CN102632408B - 一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法，它包括夹具体、夹紧块、至少一根热管和固定辅助装置，所述夹具体包括夹口，所述夹口上安装夹紧块，所述热管包括管壳、所述管壳内设有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；所述蒸发段内嵌在所述夹口的至少一个夹紧块中，所述蒸发段与夹紧块相内嵌的间隙中设有导热硅胶，所述绝热段通过固定辅助装置与夹具体固定连接，所述冷凝段设置在夹具体的外侧并与散热装置连接。本发明的有益效果，本发明借助热管加快夹具体及工件的散热，有效降低了夹具体及工件的受热膨胀，提高了工件的加工精度和尺寸精度。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法。
背景技术
在钻削加工中，钻削时消耗的能量约97%~99%转化为热量，大量的的钻削热使得钻削区温度升高，直接影响刀具磨损及工件的加工精度和表面质量。钻削时，热量流入工件的较多，钻削热的产生不可避免，钻削过程中如何使加速钻削热迅速消散以避免钻削区域过热，从而保证工件加工质量和刀具工作寿命，是需要考虑的重要问题。
在传统钻削加工中一般使用钻削液降低钻削温度，减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，减小刀具磨损、提高加工工件表面质量。使用方法有：浇注法、高压冷却法、喷雾冷却法。采用浇注大量钻削液的方法来带走大部分钻削热，降低钻削区域温度，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，使用时需要保证流量充足，这就需要对加工系统中的钻削液进行补偿、调度以及处理，为此增加成本费用；此外，由于钻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；高压冷却法的冷却、润滑和清洗效果均较好，但钻削液飞溅严重，需加防护罩；喷雾冷却法适用于难加工材料，但需要专门装置，且噪音较大。
此外，多数情况下，考虑较多的是如何利用钻削液完成对工件的冷却以避免其变形，而往往会忽略由于钻削加工中产生的过于集中的热量会传导到工装夹具上，使工装夹具发生热变形造成工件力学性能和尺寸精度受到影响。
发明内容
本发明的目的是利用热管有较强的热传导能力，将集中在工件中钻削区域的部分热量对工件和夹具体的影响迅速消散出去，以达到降低工件温度和避免工件受热膨胀、同时消除夹具体热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响，提高工件的加工精度及表面质量、实现绿色钻削加工的目的。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具，它包括夹具体、夹紧块、至少一根热管和固定辅助装置，所述夹具体包括夹口，所述夹口上安装夹紧块，所述热管包括管壳、所述管壳内设有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；所述蒸发段内嵌在所述夹口的至少一个夹紧块中，所述蒸发段与夹紧块相内嵌的间隙中设有导热硅胶，所述绝热段通过固定辅助装置与夹具体固定连接，所述冷凝段设置在夹具体的外侧并与散热装置连接。
所述夹紧块上端面钻有5个φ8mm的孔，所述孔与所述蒸发段相配合。
所述热管的形状为标准圆形，管径为φ8mm。
所述夹具体包括相对应安装的左右两部分，所述热管的个数为10支，每边各5支呈单排分列在所述夹具体的左右两部分上。
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，分列在夹具体的左右两部分外侧。
所述固定辅助装置是所述绝热段与夹具体之间连接的至少一个固定卡，所述绝热段通过固定卡与夹具体连接并留有间距。
一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具的方法，采用在夹具体中安装热管，利用热管的热传导能力，将钻削过程中集中在工件钻削区域的热量消散出去，实现降低夹具体和工件温度和避免夹具体和工件受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量的效果，同时也减小夹具体热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响。
所述夹具体包括夹口，所述夹口上至少一侧安装夹紧块，所述热管与至少一个夹紧块有连接。
本发明的工作原理
一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法，该热管夹具包括夹具体、热管及其他固定辅助装置，热管包括轴向依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；热管绝热段通过固定辅助装置固定在夹具体上，热管的蒸发段内嵌在距离工件加工区域最近的夹紧块中，热管与夹紧块紧密接触，热管的绝热段与夹具体通过固定卡形成间距，热管的冷凝段设置在夹具体的外侧。工件因钻削加工产生的热量通过夹具体和热管管壁以及充满工作介质的吸液芯传递到蒸发段，所述工作介质采用液体，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，如此循环不已，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出来。这种装置可有效降低夹具体靠近工件处的温度，降低工件温度和工件受热膨胀，同时也减小夹具体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、钻削加工过程中产生的钻削热一部分传入工件，使工件钻削区域温度升高，钻削温度降低了工件的加工精度，使工件表面产生残余应力；钻削热还有一部分传至夹具体，夹具体会有热变形，本发明借助热管加快夹具体及工件的散热，有效降低了夹具体及工件的受热膨胀，提高了工件的加工精度和尺寸精度。
