CN108290222B - 用于低温冷却的镗刀 - Google Patents

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Abstract

一种低温冷却的镗刀设计减小了低温冷却剂由冷却剂泄漏和冷却剂排出对工件引起的影响。刀具本体具有用于保持切削刀具刀片的刀架，以及通过刀具本体和刀架来将低温冷却剂供应至刀具刀片的冷却剂供应通路。进料传递管将刀具本体中的冷却剂供应通路连接到刀架中的冷却剂供应通路。隔热管对刀具本体和刀架中的冷却剂供应通路的部分进行内衬。进料传递管和隔热管的收缩率引起隔热管的压配，以在低温冷却剂流过供应通路时收紧隔热管与进料传递管之间的密封。用于沸腾的制冷剂的刀具上的排出端口保持在工件开孔外。

Description

用于低温冷却的镗刀
技术领域
本装置涉及用于低温冷却的镗刀以减小工件的热相关的开孔几何变形的温度管理。
背景技术
将低温冷却剂应用到切削刀具以减小切削刃磨损已证明在铣削、车削和其他金属切削过程中是有利的。已经发现，在例如缸镗的镗孔操作中使用低温冷却的切削刀具可导致开孔变形，这由来自刀具的低温冷却剂与缸壁发生接触引起，该接触由从刀具排至环境的冷却剂，以及来自刀具内的冷却剂流路的低温冷却剂泄漏引起。关于刀具本体内的冷却剂流路中的泄漏，难以密封切刀本体与保持切削刀片的可调节的刀架之间的界面。
将有利的是开发出不会将冷却剂排入开孔中的使用低温冷却剂来用于镗孔操作的切削刀具。
还将有利的是开发其中最大程度地减小来自刀具内的冷却剂流路的冷却剂泄漏的使用低温冷却剂来用于镗孔操作的切削刀具。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种低温冷却的镗刀，其减小低温冷却剂由于冷却剂泄漏和冷却剂排出引起的对工件的影响，所述镗刀包括：具有用于保持切削刀具刀片的至少一个刀架的刀具本体；用于将低温冷却剂供应至所述切削刀具刀片的所述刀具本体内的冷却剂流路，以及用于将冷却剂从所述切削刀具刀片引导至环境的所述刀具本体内的至少一个内部排出通路；所述冷却剂流路包括所述切削刀具本体中的进料通路，以及所述刀架中的进料通路；用于使所述切削刀具本体中的进料通路与所述刀架中的进料通路连接的进料传递管；以及对所述切削刀具本体中的所述进料通路的至少一部分进行内衬的第一隔热管，以及对所述刀架中的所述进料通路的至少一部分进行内衬的第二隔热管，其中所述进料传递管压配在所述第一隔热管和所述第二隔热管的端部中，以及其中所述进料传递管和所述第一隔热管和第二隔热管的收缩率引起所述隔热管的压配，以在低温冷却剂流过所述冷却剂流路时收紧所述隔热管与所述进料传递管之间的密封，以防止低温冷却剂从所述冷却剂流路泄漏。
本发明的更多优选实施例呈现了本发明的多个不同方面。
附图说明
图1为镗刀的端部透视图。
图2为工件的圆柱形开孔中的图1的镗刀的侧视图。
图3为保持切削刀具刀片的刀架的透视图。
图4为切削刀具刀片的底面的透视图。
图5为刀片的顶面的透视图。
图6为镗刀的前部的部分剖切的详细透视图。
图7为镗刀的前部的侧截面视图。
图8为图7中指定的截面8的详图。
图9为图8中所示的连接管的详图。
具体实施方式
图1为大体上由参考标号10指出的镗刀的前端的端部透视图。镗刀10可具有刀具本体11，其带有大体上圆柱形的外表面12、用于将刀具联接到旋转驱动器上的柄端13，以及接合工件的前端14。前端14可支承多个切削刀具刀片16。镗刀10可具有刀具内的冷却剂流路15，其包括从柄端13延伸到镗刀10的前端14用于将冷却剂传导到切削刀具刀片16的刀具本体中的冷却剂供应通路17，以及用于将冷却剂从刀片16传导回柄端13的多个内部排出通路18。如下文更完整地描述，冷却剂流路15还包括刀具本体中的径向进料通路52，以及切削刀具刀片16安装在其中的刀架30中的刀架进料通路55。
冷却剂供应通路17可沿刀具的旋转轴线20定位，且内部排出通路18可定位在刀具的供应通路17与外表面12之间。内部排出通路18可与刀具本体11的外表面12间隔开，以减小冷却剂对刀具本体11的外表面12的冷却效果。使用的冷却剂可为低温冷却剂，例如液氮(LN2)，或用于工业机加工操作的任何其他低温冷却剂。冷却剂供应通路17和内部排出通路18两者可衬有低温相容的隔热材料21，例如塑料。在优选实施例中，使用了聚四氟乙烯(PTFE)的管或衬层，但可使用其他材料。镗刀10可具有围绕刀具的前端14的外圆周间隔开的多个切削刀具刀片16。各个刀片16均可具有活动切削刃39，其在切削操作期间接合工件。在所示的实施例中，存在五个切削刀具刀片16，但可如期望提供更多或更少的切削刀具刀片16。
