CN102039441A - 一种机械加工辅助冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械加工辅助冷却装置，包括散热板，所述散热板的一侧为平面散热面，另一侧为支撑面，所述散热板上设有冷却液回路，所述冷却液回路的入口通过软管与机床冷却系统的输出口相连接，冷却液回路的出口通过软管与机床冷却系统的回流口相连接，散热板的支撑面上设有弹性支撑元件。本发明的辅助冷却装置设置在工件的底面，冷却液在封闭的管道内循环，既避免了冷却液浪费，又提高了工件的冷却效果，并且可与现有的机床冷却系统兼容，制造及使用成本低。

Description

一种机械加工辅助冷却装置

 

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种用于铣削加工的冷却系统。

 

背景技术

在机械加工领域，人们通常是通过冷却液对刀具和工件进行冷却，从而有利于延长刀具的使用寿命，并可提高刀具的切削速度和生产效率，有利于改善工件的表面加工质量，因而常用的铣削类机床如普通铣床和数控铣床都附带用相应的冷却系统，冷却系统通常包括一个冷却液储存箱以及输送冷却液的泵，冷却液储存箱中的冷却液通过管道被泵送到刀头和工件的切削处，从而实现刀具和工件的冷却。例如，一种在中国专利文献上公开的“高效放电铣削加工的高效冷却及排出蚀除物方法”，公开号为CN1597216A，其冷却方法如下：首先将整个工件浸泡在冷却液中，其次在电极的内部和外侧分别设置冷却液通道，将冷却液喷射到工件的加工部位，从而实现对电极和工件的冷却。然而此类冷却方式存在如下缺陷：

1. 冷却液的价格较高，在加工过程中，大量的冷却液会被蒸发掉，或者被切屑带走，从而造成浪费，尤其在一些大型板件的粗加工时，其切削量很大，会产生很多切屑，因此需要消耗大量的冷却液，提高了加工成本。

2. 冷却效果不理想，在高速铣削时，工件会在短时间内产生大量的热量，虽然冷却液会带走工件加工表面的大部分热量，但工件内部的热量不能有效散发，从而使工件的温度上升，进而影响工件的加工精度。

3. 在对模具的模板一类大型板件进行铣削加工时，由于模板的尺寸较大，当其外型尺寸超过机床的工作台面时，冷却液难以回收，尤其当加工凹槽或型腔时，冷却液会存留在凹槽和型腔内，高速旋转的刀具连带切屑会使存留的冷却液四处飞溅，进而影响操作人员观察工件的加工状况。

为了减少冷却液的使用，降低加工成本，人们通常在工件的粗加工阶段采用干切削方式，此举虽然可节省大量的冷却液，但同时存在刀具损耗大，切削速度慢、生产效率低的问题。为此，有人将现有的冷却方式改为冷却液的雾化冷却，即通过压缩气体使冷却液雾化，雾化的冷却液在接触刀具和工件时受热蒸发，从而起到冷却效果，且无需回收冷却液。例如，在中国专利文献上公开的“一种金属切削液雾化冷却设备”，公开号为CN201070724Y，它由液气储罐、进气管、出气管、出液管、雾化器、雾化喷管组成，该技术方案通过雾化冷却力式对工件和刀具进行冷却，冷却液无需回收，适用于没有或无法配备冷却液回流装置的大型铣床、镗床、车床、钻床及磨床等设备。然而上述冷却方式中喷出的雾化冷却液依然是被直接蒸发掉的，因此同样存在冷却液的浪费；此外，由于雾化的冷却液只有在碰到高温的刀具和工件时才能在瞬间蒸发，从而带走热量，使刀具和工件迅速降温，但等到刀具和工件温度稍有下降时，雾化的冷却液不会被迅速蒸发，并会残留在刀具尤其是工件表面成为液滴，因此，雾化冷却方式中的冷却液的用量需严格控制，进而影响其最终的冷却效果。

