CN102500807A

CN102500807A - 一种热管阻尼器铣刀

Info

Publication number: CN102500807A
Application number: CN2011103417893A
Authority: CN
Inventors: 宋清华; 唐委校; 鞠华伟
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种热管阻尼器铣刀，包括铣刀和热管阻尼器，热管阻尼器包括热管束、冷凝盖、散热片，热管束一端固定在冷凝盖上，另一端插入刀杆的盲孔中，冷凝盖与刀杆通过螺纹联结；冷凝盖上有散热片。热管内密封有工质和毛细结构，并抽真空，热管沿轴向分为蒸发段、绝热段、冷凝段。盲孔中灌注阻尼液将蒸发段浸没。工作时，刀尖切削热传导到热管蒸发段使液体工质吸热沸腾，携带热量经过绝热段，到达冷凝段并冷凝成液体放热，热量被冷凝盖和散热片散发，冷凝液通过重力作用和毛细结构的吸力回到蒸发段。如此反复循环，使得刀具温度分布均衡，防止刀尖温度过高。热管束在铣刀转动时与盲孔相对滑动产生摩擦，阻尼液发挥阻尼作用，抑制刀具的振动。

Description

一种热管阻尼器铣刀

技术领域

本发明涉及一种属于切削加工领域，尤其是一种热管阻尼器铣刀。

背景技术

目前高速切削技术已被广泛应用于航空航天、汽车、模具、能源、轨道交通等众多领域，已成为21世纪先进制造技术重点研究开发的关键基础技术之一。在这样的高效加工中，伴随着材料去除率大幅的增加，加工过程所消耗的能量也随之大幅攀升，这些能量90％以上都转化为热并积聚在加工区中，若不能及时地将积聚在加工区的热疏导出去，将导致加工区温度的急剧升高，并很快造成刀具的失效和零件的报废。为达到及时冷却的目的，加工过程中都要采用一定的冷却方法(如切削液冷却、液氮冷却等)来降低切削区的温度。热管作为一种新型、高效的导热组件，可将大量热量通过其很小的截面积，远距离地传输而无需外加动力。

另外，从动力学的观点看，高速切削系统是复杂的动态系统，随着切削速度的提高，在离心力和陀螺效应的影响下，主轴-刀柄间的夹紧力出现明显的减小，导致主轴-刀柄间的联结刚度降低，甚至导致两者部分或完全分离；同时，刀具-工件间相互作用引起的切削颤振是限制工件实现高速、高效和高精度切削的又一关键因素之一。切削颤振降低加工质量与切削效率，降低刀具、机床的使用寿命，产生污染周围环境的切削噪声，因此，对颤振的抑制和控制同样显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种热管阻尼器铣刀，其针对具有高温、高粘性、低导热性等特点的难加工材料进行高速铣削加工，其将热管和机械阻尼器合而为一，构成热管阻尼器，兼有传热和阻尼的双重效果。该铣刀利用高效的导热组件——热管将大量切削热通过其很小的截面积传输而无需外加动力；同时，利用热管与铣刀盲孔内壁产生的摩擦力做功，以及阻尼液的阻尼效果，以消耗刀具的振动能量，达到抑制颤振的目的，它具有强化传热、阻尼减振、结构简单、使用灵活、维护方便、耐用等优点，

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种热管阻尼器铣刀，包括铣刀，所述铣刀的刀杆的中心开有轴向的盲孔，盲孔的开口端朝向夹持端，热管阻尼器的下半部分伸入到所述盲孔中，且热管阻尼器与盲孔开口处密封连接，盲孔中设置阻尼液。

所述盲孔为阶梯孔或者直孔。

所述热管阻尼器包括由若干根围绕所述刀杆中心轴线均匀布置的热管组成的热管束，所述热管束一端固定在冷凝盖上，另一端插入刀杆的盲孔中，冷凝盖与刀杆通过螺纹联结，冷凝盖的外侧设有若干散热片。

