CN103707124A - 温度可控低温冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种温度可控低温冷却装置。该装置包括用于夹持被加工材料的夹具、与所述夹具连接的传热构件以及与所述传热构件连接的液氮容器；所述液氮容器中的液氮汽化吸热冷却所述传热构件，所述传热构件通过热传导冷却所述夹具夹持的被加工材料。本发明利用液氮汽化吸收大量的热量，通过导热性能良好传热构件对夹具夹持的被加工材料进行冷却，并带走铣削加工时产生的热量；冷却效果显著，最低可达液氮温度，很好的解决了一些室温条件下难加工的材料的铣削问题。

Description

温度可控低温冷却装置
技术领域
本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种温度可控低温冷却装置。
背景技术
在机械加工过程中，由于材料种类繁多，对某些特殊的难加工材料，常温的铣削加工方法存在着一定的局限性，不能胜任其加工要求。如：金属铌具有常温延展性，不需中间热处理就可达到大变形，而在铣削加工时会产生大量的热量，使得加工时容易出现粘刀现象，粘结在刀具上的铌屑随着刀具一同旋转，严重的影响了工件表面的质量；金属钛的化学活性大，在高的切削温度下，容易吸收空气中的氧元素和氮元素形成硬而脆的外皮，同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化，冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且会加剧刀具磨损，这是钛合金切削时的一个重大缺陷。
目前市面上的铣削加工设备大多使用切削液或风冷技术对工件进行冷却，其冷却介质的温度仅在-50℃到常温之间，实际冷却效果难以满足加工需求。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种温度可控低温冷却装置，用于对室温条件下难加工的材料达到更好的冷却效果。
（二）技术方案
本发明技术方案如下：
一种温度可控低温冷却装置，包括用于夹持被加工材料的夹具、与所述夹具连接的传热构件以及与所述传热构件连接的液氮容器；所述液氮容器中的液氮汽化吸热冷却所述传热构件，所述传热构件通过热传导冷却所述夹具夹持的被加工材料。
优选的，所述液氮容器沿所述传热构件的长度方向可运动，以调节所述传热构件与所述液氮的接触面积。
优选的，所述传热构件包括与所述夹具连接的导热线以及套在所述导热线外用于保持所述导热线温度的保温管。
优选的，所述导热线为铜辫，所述保温管为杜瓦管。
优选的，所述温度可控低温冷却装置还包括与所述夹具连接的加热单元，用于加热所述被加工材料，与所述传热构件配合稳定控制所述被加工材料的温度。
优选的，所述温度可控低温冷却装置还包括分别与所述液氮容器、加热单元以及被加工材料连接的控制模块，所述控制模块用于控制所述液氮容器相对于传热构件的位移以及加热单元的制热功率。
优选的，所述控制模块包括控制单元以及与其连接的采集单元，所述采集单元实时监测所述被加工材料的温度并将监测结果发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述监测结果控制所述液氮容器相对于传热构件的位移以及加热单元的制热功率。
优选的，所述温度可控低温冷却装置还包括设置于所述夹具外用于控制加工环境中水蒸气含量的挡板。
（三）有益效果
本发明利用液氮汽化吸收大量的热量，通过导热性能良好传热构件对夹具夹持的被加工材料进行冷却，并带走铣削加工时产生的热量；冷却效果显著，最低可达液氮温度，很好的解决了一些室温条件下难加工的材料的铣削问题。
附图说明
图1是本发明一种温度可控低温冷却装置的示意图。
图中，1：铣床；2：被加工材料；3：温度传感器；4：夹具；5：电热丝；6：挡板；7：工作台；8：杜瓦管；9：铜辫；10：液氮容器；11：导轨；12：电机；13：液氮容器平台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对发明的具体实施方式做进一步描述。
如图1所示的一种温度可控低温冷却装置，包括夹具4、与夹具4连接的传热构件以及与传热构件连接的液氮容器10；夹具4优选为导热性能好的材料，例如铜制夹具，规格可以根据实际夹装需求选择，主要用于夹持被加工材料2的同时能够良好导热；液氮容器10中的液氮用于在汽化时吸收大量的热，从而冷却传热构件，传热构件通过热传导冷却夹具4夹持的被加工材料2，同时带走了铣削加工时产生的热量，很好的解决了一些室温条件下难加工的材料如：铌、钛等的铣削问题。
其中，液氮容器10可以相对于传热构件运动，不仅改变待加工材料与液氮液面的距离，而且也调节传热构件与液氮的接触面积，距离越小，接触面积越大，冷却效果越显著；接触面积越小，冷却效果越不显著。本实施例中的液氮容器设置在液氮容器平台13上，液氮容器平台13可在电机12的驱动下在导轨11上相对传热构件上下运动，从而控制传热构件与液氮的接触面积。
其中，传热构件包括与夹具4连接的导热线以及套在所述导热线外的保温管；导热线为导热性能良好的材料，如铜辫9，保温管用于隔绝空气，保持所述导热线温度，保温管优选为杜瓦管8，杜瓦管8为夹层镀银并抽成真空的双层玻璃管，具有良好的保温效果。
进一步的，温度可控低温冷却装置还包括与夹具4连接的加热单元，加热单元可以是电热丝5，用于对被加工材料2的加热，并与传热构件配合稳定控制被加工材料2的温度，在冷却温度过低时提供热量。
进一步的，温度可控低温冷却装置还包括分别与液氮容器10、加热单元以及被加工材料2连接的控制模块，控制模块用于控制液氮容器10相对于传热构件的位移以及加热单元的制热功率。
其中，控制模块包括控制单元以及与其连接的采集单元。采集单元实时监测被加工材料2的温度并将监测结果发送给控制单元，采集单元优选为温度传感器3或者热电偶；控制单元根据监测结果控制液氮容器10相对于传热构件的位移以及加热单元的制热功率，从而稳定控制整体的冷却温度。
进一步的，温度可控低温冷却装置还包括设置于夹具4外的挡板6，挡板6用于隔挡空气，避免水蒸气凝结成霜影响对被加工材料的加工。
实际操作中，将夹具4固定在铣削设备如铣床1的工作台7上，并由夹具4夹紧被加工材料2；液氮容器平台13固定在工作台7下方，仅竖直方向可以运动，液氮容器平台13上放置液氮容器10；铜辫9一头放入液氮容器10中，一头与夹具4相连接，铜辫9中间部分的外部套设杜瓦管8隔绝常温空气；通过安装在夹具4上邻近被加工材料2的温度传感器3，得到实时温度数据；将实际测量与预先设定的两个温度值输入控制单元，根据两个温度值之间的温度差，得到电热丝5的制热功率以及铜辫9与液氮的接触面积两个控制量，由控制单元自动控制电热丝5的加热电压和液氮容器10相对于铜辫9的位移，实现最终对材料加工时的温度的稳定控制。
本发明相比现有技术有如下优点：
1、可以控制待加工材料温度，高温可达100摄氏度，最低可达液氦温度；
2、可以以附件的形式集成在现有的普通铣削设备上，成本低廉；
3、结构简单、装卸方便，可以根据加工需求更换所集成的设备。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (8)