图2为圆柱形开孔中(例如，工件23（诸如内燃机）的缸孔24中)的图1的镗刀的侧视图。各个内部排出通路18联接到形成于切削刀具本体11的外表面12上的排出端口26上。排出端口26远离切削刀具刀片16而定位在切削刀具本体11上，以便在刀具本体11的前部上的切削刀具刀片16的活动切削刃39通过缸孔24且如图所示在圆柱形开孔24外的外侧时，端口26在圆柱形开孔24的外侧。因此，镗刀10设计成以便排出端口26与切削刀具刀片16的活动切削刃之间的轴向距离27大于其中将使用刀具10的开孔24的深度28。
图3为保持切削刀具刀片16的刀架30的详图。刀架30可具有一个或多个安装孔31，其可接收未示出的刀架安装螺栓，以用于将刀架30安装在刀具的前端14，以及径向调节螺钉35，其弯曲刀架30以通过调节切削刀具刀片16的活动切削刃39的位置而调节刀具10的切削直径。刀架30可形成有接收切削刀具刀片16的腔穴32。切削刀具刀片16可由刀片安装螺栓34保持抵靠腔穴32的后壁33。刀片安装螺栓34可穿过刀片安装螺栓孔36，其可在刀片的顶面37与刀片16的底面38之间延伸。
图4为切削刀具刀片16的底面38的透视图。底面38可具有围绕刀片16的外周延伸的升高的外沿41，以及围绕刀片安装螺栓孔36的升高的内沿42。升高的外沿41和升高的内沿42位于公共平面中。通道43可形成在刀片16的升高的外沿41与升高的内沿42之间。如下文更完整地描述，当切削刀具刀片16安装在刀架30中时，刀片的升高的外沿41和升高的内沿42抵靠腔穴32的后壁33，且通道43和后壁33形成冷却剂腔45。刀片排出端口47可形成在刀片16的两侧上。刀片排出端口47与形成在刀片的底面38上的通道43连通，且可在刀片16安装在刀架腔穴32中时，与形成在刀架30中的刀架排出通路49对齐。
图5为图4中的切削刀具刀片16的顶面37的透视图。
图6为局部剖切的镗刀10的前部透视图，示出了刀具的前端14的上半部分，而图7为刀具的前端14的上半部分的侧截面视图。刀架30安装在刀具本体11的前端14上的承座表面51上，且切削刀具刀片16安装在刀架30中。冷却剂流路15包括刀具本体中的轴向冷却剂供应通路17和径向进料通路52，以及刀架30中的刀架进料通路55。刀具本体11中的径向进料通路52终止于承座表面51处。进料传递管54可插入径向进料通路52的上部中，且可使径向进料通路52与形成在刀架30中的刀架进料通路55联接。如下文更完整地描述，刀架进料通路55可将冷却剂输送到刀片16中的冷却剂腔45。进料传递管54可具有延伸到刀架30中的部分62，且可具有拧入刀具本体11中的螺纹部分60。
刀架排出通路49形成在刀架30中，且可从腔穴32延伸到刀架30的底面57。排出物传递管58使刀架排出通路49与径向排出通路59联接，径向排出通路59从形成在刀具本体11中的承座表面51延伸到形成在刀具本体11中的内部排出通路18。内部排出通路18可在轴向方向上沿镗刀10朝向刀具的柄端13延伸，且可与如图1和2中所示的排出端口26中的一个连通。内部排出通路18可衬有低温相容的隔热件，以最大程度地减小内部排出通路18中的冷却剂与刀具本体11之间的热传递。排出端口26可定位在刀具本体的外表面12上，以便其在刀具本体11如图2中所示完全插入开孔24中时保持在工件23的圆柱形开孔24外。
如图8和9中最佳所见，进料传递管54可具有螺纹部分60，且可拧入刀具本体11中。进料传递管54可具有任一端上的接套。第一接套61可压配到对径向进料通路52进行内衬的第一隔热管66中，且第二接套62可压配到可对刀架进料通路55进行内衬的第二隔热管67中。进料传递管54可由金属形成，且在优选实施例中，使用了不锈钢。可使用其他材料或金属。第一隔热管66和第二隔热管67相应可包括低温相容的隔热材料，例如塑料或尼龙。在优选实施例中，使用了PTFE管。可使用其他材料。
