CN102626903B - 一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘及方法，包括磨削用电永磁吸盘、至少一根热管以及与热管连接的散热装置，所述热管包括管壳、毛细吸液芯以及起传递热能的工作介质，所述管壳包括沿热管轴向依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；所述热管的蒸发段镶嵌在磨削用电永磁吸盘内部靠近工件的部分，所述蒸发段与磨削用电永磁吸盘镶嵌间隙处设有导热硅胶；所述热管绝热段通过固定辅助装置与磨削用电永磁吸盘固定连接，所述冷凝段设置在磨削用电永磁吸盘的外侧并与散热装置连接。本发明有益效果:通过设有热管的磨削用电永磁吸盘，以达到降低磨削用电永磁吸盘和工件的温度及受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量、实现绿色磨削加工。

Description

一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘及方法
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘及方法。
背景技术
现有的加工技术中，会涉及到车、磨、刨、铣等加工手段，特别是在磨削薄壁工件时，大量的磨削热使得磨削区温度升高，直接影响刀具的磨损和工件的加工精度及表面质量。磨削时，热量流入工件的较多。磨削热的产生不可避免，磨削过程中如何加速磨削热消散避免磨削区域过热，是保证工件加工质量和刀具工作寿命的重要问题。
在传统磨削加工中一般使用磨削液降低磨削温度，通过减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，实现减小刀具磨损、提高表面加工质量的目的。常采用方法有：浇注法、高压冷却法、喷雾冷却法。浇注大量磨削液的方法来带走大部分磨削热，降低磨削区域温度，并能帮助排屑，起到延长刀具寿命及提高工件表面质量的作用。然而，使用时需要保证磨削液流量充足，因此需要对加工系统中的磨削液进行补偿、调度以及处理，为此增加成本费用；由于磨削液中往往含有碳氢化合物和硫、磷、氯等化学成分，其使用和排放会对操作人员和环境造成空气、水体和土壤污染；采用高压冷却法的冷却、润滑和清洗效果均较好，但磨削液飞溅严重，需加防护罩；采用喷雾冷却法虽适用于难加工材料，但需要专门装置，存在噪音较大的不足。
此外，技术人员考虑较多的是如何利用磨削液完成对工件的冷却以避免其变形，而往往会忽略由于加工中产生的过于集中的热量会传导到工装设备上，使工装设备发生热变形造成待加工工件力学性能和尺寸精度受到影响，影响工件的加工质量和精度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术成本过高、污染环境和需辅助装置等缺点，采用技术手段达到降低磨削用电永磁吸盘和工件的温度及受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量，因此，提供一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘及方法，它具有技术成本低、无环境污染等优点。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘，它包括磨削用电永磁吸盘、至少一根热管以及与热管连接的散热装置，所述热管包括管壳、毛细吸液芯以及起传递热能的工作介质，所述管壳包括沿热管轴向依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；所述热管的蒸发段镶嵌在磨削用电永磁吸盘内部靠近工件的部分，所述蒸发段与磨削用电永磁吸盘镶嵌间隙处设有导热硅胶；所述热管绝热段通过固定辅助装置与磨削用电永磁吸盘固定连接，所述冷凝段设置在磨削用电永磁吸盘的外侧并与散热装置连接。
所述热管的形状为标准圆形，管径为8mm。
所述热管以工件为中心对称放置。
所述热管的个数为10支，以工件为中心每侧各5支呈单排分列。
所述散热装置是与热管冷凝段连接的散热片。
所述散热片与热管冷凝段一一配合，分列在磨削用电永磁吸盘的外侧。
所述固定辅助装置为绝热段与磨削用电永磁吸盘之间连接的至少一个固定卡，所述绝热段通过固定卡与磨削用电永磁吸盘连接并留有间距。
一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘的方法，采用在磨削用电永磁吸盘中安装热管，利用热管的热传导能力，将磨削过程中集中在工件磨削区域的热量消散出去，实现降低磨削用电永磁吸盘和工件温度和避免磨削用电永磁吸盘和工件受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量的效果，同时也减小磨削用电永磁吸盘热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响。
本发明的工作原理
一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘及方法，该热管吸盘包括磨削用电永磁吸盘、热管和与之连接的散热器以及辅助装置，沿热管轴向分为依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；热管的蒸发段镶嵌在吸盘靠近工件的部分，工件通常为以磨削用电永磁吸盘中心为对称点，依靠电磁力被固定在磨削用电永磁吸盘的中心部位。并将热管与磨削用电永磁吸盘紧密结合，热管的绝热段与吸盘设有间隔，热管的冷凝段设置在吸盘的外部。工件因切削加工产生的热量通过吸盘和热管管壁及充满工作介质的吸液芯传递到蒸发段，当热管的蒸发段受热时工作介质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不己，热量由热管的蒸发段传至冷凝段散发，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。这种装置可有效降低吸盘靠近磨削工件处的温度，从而减小吸盘热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响。
本发明有益效果
1、通过设有热管的磨削用电永磁吸盘，利用热管优良的热传导能力，将磨削过程中传递到磨削用电永磁吸盘上的部分热量迅速消散，以达到降低磨削用电永磁吸盘和工件的温度及受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量、实现绿色磨削加工。
2、热管是依靠自身内部工作介质相变来实现传热的传热元件，不需要其他辅助设施。
3、与传统散热技术相比，热管散热技术具有散热效果好，热阻相对小，使用寿命长，功耗与噪音非常低。
4、热管的成本费用低廉，且热管结构简单，适用于各类环境，在实际生产中使用简便，易于广泛应用。
附图说明
图1为加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘示意图。
    图中：1.散热片，2.固定卡，3.磨削用电永磁吸盘，4.热管，5.工件，6.冷凝段，7.绝热段，8.蒸发段，9.导热硅胶。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1中，利用热管优良传热性能，改善磨削散热的热管吸盘工装，包括磨削用电永磁吸盘3、热管4、固定卡2和散热片1，热管由管壳、毛细吸液芯以及起传递热能的工作介质构成，形成一个高真空封闭系统；沿热管轴向分为依次连通的蒸发段8、绝热段7和冷凝段6; 热管的蒸发段8镶嵌在吸盘靠近工件5的部分，并与磨削用电永磁吸盘紧密结合，将导热硅胶9填充其空隙；热管的绝热段7与磨削用电永磁吸盘3设有间隔，热管的冷凝段6设置在吸盘的外侧。热管的绝热段7与磨削用电永磁吸盘3之间设有固定卡2，用于固定和支撑热管，并使绝热段与热管吸盘保持间距。冷凝段6伸出热管吸盘之外，并装有散热片1。
加工过程中，工件5因切削加工产生的热量传导到热管蒸发段8，当热管的蒸发段8受热时工作介质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段6，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段8，如此循环不己，热量由热管的蒸发段8传至冷凝段6散发，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。这种装置可有效降低吸盘及工件5的温度，从而减小对吸盘和工件5热变形对工件5力学性能和尺寸精度的影响。热管的热响应速度接近音速，导热系数可达普通铜管的上千倍，本例应用热管散热可以大大改善工件5的热量传散。
磨削加工过程中产生的84%的磨削热传入工件5，使工件5切削区域温度升高，切削温度降低了工件5的加工精度，使工件5表面产生残余应力。本发明借助热管加快吸盘及工件5的散热，有效降低了磨削用电永磁吸盘工装及工件5的受热膨胀，提高了工件5的加工精度和尺寸精度。
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 (2)