所述热管形状为圆柱形或者扁平形直管。

所述热管包括一封闭的管壳和设于其内的工质和毛细结构，且管壳内为真空状态。

所述盲孔中各热管之间、热管与盲孔内壁之间设有阻尼液。

所述热管上靠近铣刀自由端(即刀齿端)的一侧是蒸发段，另一侧(冷凝盖附近)是冷凝段，中间部分是绝热段，冷凝段通过一个外径与铣刀直径相同的冷凝盖与刀柄接触。

本发明由铣刀和热管阻尼器组成。此铣刀的外形结构与传统的铣刀一样，但其内部根据不同的情况开有不同大小和形状的盲孔；热管阻尼器主要由若干根热管围绕铣刀的轴线均匀布置而成，多根热管统称为热管束，其的外径与铣刀(夹持端是开孔，自由端是盲孔)的中空刀杆内径相匹配，每根热管的直径、长度可以相同也可以不同。每根热管是由一封闭的管壳和工质(即工作液体)组成，且热管之间、热管与铣刀内侧壁之间加有高导热系数和高粘度的阻尼液，且阻尼液将热管蒸发段浸没，阻尼液可以减小刀尖与热管蒸发段之间的热阻，提高传热效率；同时刀具旋转时阻尼液与铣刀内壁产生摩擦力，起到阻尼作用。热管阻尼器沿铣刀轴线插入中空的刀杆内，靠近铣刀自由端的一侧是蒸发段，另一侧是冷凝段，中间部分是绝热段，冷凝段通过一个外径与铣刀直径相同的冷凝盖与刀柄接触，铣刀的刀杆末端加工有螺纹，用于与冷凝盖的螺纹联结。冷凝盖上装有散热片。

本发明的工作原理是：在刀尖切削工件时，切削过程产生并传入铣刀中的大量热量经过热管阻尼器蒸发段的管壳，热管蒸发段的液体工质吸热沸腾，引起内部工质蒸发，变成蒸汽携带热量经过绝热段，使工质由液体变成气体；气体因自身密度小，体积膨胀，通过热管阻尼器的绝热段向冷凝段移动，到达冷凝段时遇冷凝结为液体同时将热量传给冷凝段的管壳，同时放热，热量被冷凝盖和散热片散发，冷凝液通过重力作用和毛细结构的吸力回到蒸发段，继续循环上述过程；冷凝段的管壳将热量传递给冷凝盖，最终通过冷凝盖上分布的散热片进行散热。如此反复循环把刀尖的热量不断传导刀杆和刀柄，使得刀具温度分布均衡，防止刀尖温度过高。在此过程中，因铣刀高速旋转，在离心力和陀螺力的作用下，热管阻尼器的外壁面和铣刀内壁面之间相对滑动产生摩擦，同时阻尼液也与铣刀内壁面之间产生摩擦，吸收部分的振动能量，高粘度的阻尼液发挥阻尼作用，达到抑制刀具振动的目的；而摩擦产生的热量也同时参与到上述热量交换过程中。由此以来，切削热和热管阻尼器外壁面和铣刀内侧面与阻尼液摩擦过程产生的热量将源源不断的传至铣刀与刀柄联结处的冷凝盖的散热片上，并在此过程中与外界环境发生热交换作用。

本发明提出的技术方案，能使切削过程中产生并传入刀具中的热量迅速通过热管传送到刀具末端并通过冷凝端的散热片散热，同时热管外表面与刀具接触面上产生的摩擦力做功，以消耗刀具的振动能量，抑制颤振。具有强化传热、阻尼减振、结构简单、使用灵活、维护方便、耐用等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的热管阻尼器的结构示意图；

图3、图4分别是图2的A向和B向视图；

图中：1-刀齿，2-铣刀，3-刀杆，4-刀柄，5-热管阻尼器，6-阻尼液，7-蒸发段，8-绝热段，9-冷凝段，10-散热片，11-冷凝盖，12-热管，13-管壳，14-工质，15-热管束，16.盲孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-4所示，一种热管阻尼器铣刀，包括铣刀2，所述铣刀2的刀杆3的中心开有轴向的盲孔16，盲孔16的开口端朝向夹持端，热管阻尼器5的下半部分伸入到所述盲孔16中，热管阻尼器5与盲孔16开口处密封连接，盲孔16中设置阻尼液6。