参考回图6和7，排出物传递管58可在第一端上与刀具本体11中的径向排出通路59连通，且在第二端上与形成在刀架30中的刀架排出通路49连通。排出物传递管可由金属形成，且在构造上类似于进料传递管54，但可为不同尺寸以适应排出流的流动要求。排出物传递管58可有螺纹，且可拧入刀具本体11中。排出物传递管58可具有任一端上的接套。第一接套63可压配到对径向排出通路59进行内衬的第三隔热管68中，且第二接套64可压配到对刀架排出通路49进行内衬的第四隔热管69中。第三隔热管68和第四隔热管69分别可包括低温相容的隔热材料，例如塑料或尼龙。在优选实施例中，使用了PTFE管。可使用其他材料。
冷却剂进料通路可从冷却剂供应通路17延伸至由切削刀具刀片16形成的冷却剂腔45，且可包括径向进料通路52和刀架进料通路55，刀架进料通路55从进料传递管54的一端通过刀架30延伸至刀架腔穴32的后壁33中的进料出口70。进料出口70与形成在刀片16的底面38上的升高的外沿41与升高的内沿42之间的冷却剂腔45对齐。
在使用中，低温冷却剂可从外部供应源供应至刀具本体11中的冷却剂供应通路17。制冷剂可从冷却剂供应通路17进入径向进料管线52和安装在刀具本体11中的进料传递管54。制冷剂可从进料传递管54进入刀架进料通路55。来自刀架进料通路55的冷却剂可进入刀片16的底面38上的冷却剂腔45，从而冷却刀片16，且尤其是与工件23接触的刀片的切削刃39。由冷却剂腔45中的低温冷却剂的沸腾产生的排出物可通过刀架排出通路49引导到切削刀具本体11中的排出物传递管58，引导到排出通路18，且引导到将冷却剂排至环境的排出端口26。如图2中所示，排出端口26在工件开孔24外，以保持来自端口的低温排出流与工件23之间的大气屏障。
通过刀具本体11中的流路的低温冷却剂流冷却形成流路的构件，包括隔热管66-69，其匹配至传递管54和58的任一端。当隔热管66-69收缩时，其收紧第一隔热管66和第二隔热管67与进料传递管54之间的密封，以及第三隔热管68和第四隔热管69与排出物传递管58之间的密封，因为隔热管66-69的收缩大于金属传递管54和58的收缩。传递管54和58上的隔热管66-69的收缩由于匹配部分的收缩率差异而产生了防漏密封。通过将排出端口26定位在缸孔24外，将排出端口26引导远离工件材料23，以及防止冷却剂供应通路和内部排出通路(其中那些通路穿过刀具本体11和刀架30之间)中的制冷剂泄漏，减小了低温冷却剂对开孔24的影响，保持了工件中的圆柱形开孔24的圆度、直度和圆柱度。
在已经因此描述了本发明之后，本领域的技术人员将清楚各种修改和变形，这些修改和变型旨在处于由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种低温冷却的镗刀，其减小低温冷却剂由于冷却剂泄漏和冷却剂排出引起的对工件的影响，所述镗刀包括：
具有用于保持切削刀具刀片的至少一个刀架的刀具本体；
用于将低温冷却剂供应至所述切削刀具刀片的所述刀具本体内的冷却剂流路，以及用于将冷却剂从所述切削刀具刀片引导至环境的所述刀具本体内的至少一个内部排出通路；
所述冷却剂流路包括所述切削刀具本体中的进料通路，以及所述刀架中的进料通路；
用于使所述切削刀具本体中的进料通路与所述刀架中的进料通路连接的进料传递管；以及
对所述切削刀具本体中的所述进料通路的至少一部分进行内衬的第一隔热管，以及对所述刀架中的所述进料通路的至少一部分进行内衬的第二隔热管，其中所述进料传递管压配在所述第一隔热管和所述第二隔热管的端部中，以及其中所述进料传递管和所述第一隔热管和第二隔热管的收缩率引起所述隔热管的压配，以在低温冷却剂流过所述冷却剂流路时收紧所述隔热管与所述进料传递管之间的密封，以防止低温冷却剂从所述冷却剂流路泄漏。
2.根据权利要求1所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
所述进料传递管上的第一接套，其中所述第一接套压配到对所述刀具本体中的进料通路的至少一部分进行内衬的所述第一隔热管中；以及
所述进料传递管上的第二接套，其中所述第二接套压配到对所述刀架中的进料通路的至少一部分进行内衬的所述第二隔热管中。