1.一种加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘，其特征是，它包括磨削用电永磁吸盘、至少一根热管以及与热管连接的散热装置，所述热管包括管壳、毛细吸液芯以及传递热能的工作介质，所述管壳包括沿热管轴向依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；所述热管的蒸发段镶嵌在磨削用电永磁吸盘内部靠近工件的部分，所述蒸发段与磨削用电永磁吸盘镶嵌间隙处设有导热硅胶；所述热管绝热段通过固定辅助装置与磨削用电永磁吸盘固定连接，所述冷凝段设置在磨削用电永磁吸盘的外侧并与散热装置连接；所述热管的形状为标准圆形，管径为8mm；所述热管以工件为中心对称放置；所述热管的个数为10支，以工件为中心每侧各5支呈单排分列；所述散热装置是与热管冷凝段连接的散热片；所述散热片与热管冷凝段一一配合，分列在磨削用电永磁吸盘的外侧；所述固定辅助装置为绝热段与磨削用电永磁吸盘之间连接的至少一个固定卡，所述绝热段通过固定卡与磨削用电永磁吸盘连接并留有间距。
2.一种使用权利要求1所述的加速薄壁工件磨削加工传热的热管吸盘的方法，其特征是,采用在磨削用电永磁吸盘中安装热管，利用热管的热传导能力，将磨削过程中集中在工件磨削区域的热量消散出去，实现降低磨削用电永磁吸盘和工件温度和避免磨削用电永磁吸盘和工件受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量的效果，同时也减小磨削用电永磁吸盘热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响。
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