所述盲孔16为阶梯孔或者直孔。

所述热管阻尼器5包括由若干根围绕所述刀杆3中心轴线均匀布置的热管12组成的热管束15，所述热管束15一端固定在冷凝盖11上，另一端插入刀杆3的盲孔16中，冷凝盖11与刀杆3通过螺纹联结，冷凝盖11的外侧设有若干散热片10。

所述热管12形状为圆柱形或者扁平形直管。

所述热管12包括一封闭的管壳13和设于其内的工质14和毛细结构，且管壳13内为真空状态。

所述盲孔16中各热管12之间、热管12与盲孔16内壁之间设有阻尼液6。

所述热管12上靠近铣刀2自由端(即刀齿1端)的一侧是蒸发段7，另一侧(冷凝盖44附近)是冷凝段9，中间部分是绝热段8，冷凝段9通过一个外径与铣刀直径相同的冷凝盖11与刀柄4接触。

在切削工件时，切削过程产生并传入铣刀2中的大量热量经过热管阻尼器5蒸发段7的管壳13，引起内部工质14蒸发，使工质14由液体变成气体；气体因自身密度小，体积膨胀，通过热管阻尼器5的绝热段8向冷凝段9移动，到达冷凝段时遇冷凝结为液体同时将热量传给冷凝段9的管壳13，液体同时又流回蒸发段7以继续循环上述过程；冷凝段9的管壳13将热量传递给冷凝盖11，最终通过冷凝盖11上分布的散热片10进行散热。在此过程中，因铣刀2高速旋转，在离心力和陀螺力的作用下，热管阻尼器5的外壁面和铣刀2内壁面之间产生摩擦，同时阻尼液6也与铣刀2内壁面之间产生摩擦，吸收部分的振动能量，达到抑制振动的目的；而摩擦产生的热量也同时参与到上述热量交换过程中。由此以来，切削热和热管阻尼器5外壁面和铣刀2内侧面与阻尼液6摩擦过程产生的热量将源源不断的传至铣刀2与刀柄4联结处的冷凝盖11的散热片10上，并在此过程中与外界环境发生热交换作用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种热管阻尼器铣刀，包括铣刀，其特征是，所述铣刀的刀杆的中心开有轴向的盲孔，盲孔的开口端朝向夹持端，热管阻尼器的下半部分伸入到所述盲孔中，且热管阻尼器与盲孔开口处密封连接，盲孔中设置阻尼液。

2.如权利要求1所述的一种热管阻尼器铣刀，其特征是，所述盲孔为阶梯孔或者直孔。

3.如权利要求1所述的一种热管阻尼器铣刀，其特征是，所述热管阻尼器包括由若干根围绕所述刀杆中心轴线均匀布置的热管组成的热管束，所述热管束一端固定在冷凝盖上，另一端插入刀杆的盲孔中，冷凝盖与刀杆通过螺纹联结，冷凝盖的外侧设有若干散热片。

4.如权利要求3所述的一种热管阻尼器铣刀，其特征是，所述热管形状为圆柱形或者扁平形直管。

5.如权利要求4所述的一种热管阻尼器铣刀，其特征是，所述热管包括一封闭的管壳和设于其内的工质和毛细结构，且管壳内为真空状态。

6.如权利要求5所述的一种热管阻尼器铣刀，其特征是，所述盲孔中各热管之间、热管与盲孔内壁之间设有阻尼液。

7.如权利要求6所述的一种热管阻尼器铣刀，其特征是，所述热管上靠近铣刀自由端的一侧是蒸发段，另一侧是冷凝段，中间部分是绝热段，冷凝段通过一个外径与铣刀直径相同的冷凝盖与刀柄接触。