèi)的工質(zhì)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(jié)成液體；該液體工質(zhì)在熱管內(nèi)部貼壁金屬網(wǎng)絲毛細(xì)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(fù)循環(huán)，連續(xù)不斷地將切削熱量從端銑刀主切削刃區(qū)域傳入熱管蒸發(fā)段，傳向冷凝段，實(shí)現(xiàn)了降低端銑刀切削溫度，并減小切削刃部位溫度梯度。
[0007]進(jìn)一步地，所述新型端銑刀為014-050的錐柄端銑刀，材料為硬質(zhì)合金。
[0008]進(jìn)一步地，所述熱管為碳鋼-水熱管。
[0009]進(jìn)一步地，所述熱管冷凝段的外端，與端銑刀的柄部等平面。
[0010]進(jìn)一步地，所述新型端銑刀內(nèi)裝入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，所述新型端銑刀內(nèi)植入熱管的孔的孔壁與熱管管壁之間設(shè)有接觸熱阻，接觸熱阻的材料為固態(tài)錫。
[0012]進(jìn)一步地，所述新型端銑刀均勻緩慢加熱到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。
[0013]優(yōu)選地，所述熱管內(nèi)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(jìn)給量Sz = 0.05?0.15mm/z,統(tǒng)削深度t = 3?7mm,使用時(shí)銑床主軸轉(zhuǎn)速η = 4000?6000rpm。
[0015]本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):
[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(shù)降低端銑刀切削溫度比切削液環(huán)保，且對(duì)操作人員無(wú)人身傷害。
[0018]3、本發(fā)明采用的熱管市面價(jià)格相對(duì)切削液便宜，能減少企業(yè)產(chǎn)品的制造成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1a為本發(fā)明的一具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖1b為本發(fā)明的一具體實(shí)施例立體示意圖
[0021]圖1c為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例1中的不使用切削液和熱管時(shí)，端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖。
[0023]圖2b為本發(fā)明實(shí)施例1中的使用切削液時(shí)，端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖。
[0024]圖2c為本發(fā)明實(shí)施例1中的使用熱管時(shí)，端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖。
[0025]圖3a為本發(fā)明實(shí)施例2中的不使用切削液和熱管時(shí)，端銑刀在加工完1490個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖。
[0026]圖3b為本發(fā)明實(shí)施例2中的使用切削液時(shí)，端銑刀在加工完1751個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖。[0027]圖3c為本發(fā)明實(shí)施例2中的使用熱管時(shí)，端銑刀在加工完2000個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)果示意圖。
[0029]圖中1、熱管；2、端銑刀體；3、端銑刀柄；4、端銑刀頭；5、主切削刃部位；11、蒸發(fā)段；13、冷凝段；15、接觸熱阻。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0031]如圖1a-圖1c所示，基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，包括一新型端銑刀，所述新型端銑刀包括:熱管1、端銑刀柄、端銑刀體2、端銑刀頭4，所述端銑刀體2 —端為端銑刀頭4、另一端為端銑刀柄3，熱管I以平行于端銑刀體2軸線的方向，從端銑刀柄3植入端銑刀體2，并接近端銑刀頭4上的主切削刃部位5，所述熱管I內(nèi)填充有吸液芯，所述熱管I冷凝段13與端銑刀柄3共平面；端銑刀主切削刃部位5產(chǎn)生的切削熱量，在熱管I壁和熱管I內(nèi)部浸滿工質(zhì)的吸液芯的熱傳導(dǎo)作用下，進(jìn)入到熱管I的蒸發(fā)段11，使得蒸發(fā)段11部位的工質(zhì)溫度升高，熱管I管內(nèi)空間處于負(fù)壓狀態(tài)；隨著吸收熱量增多，蒸發(fā)段11部位吸液芯內(nèi)的工質(zhì)發(fā)生汽化，在微小壓差作用下流向熱管I的冷凝段13，并向外界釋放出熱量且凝結(jié)成液體；該液體工質(zhì)在熱管I內(nèi)部貼壁金屬網(wǎng)絲毛細(xì)抽吸力的作用下返回到蒸發(fā)段11，并再次受熱汽化；如此反復(fù)循環(huán)，連續(xù)不斷地將切削熱量從端銑刀主切削刃區(qū)域傳入熱管I蒸發(fā)段11，傳向冷凝段13，實(shí)現(xiàn)了降低端銑刀切削溫度，并減小切削刃部位溫度梯度。
[0032]進(jìn)一步地，所述新型端銑刀為014- 050的錐柄端銑刀，材料為硬質(zhì)合金。
[0033]進(jìn)一步地，所述熱管I為碳鋼-水熱管I。
[0034]進(jìn)一步地，所述熱管I冷凝段13的外端，與端銑刀的柄部等平面。
[0035]進(jìn)一步地，所述新型端銑刀內(nèi)裝入熱管I的孔的直徑比使用的熱管I直徑大
1.0mm0
[0036]優(yōu)選地，所述新型端銑刀內(nèi)植入熱管I的孔的孔壁與熱管I管壁之間設(shè)有接觸熱阻15，接觸熱阻15的材料為固態(tài)錫。
[0037]進(jìn)一步地，所述新型端銑刀需要均勻緩慢加熱到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I之間。
[0038]優(yōu)選地，所述熱管I內(nèi)部使用的吸液芯材料為碳鋼。
[0039]優(yōu)選地,所述端統(tǒng)刀頭4每齒進(jìn)給量Sz = 0.1mm / z,統(tǒng)削深度t = 5mm,使用時(shí)統(tǒng)床主軸轉(zhuǎn)速n = 5000rpmo
[0040]實(shí)施例1
[0041]如圖2a-圖2c所示，不同使用條件下端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖，其中:實(shí)驗(yàn)測(cè)量使用的端統(tǒng)刀規(guī)格是014mm，側(cè)吃刀量a。取14mm。