 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的铣削加工冷却系统所存在的冷却液消耗量大、加工成本高以及冷却效果不理想的问题，提供一种冷却液消耗量低、加工成本低以及冷却效果好的机械加工辅助冷却装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种机械加工辅助冷却装置，包括散热板，所述散热板的一侧为平面散热面，另一侧为支撑面，所述散热板上设有冷却液回路，所述冷却液回路的入口通过软管与机床冷却系统的输出口相连接，冷却液回路的出口通过软管与机床冷却系统的回流口相连接，散热板的支撑面上设有弹性支撑元件。本发明是一种用于机械加工的辅助冷却系统，需与常规的冷却液冷却系统配合使用，其主要适用于对大型板件的铣削加工，如模具的模板加工等，刀具和工件加工表面的冷却利用机床现有的冷却系统进行冷却，而本发明的辅助冷却装置的散热板是贴合在工件的底面上的，当然，为了便于散热板的安装，可在工件的四个边角处放置垫块将工件垫高从而形成一个空隙，散热板上的冷却回路可接入到机床现有的冷却系统中，工件上的热量传导到与其紧贴的散热板上，再通过散热板上的冷却回路中循环的冷却液将热量带走。由于整个辅助装置中的冷却液均是在封闭的管路中流动，因此可避免被蒸发或被切屑带走，从而大大减少了冷却液的消耗，而设置在散热板的支撑面上的弹性支撑元件可使散热板的散热面与工件的底面紧密贴合，从而确保工件热量的快速传导，有利于提高冷却效果。由于本发明的辅助冷却装置是依靠机床现有的冷却系统提供冷却液的，因此其整体结构简单，安装使用方便，便于推广。

作为优选，所述冷却液回路为焊接在散热板支撑面上的S形紫铜管路。S形排列的紫铜管路既具有良好的导热性能，同时和散热板的支撑面之间有足够的接触面积，从而有利于提高散热性能。

作为优选，所述散热板采用铜板，其厚度为1.5毫米~2.5毫米，从而使工件的热量能迅速地传导到紫铜管路上，有利于提高散热性能；所述弹性支撑元件为一柔性的气囊，气囊的充气状态呈立方体状，气囊可贴在整个散热板上，使散热板均匀受压，尤其是散热板采用铜板制成，不但传热快，而且受力时易变形，因而可确保散热板的整个散热面与工件底面紧密贴合，有利于提高传热效率。此外，通过调节气囊的充气量，可方便地调整其对散热板的压力，并可适应不同高度的工件垫块。

作为一种替代方案，由紫铜管路构成的冷却液回路还可采用下述方案：所述散热板包括紧密贴合的散热板基板和散热板盖板，散热板基板的贴合面上设有S形冷却液槽，并在散热板盖板与散热板基板之间设置密封垫片，从而使S形冷却液槽构成冷却液回路。由于冷却液回路是直接设置在散热板内部，从而使散热板上的热量可直接被冷却液带走，有利于提高冷却速度，进一步改善冷却效果，并且，该内置式冷却液回路不易损坏，使用寿命长。

当然，上述替代方案也可采用如下的结构：所述散热板包括矩形的散热板本体、设置在散热板本体左右两端的密封块、以及设于散热板本体和密封块之间的密封垫片，所述散热板本体内并排等间距设有若干左右贯通的冷却液孔，并在密封块上与散热板本体贴合的内侧面上设置与各冷却液孔连通的导流槽，所述冷却液孔与导流槽构成冷却液回路，其中一个密封块的导流槽一端延伸至外表面从而形成冷却液回路的入口，另一个密封块的导流槽一端延伸至外表面从而形成冷却液回路的出口，整个冷却液回路呈中心对称形布置。本内置式冷却液回路采用的是直通式结构，散热板本体上设置的冷却液孔左右贯通，使其可通过挤出成型方式加工成型，从而有利于提高生产效率，降低制造成本，并且通过减小各冷却液孔之间间隔的壁厚、增加冷却液孔的数量，既有利于减轻散热板的重量，降低材料成本，更有利于增加散热板内冷却液的流量，以进一步提高冷却效果。进一步地，冷却液从入口流入后经导流槽被分流到个冷却液孔，并汇集到另一侧的导流槽后从出口流出，从而使散热板内冷却液回路的流程缩短，从而有利于缩小入口段和出口端之间冷却液的温差，进而可提高冷却效果和冷却的均匀性；进一步地，由于整个冷却液回路的管路布置成中心对称形状，，因此，每个冷却液孔中流过的冷却液的流程是相同的，有利于进一步提高冷却的均匀性。