2、热管内嵌在夹紧块中，夹紧块可调换，不改变夹具体本身的结构。
3、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。
4、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。
5、热管的成本费用低廉，且热管夹具结构简单，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为一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具的结构示意图。
图中：1、散热片，2、固定卡，3、夹具体，4、热管，5、夹紧块，6、工件，7.冷凝段，8.绝热段，9.蒸发段，10.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4改善钻削散热的热管夹具，包括夹具体3、热管4、固定卡2、夹紧块5和散热片1，热管4包括管壳、毛细吸液芯以及起传递热能的工作介质，所述工作介质为液体，热管4形成一个高真空封闭系统；沿热管4轴向分为依次连通的蒸发段9、绝热段8和冷凝段7；热管4的蒸发段9镶嵌在距离工件加工区域最近的夹紧块5中，使之与夹紧块6紧密接触，将导热硅胶10填充热管4与夹紧块5之间的空隙；热管4的绝热段8与夹具体3设有间隔，热管4的冷凝段7设置在夹具体3的外侧。热管4的绝热段8与夹具体3之间设有固定卡2，用于固定和支撑热管4，并使绝热段8与夹具体3保持间距。冷凝段7伸出夹具体3之外，并装有散热片1。
技术方案具体采用部件包括：选用VMC0540d机床，台钳，热管4，夹紧块2个，工件60X60mm，φ20钻刀，另外为检测效果，备置一部便携式温度测温仪。
台钳夹口处设有夹紧块，将夹紧块上开孔，所述夹紧块钻有5个φ8的孔，孔与所述热管4蒸发段相配合。
所述热管4的形状为标准圆形，管径为φ8mm。
所述夹具体包括相对应安装的左右两部分，所述热管4的个数为10支，每边各5支呈单排分列在所述夹具体的左右两部分上。
所开的孔使热管4能够嵌在其中，并用导热硅胶10填充热管4与夹紧块之间的间隙，将间隙开口外部焊接防止空气进入。
热管冷凝段7与散热片1紧密结合，便于散热。
装夹工件6，在工件6中心处钻孔，测试使用热管4前后夹紧块的温度，经验证，使用热管4后，夹紧块的温度降低30%以上。
加工过程中，工件6因钻削加工产生的热量传导到热管4蒸发段9，当热管4的蒸发段9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7，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9，如此循环不己，热量由热管4的蒸发段9传至冷凝段7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。这种装置有效降低工件6的温度，从而减小对工件6力学性能和尺寸精度的影响。热管4的热响应速度接近音速，导热系数可达普通铜管的上千倍，应用热管4散热可以大大改善工件6的热量传散。
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)
1.一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具，其特征是，它包括夹具体、夹紧块、至少一根热管和固定辅助装置，所述夹具体包括夹口，所述夹口上安装夹紧块，所述热管包括管壳、所述管壳内设有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；所述蒸发段内嵌在所述夹口的至少一个夹紧块中，所述蒸发段与夹紧块相内嵌的间隙中设有导热硅胶，所述绝热段通过固定辅助装置与夹具体固定连接，所述冷凝段设置在夹具体的外侧并与散热装置连接；
所述固定辅助装置是所述绝热段与夹具体之间连接的至少一个固定卡，所述绝热段通过固定卡与夹具体连接并留有间距；
工件因钻削加工产生的热量通过夹具体和热管管壁以及充满工作介质的吸液芯传递到蒸发段，所述工作介质采用液体，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，如此循环不已，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，热量被源源不断地传导出来；
所述夹紧块上端面钻有5个φ8 mm的孔，所述孔与所述蒸发段相配合；
所述热管的形状为标准圆形，管径为φ8mm；
所述夹具体包括相对应安装的左右两部分，所述热管的个数为10支，每边各5支呈单排分列在所述夹具体的左右两部分夹紧块上；
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，分列在夹具体的左右两部分外侧；
采用在夹具体中安装热管，利用热管的热传导能力，将钻削过程中集中在工件钻削区域的热量消散出去，实现降低夹具体和工件温度和避免夹具体和工件受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量的效果，同时也减小夹具体热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响；
所述夹具体包括夹口，所述夹口至少一侧上安装夹紧块，所述热管与至少一个夹紧块有连接。
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