CN104786095B - 一种高速切削刀具的散热装置及其散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速切削刀具的散热装置，包括刀具本体，刀具本体内设置有冷却腔室，刀具本体的外侧设置有喷雾装置，所述冷却腔室内设置有第一冷却管和第二冷却管，冷却腔室顶部设置有蒸发腔体，第一冷却管的部分管***于蒸发腔体内，蒸发腔体上设置有若干个通孔，第一冷却管朝向第二冷却管的方向上设置有第一金属弹片，第一金属弹片的顶部连接有金属内套，第二冷却管背向第一冷却管的方向上设置有第二金属弹片，第二金属弹片的顶部连接有金属外套，金属外套上设置有通槽，金属外套的顶部与金属内套的顶部滑动插接在一起。本发明还公开了一种散热方法。本发明能够改进现有技术的不足，有效改善了大深度切削时的散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及机床加工技术领域，尤其是一种高速切削刀具的散热装置及其散热方法。
背景技术
在机床加工过程中，由于刀具和加工件的高速摩擦，会产生大量的热量，为了保持刀具的良好切削能力以及加工件的切削质量，需要对摩擦生热进行散热处理。其中，中国发明专利CN 102501132 B公开了一种喷雾散热装置，是现有技术中较为先进的一种散热装置。但是，在大深度的切削加工时，冷却切削液不易进入内部的切削工作，使得这种喷雾散热装置的散热效果变差，而现有技术的刀具内部冷却装置又无法提供足够的散热传导效率，使得这一技术问题一直困扰着机床加工企业。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高速切削刀具的散热装置及其散热方法，能够解决现有技术的不足，有效改善了大深度切削时的散热效果。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种高速切削刀具的散热装置，包括刀具本体，刀具本体内设置有冷却腔室，刀具本体的外侧设置有喷雾装置，所述冷却腔室内设置有第一冷却管和第二冷却管，第一冷却管与第二冷却管平行设置，第一冷却管位于第二冷却管的外侧，冷却腔室内充有导热油，冷却腔室顶部设置有蒸发腔体，第一冷却管的部分管***于蒸发腔体内，蒸发腔体上设置有若干个通孔，喷雾装置的喷射方向朝向蒸发腔体，第一冷却管朝向第二冷却管的方向上设置有第一金属弹片，第一金属弹片的顶部连接有金属内套，第二冷却管背向第一冷却管的方向上设置有第二金属弹片，第二金属弹片的顶部连接有金属外套，金属外套上设置有通槽，金属外套通过通槽插接在第二冷却管的外侧，金属外套的顶部与金属内套的顶部滑动插接在一起，通孔的底部设置在刀具本体的侧壁上，通孔的下方连接有导流槽，第一冷却管与第二冷却管上分别设置有一个变频循环泵。
作为优选，所述第一冷却管与第二冷却管的内径之比为1:3，第一冷却管和第二冷却管之间的距离与第一冷却管的外径相等，第一冷却管和第二冷却管的壁厚为0.1mm～0.15mm，蒸发腔体的壁厚为0.8mm～1mm，通孔的内径为0.25mm～0.35mm。
作为优选，所述通孔内设置有U形弯，U形弯的上方为直线部，U形弯的下方为曲线部。
作为优选，所述喷雾装置包括进液管，进液管连接有外套管，外套管内部设置有内套管，内套管的外侧壁设置有若干个进液孔与外套管相连通，内套管内设置有雾化机构，内套管的出口位于外套管外侧。
作为优选，所述雾化机构包括若干个螺杆，螺杆轴接于内套管内，相邻两个螺杆之间设置有一排弹性金属片，弹性金属片之间保留有空隙，相邻的螺杆和弹性金属片之间过盈配合，同一排弹性金属片两侧的螺杆的旋转方向相反。
作为优选，所述第一金属弹片的膨胀系数大于第二金属弹片的膨胀系数。
作为优选，所述螺杆的外侧均匀设置有若干个拨片，弹性金属片上设置有斜孔，弹性金属片的表面设置有锯齿层，斜孔与锯齿层的夹角为90°，拨片与锯齿层相接触。
一种用于上述的高速切削刀具的散热装置的散热方法，包括以下步骤：
A、在第一冷却管和第二冷却管内分别充有第一冷却液和第二冷却液，并通过变频循环泵在第一冷却管和第二冷却管内进行循环，同时喷雾装置使用切削液对蒸发腔体进行喷射；
B、第一冷却管内的第一冷却液流量随着切削位置的温度的变化而变化，第二冷却管内的第二冷却液流量随着导热油温度的变化而变化，喷雾装置的喷射量随着第一冷却液的温度变化而变化；