[0042]圖2a表示:不使用切削液和熱管I時(shí)，端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖；圖2b表示:使用切削液時(shí)，端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖；圖2c表示:使用熱管I時(shí)，端銑刀切削刃加工溫度隨時(shí)間變化示意圖。[0043]測(cè)量結(jié)果表明:在相同的加工條件下，使用熱管I的端銑刀切削溫度比使用切削液的切削溫度低。
[0044]由于本發(fā)明使用的三面刃端銑刀具有幾何結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，因而每個(gè)切削刃受載，切削溫度變化狀況相同；同時(shí)，在實(shí)際加工過(guò)程中，端銑刀主切削刃外刀尖比內(nèi)刀尖溫度高，易磨損，因此，圖2a-圖2c表示的是該端銑刀某一切削刃外刀尖的加工溫度隨時(shí)間變化示意圖。
[0045]另外，本實(shí)驗(yàn)采用的切削液是制造業(yè)常用的切削油液。
[0046]實(shí)施例2
[0047]如圖3a_圖3c所示，不同使用條件下端銑刀在加工完若干個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖，其中:實(shí)驗(yàn)測(cè)量使用的端銑刀規(guī)格是028mm，側(cè)吃刀量a。取28mm ;圖3a表示:不使用切削液和熱管I時(shí)，端銑刀在加工完1490個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖；圖3b表示:使用切削液時(shí)，端銑刀在加工完1751個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖；圖3c表示:使用熱管I時(shí)，端銑刀在加工完2000個(gè)溝槽后，測(cè)量的主切削刃外刀尖的磨損狀況示意圖。
[0048]測(cè)量結(jié)果表明:在相同的加工條件下，使用熱管I的端銑刀后刀面磨損狀況比使用切削液的端銑刀后刀面磨損狀況要輕。
[0049]另外，本實(shí)驗(yàn)采用的切削液是制造業(yè)常用的切削油液。
[0050]實(shí)施例3
[0051]如圖4所示，不同使用條件下端銑刀使用壽命示意圖，其中:實(shí)驗(yàn)測(cè)量使用的端銑刀規(guī)格是050mm，側(cè)吃刀量a。取50mm ；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(biāo)1、2分別表示不同冷卻條件下，端銑刀的數(shù)目。
[0052]測(cè)量結(jié)果表明:在相同的加工條件下，使用熱管I的端銑刀的壽命比使用切削液的端銑刀的壽命要長(zhǎng)。
[0053]另外，本實(shí)驗(yàn)采用的切削液是制造業(yè)常用的切削油液。
[0054]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(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)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(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，包括一新型端銑刀，其特征在于:所述新型端纟先刀包括:熱管、端f先刀柄、端f先刀體、端統(tǒng)刀頭，所述端f先刀體一端為端f先刀頭、另一端為端銑刀柄，熱管以平行于端銑刀體軸線的方向，從端銑刀柄植入端銑刀體，并接近端銑刀頭上的主切削刃部位，所述熱管內(nèi)填充有吸液芯，所述熱管冷凝段與端銑刀柄共平面；端銑刀主切削刃部位產(chǎn)生的切削熱量，在熱管壁和熱管內(nèi)部浸滿工質(zhì)的吸液芯的熱傳導(dǎo)作用下，進(jìn)入到熱管的蒸發(fā)段，使得蒸發(fā)段部位的工質(zhì)溫度升高，熱管管內(nèi)空間處于負(fù)壓狀態(tài)；隨著吸收熱量增多，蒸發(fā)段部位吸液芯內(nèi)的工質(zhì)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(jié)成液體；該液體工質(zhì)在熱管內(nèi)部貼壁金屬網(wǎng)絲毛細(xì)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(fù)循環(huán)，連續(xù)不斷地將切削熱量從端銑刀主切削刃區(qū)域傳入熱管蒸發(fā)段，傳向冷凝段，實(shí)現(xiàn)了降低端銑刀切削溫度，并減小切削刃部位溫度梯度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述新型端銑刀為014-050的錐柄端銑刀，材料為硬質(zhì)合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述熱管為碳鋼-水熱管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述熱管冷凝段的外端，與端銑刀的柄部等平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述新型端銑刀內(nèi)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(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述新型端銑刀內(nèi)植入熱管的孔的孔壁與熱管管壁之間設(shè)有接觸熱阻，接觸熱阻的材料為固態(tài)錫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述新型端銑刀均勻緩慢加熱到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(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述熱管內(nèi)部使用的吸液芯材料為碳鋼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱管相變的提高端銑刀使用壽命的方法，其特征在于:所述端統(tǒng)刀頭每齒進(jìn)給量Sz = 0.05?0.15mm/z,統(tǒng)削深度t = 3?7mm,使用時(shí)統(tǒng)床主軸轉(zhuǎn)速 n=4000 ?6000rpm。
【文檔編號(hào)】B23C5/06GK103537950SQ201310472837
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】朱林, 尹成龍, 任天健, 程曦, 彭雙雙, 方梁菲 申請(qǐng)人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)