作为优选，所述冷却液孔的横截面呈矩形，矩形横截面长度方向的侧边与散热面平行。在截面积相同的情况下，矩形的冷却液孔比圆形的冷却液孔有更大的侧面积，从而使冷却液孔的热交换面积更大，并且横截面呈矩形的冷却液孔的侧面距离散热板的散热面更近，冷却效果更好。

作为优选，所述冷却液孔横截面的长宽比为2~4，冷却液孔中靠近散热面的侧面距离散热面2毫米~4毫米。从而使冷却液孔在一定面积的横截面下靠近散热面的侧面积尽可能大，从而有利于冷却液的热交换，并有利于减小散热板的厚度，降低其制造成本。

作为优选，所述冷却液孔横截面的长边为5毫米~10毫米，相邻冷却液孔之间的间隔为1毫米~3毫米。即可确保散热板的强度，又可尽量增加散热板内冷却液的流量。

作为优选，所述弹性支撑元件为橡胶柱，橡胶柱包括与散热板连接的连接段以及同轴串接在连接段上的一至三段延长段，所述连接段与延长段连接端设有锥形沉孔，所述延长段一端设有锥形沉孔，另一端设有与锥形沉孔相适配的锥形凸台。通过锥形凸台和锥形沉孔的相互配合，使串接构成的橡胶柱可适应不同高度的工件垫块。当然，所述弹性支撑元件也可为固定设置在散热板边角处的弹簧。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）冷却液在封闭的管道内循环，避免了浪费；（2）对工件底面进行辅助冷却，提高了冷却效果；（3）与现有的机床冷却系统兼容，制造及使用成本低。

 

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是实施例1的安装结构示意图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是本发明实施例3的结构示意图；

图5是实施例3中橡胶柱的结构示意图；

图6是本发明实施例4的结构示意图；

图7是本发明实施例4的局部剖视图。

图中：1、散热板 2、冷却液回路 3、弹性支撑元件 4、S形紫铜管道 5、导流槽 

6、S形冷却液槽 7、冷却液孔 8、垫高块 9、工件 11、散热面 12、支撑面 

13、散热板基板 14、散热板盖板 15、散热板本体 16、密封块 21、入口 22、出口 

31、弹簧 32、气囊 33、橡胶柱 34、连接段 35、延长段 36、锥形沉孔 37、锥形凸台

 具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

实施例1：如图1所示，本实施例的一种机械加工辅助冷却装置，包括矩形的散热板1，散热板采用白铁板制成，散热板的一侧平面为散热面11，另一侧为支撑面12，在散热板的支撑面上焊接有可与机床的冷却系统相连接的S形紫铜管路4，从而构成一个冷却液回路2，在S形紫铜管路的两端分别连接一个管接头，从而构成冷却液回路的入口21和出口22。此外，在散热板的支撑面一侧设置弹性支撑元件3，具体可在支撑面的四个边角处分别设置一个弹簧31，为便于安装使用，弹簧可采用两端为平口的扁弹簧，并焊接在散热板的支撑面上。