C、切削结束后，停止第一冷却液的循环，并同时保持第二冷却液循环和切削液的正常喷射，经过延时后全部停止。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明解决了现有技术中喷雾冷却无法深入切削工作面的问题，通过切削液在蒸发腔体内产生的蒸发，使得切削液可以更多的进入切削工作面，同时利用切削液的蒸发，可以使得第一冷却管内的平均温度降低，从而提高刀具内部冷却循环的热传导效率。在第一冷却管和第二冷却管之间设置的金属内套和金属外套可以有效地进行热量传导，从而降低了冷却液流量控制的滞后性。喷雾装置可以实现液态与雾态的结合喷射，并利用切削液的高速流动所带来的负压带动雾态切削液的喷出。相比起普通的超声波雾化装置或者雾化喷头，本发明提供的喷雾装置可以提供较大流量的切削液喷射剂量，雾化水平适中，适合与蒸发腔体相配合从而达到良好的喷射蒸发效果。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中冷却腔室的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中通孔的结构图
图4是本发明一个具体实施方式中导流槽的结构图。
图5是本发明一个具体实施方式中弹性金属片的结构图。
图中：1、刀具本体；2、冷却腔室；3、喷雾装置；4、第一冷却管；5、第二冷却管；6、蒸发腔体；7、通孔；8、第一金属弹片；9、金属内套；10、第二金属弹片；11、金属外套；12、通槽；13、导流槽；14、调整杆；15、U形弯；16、直线部；17、曲线部；18、进液管；19、外套管；20、内套管；21、进液孔；22、螺杆；23、弹性金属片；24、拨片；25、锯齿层；26、斜孔；27、折流板；28、狭缝；29、挡板。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1-5，本发明一个具体实施方式包括刀具本体1，刀具本体1内设置有冷却腔室2，刀具本体1的外侧设置有喷雾装置3，所述冷却腔室2内设置有第一冷却管4和第二冷却管5，第一冷却管4与第二冷却管5平行设置，第一冷却管4位于第二冷却管5的外侧，冷却腔室2内充有导热油，冷却腔室2顶部设置有蒸发腔体6，第一冷却管4的部分管***于蒸发腔体6内，蒸发腔体6上设置有若干个通孔7，喷雾装置3的喷射方向朝向蒸发腔体6，第一冷却管4朝向第二冷却管5的方向上设置有第一金属弹片8，第一金属弹片8的顶部连接有金属内套9，第二冷却管5背向第一冷却管4的方向上设置有第二金属弹片10，第二金属弹片10的顶部连接有金属外套11，金属外套11上设置有通槽12，金属外套11通过通槽12插接在第二冷却管5的外侧，金属外套11的顶部与金属内套9的顶部滑动插接在一起，通孔7的底部设置在刀具本体1的侧壁上，通孔7的下方连接有导流槽13，第一冷却管4与第二冷却管5上分别设置有一个变频循环泵（图中未示出）。第一冷却管4的内径为2.5mm，第二冷却管5的内径为7.5mm，第一冷却管4和第二冷却管5之间的距离与第一冷却管4的外径相等，第一冷却管4的壁厚为0.12mm，第二冷却管5的壁厚为0.15mm，蒸发腔体6的壁厚为0.8mm，通孔7的内径为0.3mm。通孔7内设置有U形弯15，U形弯15的上方为直线部16，U形弯15的下方为曲线部17。喷雾装置3包括进液管18，进液管18连接有外套管19，外套管19内部设置有内套管20，内套管20的外侧壁设置有若干个进液孔21与外套管19相连通，内套管20内设置有雾化机构，内套管20的出口位于外套管19外侧。雾化机构包括若干个螺杆22，螺杆22轴接于内套管20内，相邻两个螺杆22之间设置有一排弹性金属片23，弹性金属片23之间保留有空隙，相邻的螺杆22和弹性金属片23之间过盈配合，同一排弹性金属片23两侧的螺杆22的旋转方向相反。螺杆22的外侧均匀设置有若干个拨片24，弹性金属片23上设置有斜孔26，弹性金属片23的表面设置有锯齿层25，斜孔26与锯齿层25的夹角为90°，拨片24与锯齿层25相接触。第一金属弹片8的膨胀系数为71.5，第二金属弹片10的膨胀系数为43.2。导流槽13内设置有若干个折流板27，折流板27与导流槽13的底部之间设置有狭缝28。
用于上述高速切削刀具的散热装置的散热方法，包括以下步骤：
A、在第一冷却管4和第二冷却管5内分别充有第一冷却液和第二冷却液，并通过变频循环泵在第一冷却管4和第二冷却管5内进行循环，同时喷雾装置3使用切削液对蒸发腔体6进行喷射，喷射角度为25°；
B、第一冷却管4内的第一冷却液流量随着切削位置的温度的变化而变化，其变化规律为：Q1=k1*T1 2，Q1为第一冷却液流量，T1为切削位置温度，k1为第一比例系数；
第二冷却管5内的第二冷却液流量随着导热油温度的变化而变化，其变化规律为：Q2=k2*（dT2/dt）*T2,Q2为第二冷却液流量，T2为导热油温度，k2为第二比例系数；
喷雾装置的喷射量随着第一冷却液的温度变化而变化，其变化规律为：Q3=k3*T3 2+k4*T3，Q3为喷雾装置喷射量，T3为第一冷却液的温度，k3和k4分别为第三比例系数和第四比例系数；
