CN102632262A - 一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法 - Google Patents

一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法 Download PDF

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本发明提供的一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法，属机械切削刀具制造技术领域。该刀具由硬质合金刀片基体、振荡热管、定位保护装置组成。本发明将振荡热管用于强化刀具散热，能够有效降低切削温度，减小刀具磨损；由于振荡热管直接与刀片接触，而不与刀柄等刀具系统接触，因而可减少刀片向刀柄的热量传递，降低因刀具系统热涨而引起的加工误差。该刀具可广泛应用于干切削加工，尤其是切削温度高的难加工材料的干切削加工。

Description

一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法
技术领域
本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别是涉及一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法。
背景技术
切削加工是机械制造业中一种主要的金属成型工艺。随着当前人们环保、节能意识的不断增强，干切削加工技术的研究和应用被不断扩大。但是，干切削加工过程中，没有切削液的冷却和润滑作用，大量切削热集中在刀尖位置，引起切削温度升高，导致刀具磨损加剧和工件热损伤的产生，尤其是加工难加工材料时，切削条件更为恶化；另外，如果大量切削热通过刀片向刀柄等刀具系统传递，将会导致因刀具系统热涨而产生的加工误差。为此，急需寻找一种改善干切削刀具散热的新技术来降低切削温度、延缓刀具磨损和提高工件加工精度。
中国文献“机械工程学报”(1989，25(1)：8~12)报道了热管车刀的研制，它是在机夹可转位车刀的刀杆内部加工热管来强化刀具在切削加工时的散热。中国专利“专利号ZL200710190139.7”报道了一种钎焊金刚石热管砂轮，它是将热管组装在金刚石砂轮上以直接疏导磨削弧区积聚的热量。中国专利“申请号：201010224871.3”报道了一种热管刀具及利用热管改善切削刀具散热的方法，它是将热管嵌入整体车刀的刀体内部，或将热管压在刀片上，通过热管内工质的循环相变来强化刀头的散热。中国专利“申请号：201010291127.5”报道了一种自润滑与自冷却的干切削刀具及其制备方法，它是在整体高速钢刀具的前刀面刀—屑接触区加工多个填充固体润滑剂的减摩槽，同时在刀体内部加工密封的自循环冷却腔，以实现该刀具的自润滑和自冷却功效。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，将比普通热管传热性能更加优越的振荡热管用于改善刀具的散热，提供一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法。本发明是通过以下方式实现的：
一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具，该刀具包括刀片基体、振荡热管和定位保护装置，振荡热管由折弯的金属细管和液相工质构成，定位保护装置由定位片和薄壁罩构成，刀片基体底部有环形凹槽，沿凹槽圆周方向均匀分布着偶数个通孔，定位片上的小孔与刀片基体上通孔相对应，振荡热管沿刀片底部环形凹槽折弯并穿过刀片基体上的通孔和定位片上的小孔，形成振荡回路。
一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具的制备方法，该制备方法为：
(1)选择材质为硬质合金的可转位刀片，采用电火花的加工方法在刀片底面加工环形凹槽及沿凹槽圆周方向均匀分布的偶数个通孔；；
(2)定位片的制备，定位片材质为金属材料，定位片上的小孔可采用钻削或电火花加工成型，定位片上小孔的直径与金属细管的外径相同；
(3)截取一定长度的可弯折的金属细管，金属细管的外径要略小于刀片基体的通孔直径；
(4)将截取的金属细管沿刀片基体底面环形凹槽弯折并穿过刀片基体的通孔和定位片上的小孔，形成振荡回路，在与金属细管接触配合的刀片基体的通孔、环形凹槽处装配前涂上导热胶；
(5)将金属细管的一个端口先用封口钳夹扁并焊锡密封；
(6)使用抽真空充液装置通过未封端口向金属细管中填充液态工质，再用封口钳夹扁端口并焊锡密封；
(7)选择塑性较好的金属薄片，沿振荡热管上的多个定位片包裹，胶黏连接，形成保护刀片基体上部一段热管的薄壁罩。
一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具的制备方法，该刀片底面凹槽和沿凹槽圆周方向分布的通孔也可采用直接热压烧结成型。
本发明将振荡热管用于强化刀具散热，振荡热管是一种优良的新型传热元件，其通过密封管内形成的气/液塞振荡和相变来实现热量的传递。相对于现有技术，本发明的优点表现在：振荡热管的传热性能要优于普通热管，使用振荡热管强化刀具散热的效果更佳；该发明中的振荡热管直接与刀片接触，不与刀柄等刀具系统接触，可减少因刀具系统热涨而引起的加工误差；该发明可实现密封冷却的干切削刀具的可转位夹持使用。本发明的一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具可有效改善干切削中刀具的散热，可广泛应用于干切削加工，尤其是切削温度高的难加工材料的干切削加工。
附图说明
图1为本发明的一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具的各部件示意图，图2为本发明的一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具的结构示意图。其中：1为刀片基体，2为振荡热管，3为定位片，4为薄壁罩。
具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例：
实施例1：
一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具，该刀具由刀片基体1、振荡热管2、定位片3和薄壁罩4组成，振荡热管2由折弯的金属细管和液相工质构成。刀片基体1底部有环形凹槽，沿凹槽圆周方向均匀分布着偶数个通孔。定位片3上有和刀片基体1上通孔分布对应的小孔。振荡热管2沿刀片底部环形凹槽折弯并穿过刀片基体2上的通孔和定位片3上的小孔，形成振荡回路，其制备方法的步骤为：
1.选择材质为WC/Co的硬质合金可转位刀片，采用电火花的加工方法在刀片基体1底面加工环形凹槽，并加工4个沿凹槽圆周方向均匀分布的通孔，凹槽环的内外径分别为11mm和15.2mm，通孔的直径为2.1mm；
2.选取厚度为1mm的铝片作为定位片，采用钻削加工方法加工出定位片3上的小孔，小孔直径为2mm；
3.截取一段约45cm长的内外径分别为1.2mm和2mm的紫铜管；
4.在刀片基体1的底面凹槽和通孔位置涂上导热胶，按照图2所示刀具组成结构示意图，将截取的紫铜管沿刀片基体1底面环形凹槽弯折并穿过刀片基体1的通孔和定位片3上的小孔，形成振荡回路；
5.将紫铜管的一个端口先用封口钳夹扁并焊锡密封；
6.使用抽真空充液装置通过未封端口向紫铜管中填充无水乙醇，使填充无水乙醇的体积占紫铜管总容积的60%，再用封口钳夹扁端口并焊锡密封，形成振荡热管2；
7.截取一块厚度为0.1mm的铝合金薄片，沿定位片包裹，胶黏连接，形成保护刀片基体上部一段热管的薄壁罩4。
实施例2：
一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具，该刀具由刀片基体1、振荡热管2、定位片3和薄壁罩4组成，振荡热管2由折弯的金属细管和液相工质构成。刀片基体1底部有环形凹槽，沿凹槽圆周方向均匀分布着偶数个通孔。定位片3上有和刀片基体1上通孔分布对应的小孔。振荡热管2沿刀片底部环形凹槽折弯并穿过刀片基体2上的通孔和定位片3上的小孔，形成振荡回路，其制备方法的步骤为：
1.选择材质为WC/TiC/Co的硬质合金可转位刀片，采用电火花的加工方法在刀片基体1底面加工环形凹槽，并加工6个沿凹槽圆周方向均匀分布的通孔，凹槽环的内外径分别为11mm和15.2mm，通孔的直径为2.1mm；
2.选取厚度为1mm的薄钢片作为定位片，采用电火花加工方法加工出定位片3上的小孔，小孔直径为2mm；
3.截取一段约65cm长的内外径分别为1.2mm和2mm的紫铜管；
4.在刀片基体1的底面凹槽和通孔位置涂上导热胶，按照图2所示刀具组成结构示意图，将截取的紫铜管沿刀片基体1底面环形凹槽弯折并穿过刀片基体1的通孔和定位片3上的小孔，形成振荡回路；
5.将紫铜管的一个端口先用封口钳夹扁并焊锡密封；
6.使用抽真空充液装置通过未封端口向紫铜管中填充丙酮，使填充丙酮的体积占紫铜管总容积的60%，再用封口钳夹扁端口并焊锡密封，形成振荡热管2；
7.截取一块厚度为0.1mm的薄钢片，沿定位片包裹，胶黏连接，形成保护刀片基体上部一段热管的薄壁罩4。