如图2所示，本实施例的辅助冷却装置需要与机床自身的冷却系统配合使用，其主要是针对一些较大型的模板铣削加工时对工件的冷却，在粗加工阶段，铣削产生的铁屑量大，而对加工的精度要求低，因此，机床自身的冷却系统可采用风冷方式，利用压缩空气对刀具和工件9的加工处进行冷却，从而避免冷却液的浪费，并且使其可适应难以设置冷却液回收系统的铣削加工。为便于本发明的安装使用，需在工件底面的边角处放置垫高块8将工件垫起，将散热板安装到工件下方的空隙处，散热板上的弹簧将散热板的散热面压紧在工件的底面上，从而确保两者之间良好的热传导。S形紫铜管路一端的入口通过软管与机床自身的冷却系统中冷却液的输出口连接，S形紫铜管路另一端的出口通过软管与机床自身的冷却系统中冷却液的回流口相连接，铣削加工时工件的热量除了一部分通过风冷方式散热外，其余的热量通过底部的散热板传导到S形紫铜管路上，S形紫铜管路内循环流动的冷却液即可将热量迅速带走，从而使工件的两面同时得到冷却散热，使冷却效果显著提高，进而可大大延长刀具的使用寿命，并完全避免冷却液的浪费，降低了加工成本。以加工一个材料为H13，尺寸为600毫米×500毫米×200毫米的模板为例，所采用的刀具为瓦尔特WAP35。在未使用本发明的辅助冷却装置前，工件温度一般保持在70℃~90℃之间，刀具温度可达350℃以上，平均每组刀具可使用2小时；而采用本发明的辅助冷却装置后，工件的工作温度降低到30℃左右，刀具温度降低到70℃一下，平均每组刀具可使用12小时。进一步地，当工件的外型尺寸较大时，本发明的辅助冷却装置可设置两套、甚至多套，也就是说，在工件底面上设置大小相同的两块或多块散热板以及相应的冷却液回路等，从而可减小入口和出口处的温差，使冷却更为均匀，效果更好。

实施例2：如图3所示，本实施例的一种机械加工辅助冷却装置，其中的散热板1采用铜板，最好是紫铜板，其厚度为2毫米，弹性支撑元件3则采用柔性的气囊32，气囊在充气后呈立方体状，气囊的一个侧面粘结在散热板的支撑面一侧，气囊上设置有进气口，其余结构及连接方式与实施例1相同。在使用时，先将气囊的进气口与压缩空气管连接，并将散热板放置在工件底部的空隙处，此时打开压缩空气管的阀门，向气囊内充入压缩空气，气囊膨胀后将散热板压紧在工件底面，并使散热板的散热面与工件的底面均匀地紧密贴合，从而有利于提高两者之间的热传导效果。

实施例3：本实施例的一种机械加工辅助冷却装置，如图4所示，包括矩形的散热板1，散热板包括大小尺寸相同的散热板基板13和散热板盖板14，散热板基板的一侧表面上设置有S形冷却液槽6，其另一侧表面为平面的散热面11，散热板盖板覆盖在散热板基板上设置有S形冷却液槽的表面上，两者之间设置密封垫片（图中未显示），并通过螺钉紧密贴合连接，从而使S形冷却液槽构成冷却液回路2，散热板盖板的外侧表面成为支撑面12。散热板可采用铝合金压铸制成，在散热板的冷却液回路两端分别连接一个管接头，从而构成冷却液回路的入口21和出口22。由于本实施例中的散热板刚性较好，因此，弹性支撑元件可采用橡胶柱33，并设置在支撑面的四个边角处，橡胶柱可粘结在支撑面上，或者也可直接放在加工平台上，然后将散热板压在橡胶柱上，当然，橡胶柱的高度需高出垫高块，以确保散热板能紧贴在工件的底面上。另外，为了能适应不同高度的垫高块，橡胶柱可采用如图5所示的分段串接结构，其包括与散热板连接的连接段34以及同轴串接在连接段上的延长段35，延长段的数量一般可在一至三段之间，在本实施例中为一段，以确保橡胶柱能有足够的稳定性，连接段与延长段连接端设置锥形沉孔36，而延长段则一端设置锥形沉孔，另一端设置与锥形沉孔相适配的锥形凸台37，延长段的锥形凸台插入到连接段的锥形沉孔内，从而自动对中同轴，并相互紧密连接。本实施例的辅助冷却装置与机床冷却系统的连接以及使用方法与实施例1相同，在此不多做叙述。