1.一种温度可控低温冷却装置，其特征在于：包括用于夹持被加工材料的夹具、与所述夹具连接的传热构件以及与所述传热构件连接的液氮容器；所述液氮容器中的液氮汽化吸热冷却所述传热构件，所述传热构件通过热传导冷却所述夹具夹持的被加工材料。
2.根据权利要求1所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述液氮容器沿所述传热构件的长度方向可运动，以调节所述传热构件与所述液氮的接触面积。
3.根据权利要求1所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述传热构件包括与所述夹具连接的导热线以及套在所述导热线外用于保持所述导热线温度的保温管。
4.根据权利要求3所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述导热线为铜辫，所述保温管为杜瓦管。
5.根据权利要求2所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述温度可控低温冷却装置还包括与所述夹具连接的加热单元，用于加热所述被加工材料，与所述传热构件配合稳定控制所述被加工材料的温度。
6.根据权利要求5所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述温度可控低温冷却装置还包括分别与所述液氮容器、加热单元以及被加工材料连接的控制模块，所述控制模块用于控制所述液氮容器相对于传热构件的位移以及加热单元的制热功率。
7.根据权利要求6所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述控制模块包括控制单元以及与其连接的采集单元，所述采集单元实时监测所述被加工材料的温度并将监测结果发送给所述控制单元，所述控制单元根据所述监测结果控制所述液氮容器相对于传热构件的位移以及加热单元的制热功率。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的温度可控低温冷却装置，其特征在于：所述温度可控低温冷却装置还包括设置于所述夹具外用于控制加工环境中水蒸气含量的挡板。
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