3.根据权利要求2所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
所述进料传递管上的螺纹部分，其中所述螺纹部分拧入所述刀具本体中。
4.根据权利要求1所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
所述内部排出通路，其包括所述切削刀具本体中的冷却剂排出通路，以及所述刀架中的刀架排出通路；
用于将所述切削刀具本体中的冷却剂排出通路连接到所述刀架中的刀架排出通路上的排出物传递管；
对所述刀具本体中的内部排出通路的至少一部分进行内衬的第三隔热管；以及
对所述刀架中的刀架排出通路的至少一部分进行内衬的第四隔热管，其中所述排出物传递管压配到所述第三隔热管和所述第四隔热管的端部中，以及其中所述排出物传递管与所述第三隔热管和第四隔热管的收缩率引起所述隔热管的压配，以在低温冷却剂流过所述冷却剂排出通路时收紧所述隔热管与所述排出物传递管之间的密封，以防止低温冷却剂从所述内部排出通路泄漏。
5.根据权利要求4所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
所述排出物传递管上的第一接套，其中所述第一接套压配到对所述刀具本体的内部排出通路的至少一部分进行内衬的所述第三隔热管中；以及
所述排出物传递管上的第二接套，其中所述第二接套压配到对所述刀架中的刀架排出通路的至少一部分进行内衬的所述第四隔热管中。
6.根据权利要求5所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
所述排出物传递管上的螺纹部分，其中所述螺纹部分拧入所述刀具本体中。
7.根据权利要求4所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
用于接收所述切削刀具刀片的形成在所述刀架中的腔穴，以及形成在所述腔穴中的后壁；以及
形成在所述切削刀具刀片的底面中的通道，由此在所述切削刀具刀片安装在所述刀架中时，所述刀片的底面抵靠所述腔穴的后壁，以及所述通道和所述后壁形成冷却剂腔来冷却所述刀片。
8.根据权利要求7所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
将所述刀架中的进料通路联接到所述冷却剂腔的刀架进料通路，以及
形成在所述刀片中且将所述冷却剂腔联接至所述刀架排出通路的刀片排出端口，其中来自所述刀架进料通路的冷却剂进入所述冷却剂腔来冷却所述刀片，且由所述冷却剂腔中的低温冷却剂的沸腾产生的排出物通过所述内部排出通路引导至环境。
9.根据权利要求8所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，还包括：
用于将低温冷却剂从所述内部排出通路排出至环境的所述刀具本体上的至少一个排出端口；以及
所述切削刀具刀片上的活动切削刃，其中所述至少一个排出端口位于所述刀具本体上、远离所述切削刀具刀片，使得所述至少一个排出端口与所述切削刀具刀片的活动切削刃之间的距离大于其中将使用所述镗刀的工件中的开孔的深度，由此当所述刀具本体完全插入所述开孔中时，所述至少一个排出端口保持在所述开孔外，以在来自所述至少一个排出端口的排出流与所述工件之间保持大气屏障。
10.根据权利要求1所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，所述第一隔热管和所述第二隔热管为聚四氟乙烯管。
11.根据权利要求1所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，所述进料传递管由金属形成。
12.根据权利要求1所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，所述进料传递管由不锈钢形成。
13.根据权利要求4所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，所述第三隔热管和所述第四隔热管为聚四氟乙烯管。
14.根据权利要求4所述的低温冷却的镗刀，其特征在于，所述排出物传递管由金属形成。
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