实施例4：本实施例的一种机械加工辅助冷却装置，如图6所示，包括矩形的铝合金散热板1，散热板采用拼装结构，其包括矩形的散热板本体15、设置在散热板本体左右两端的密封块16、以及设于散热板本体和密封块之间的密封垫片（图中未显示），散热板本体内并排等间距设置若干左右贯通的矩形冷却液孔7，并在密封块上与散热板本体贴合的内侧面上设置与各冷却液孔连通的导流槽5，上述冷却液孔与导流槽构成冷却液回路，其中一侧密封块的导流槽一端延伸至外表面并连接一个管接头，从而形成冷却液回路的入口21，另一侧密封块的导流槽一端延伸至外表面并连接一个管接头，从而形成冷却液回路的出口22，入口和出口的位置呈中心对称，从而使整个冷却液回路呈中心对称形布置。为了使散热板与工件的底面能贴合紧密良好，散热板在拼装完成后可对一侧表面进行少量的铣削加工，从而形成一个平整的散热面，而相对一侧的支撑面上则可设置弹性支撑元件3，具体可采用实施例3中的橡胶柱33，或者也可采用实施例1中的弹簧31。为尽量提高冷却效果，横截面为矩形的冷却液孔横截面的长边与散热面平行，其长度为9毫米，短边为3毫米，从而使其长宽比为3，并且冷却液孔中靠近散热面的侧面距离散热面3毫米。其余连接和使用方式与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，包括散热板（1），所述散热板的一侧为平面散热面（11），另一侧为支撑面（12），所述散热板上设有冷却液回路（2），所述冷却液回路的入口（21）通过软管与机床冷却系统的输出口相连接，冷却液回路的出口（22）通过软管与机床冷却系统的回流口相连接，散热板的支撑面上设有弹性支撑元件（3）。

2.根据权利要求1所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述冷却液回路为焊接在散热板支撑面上的S形紫铜管路（4）。

3.根据权利要求2所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述散热板采用铜板，其厚度为1.5毫米～2.5毫米，所述弹性支撑元件为一柔性的气囊（32），气囊的充气状态呈立方体状。

4.根据权利要求1所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述散热板（1）包括紧密贴合的散热板基板（13）和散热板盖板（14），散热板基板的贴合面上设有S形冷却液槽（6），并在散热板盖板与散热板基板之间设置密封垫片，从而使S形冷却液槽构成冷却液回路（2）。

5.根据权利要求1所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述散热板（1）包括矩形的散热板本体（15）、设置在散热板本体左右两端的密封块（16）、以及设于散热板本体和密封块之间的密封垫片，所述散热板本体内并排等间距设有若干左右贯通的冷却液孔（7），并在密封块上与散热板本体贴合的内侧面上设置与各冷却液孔连通的导流槽（5），所述冷却液孔与导流槽构成冷却液回路（2），其中一个密封块的导流槽一端延伸至外表面从而形成冷却液回路的入口（21），另一个密封块的导流槽一端延伸至外表面从而形成冷却液回路的出口（22），整个冷却液回路呈中心对称形布置。

6.根据权利要求5所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述冷却液孔的横截面呈矩形，矩形横截面长度方向的侧边与散热面平行。

7.根据权利要求6所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述冷却液孔横截面的长宽比为2～4，冷却液孔中靠近散热面的侧面距离散热面2毫米～4毫米。

8.根据权利要求7所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述冷却液孔横截面的长边为5毫米～10毫米，相邻冷却液孔之间的间隔为1毫米～3毫米。

9.根据权利要求1或2或4或5或6或7或8所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述弹性支撑元件为橡胶柱（33），橡胶柱包括与散热板连接的连接段（34）以及同轴串接在连接段上的一至三段延长段（35），所述连接段与延长段连接端设有锥形沉孔（36），所述延长段一端设有锥形沉孔，另一端设有与锥形沉孔相适配的锥形凸台（37）。

10.根据权利要求1或2或4或5或6或7或8所述的一种机械加工辅助冷却装置，其特征是，所述弹性支撑元件为固定设置在散热板边角处的弹簧（31）。

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