C、切削结束后，停止第一冷却液的循环，并同时保持第二冷却液循环和切削液的正常喷射，经过延时后全部停止，延时条件为第一冷却液、第二冷却液、导热油的温度均降至40℃以下，且延时时间大于等于10min。
其中，第一冷却液包括25wt%的乙醇、2.5wt%的丙二醇甲醚、3wt%的二苯基乙酸甲酯、2wt%的柠檬酸钠，余量为去离子水；第二冷却液包括15wt%的乙醇、5wt%的丙二醇甲醚、0.75wt%的二乙醇苯醚、3.5wt%的2-氯乙基磺酸钠，余量为去离子水。
进液孔21上方设置有挡板29，挡板29通过调整杆14进行上下位置的调节。通过挡板29位置的变化，可以改变雾化机构的雾化量。当第一冷却液的温度升高时，降低挡板29的位置，降低雾化机构的雾化量，当第二冷却液的温度升高时，升高挡板29的位置，提高雾化机构的雾化量，如果两种冷却的温度全部上升时，直接提高切削液的流量。
本发明尤其适用于大深度长时间的切削工况，可以有效地保护切削刀具和加工件。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种高速切削刀具的散热装置，包括刀具本体（1），刀具本体（1）内设置有冷却腔室（2），刀具本体（1）的外侧设置有喷雾装置（3），其特征在于：所述冷却腔室（2）内设置有第一冷却管（4）和第二冷却管（5），第一冷却管（4）与第二冷却管（5）平行设置，第一冷却管（4）位于第二冷却管（5）的外侧，冷却腔室（2）内充有导热油，冷却腔室（2）顶部设置有蒸发腔体（6），第一冷却管（4）的部分管***于蒸发腔体（6）内，蒸发腔体（6）上设置有若干个通孔（7），喷雾装置（3）的喷射方向朝向蒸发腔体（6），第一冷却管（4）朝向第二冷却管（5）的方向上设置有第一金属弹片（8），第一金属弹片（8）的顶部连接有金属内套（9），第二冷却管（5）背向第一冷却管（4）的方向上设置有第二金属弹片（10），第二金属弹片（10）的顶部连接有金属外套（11），金属外套（11）上设置有通槽（12），金属外套（11）通过通槽（12）插接在第二冷却管（5）的外侧，金属外套（11）的顶部与金属内套（9）的顶部滑动插接在一起，通孔（7）的底部设置在刀具本体（1）的侧壁上，通孔（7）的下方连接有导流槽（13），第一冷却管（4）与第二冷却管（5）上分别设置有一个变频循环泵。
2.根据权利要求1所述的高速切削刀具的散热装置，其特征在于：所述第一冷却管（4）与第二冷却管（5）的内径之比为1:3，第一冷却管（4）和第二冷却管（5）之间的距离与第一冷却管（4）的外径相等，第一冷却管（4）和第二冷却管（5）的壁厚为0.1mm～0.15mm，蒸发腔体（6）的壁厚为0.8mm～1mm，通孔（7）的内径为0.25mm～0.35mm。
3.根据权利要求1所述的高速切削刀具的散热装置，其特征在于：所述通孔（7）内设置有U形弯（15），U形弯（15）的上方为直线部（16），U形弯（15）的下方为曲线部（17）。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的高速切削刀具的散热装置，其特征在于：所述喷雾装置（3）包括进液管（18），进液管（18）连接有外套管（19），外套管（19）内部设置有内套管（20），内套管（20）的外侧壁设置有若干个进液孔（21）与外套管（19）相连通，内套管（20）内设置有雾化机构，内套管（20）的出口位于外套管（19）外侧。
5.根据权利要求4所述的高速切削刀具的散热装置，其特征在于：所述雾化机构包括若干个螺杆（22），螺杆（22）轴接于内套管（20）内，相邻两个螺杆（22）之间设置有一排弹性金属片（23），弹性金属片（23）之间保留有空隙，相邻的螺杆（22）和弹性金属片（23）之间过盈配合，同一排弹性金属片（23）两侧的螺杆（22）的旋转方向相反。
6.根据权利要求1所述的高速切削刀具的散热装置，其特征在于：所述第一金属弹片（8）的膨胀系数大于第二金属弹片（10）的膨胀系数。
7.一种用于上述权利要求1所述的高速切削刀具的散热装置的散热方法，其特征在于包括以下步骤：
A、在第一冷却管（4）和第二冷却管（5）内分别充有第一冷却液和第二冷却液，并通过变频循环泵在第一冷却管（4）和第二冷却管（5）内进行循环，同时喷雾装置（3）使用切削液对蒸发腔体（6）进行喷射；
B、第一冷却管（4）内的第一冷却液流量随着切削位置的温度的变化而变化，第二冷却管（5）内的第二冷却液流量随着导热油温度的变化而变化，喷雾装置（3）的喷射量随着第一冷却液的温度变化而变化；
C、切削结束后，停止第一冷却液的循环，并同时保持第二冷却液循环和切削液的正常喷射，经过延时后全部停止。
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