Claims (3)

1.一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具，其特征是该刀具包括刀片基体、振荡热管和定位保护装置，振荡热管由折弯的金属细管和液相工质构成，定位保护装置由定位片和薄壁罩构成，刀片基体底部有环形凹槽，沿凹槽圆周方向均匀分布着偶数个通孔，定位片上的小孔与刀片基体上通孔相对应，振荡热管沿刀片底部环形凹槽折弯并穿过刀片基体上的通孔和定位片上的小孔，形成振荡回路。
2.一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具的制备方法，其特征是该制备方法为：
(1)选择材质为硬质合金的可转位刀片，采用电火花的加工方法在刀片底面加工环形凹槽及沿凹槽圆周方向均匀分布的偶数个通孔；
(2)定位片的制备，定位片材质为金属材料，定位片上的小孔可采用钻削或电火花加工成型，定位片上小孔的直径与金属细管的外径相同；
(3)截取一定长度的可弯折的金属细管，金属细管的外径要略小于刀片基体的通孔直径；
(4)将截取的金属细管沿刀片基体底面环形凹槽弯折并穿过刀片基体的通孔和定位片上的小孔，形成振荡回路，在与金属细管接触配合的刀片基体的通孔、环形凹槽处装配前涂上导热胶；
(5)将金属细管的一个端口先用封口钳夹扁并焊锡密封；
(6)使用抽真空充液装置通过未封端口向金属细管中填充液态工质，再用封口钳夹扁端口并焊锡密封；
(7)选择塑性较好的金属薄片，沿振荡热管上的多个定位片包裹，胶黏连接，形成保护刀片基体上部一段热管的薄壁罩。
3.一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具的制备方法，其特征是该刀片底面凹槽和沿凹槽圆周方向分布的通孔也可采用直接热压烧结成型。
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