CN109352099B

CN109352099B - 一种具有自润滑冷却结构的丝锥

Info

Publication number: CN109352099B
Application number: CN201811497191.1A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 张琼; 赵纪元; 卢秉恒
Original assignee: Xian Jiaotong University; National Institute Corp of Additive Manufacturing Xian
Current assignee: Xian Jiaotong University; National Institute Corp of Additive Manufacturing Xian
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109352099A

Abstract

本发明具体涉及一种具有自润滑冷却结构的丝锥。该丝锥包括丝锥柄、丝锥头以及冷却润滑液主流道，冷却润滑液主流道沿轴向设置在丝锥柄和丝锥头内；还包括冷却润滑液副流道；冷却润滑液副流道设在丝锥头内，并沿着冷却润滑液主流道中冷却润滑液流向依次设置有多组；每一组冷却润滑液副流道由圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑流道组成，每条分支冷却润滑流道一端与冷却润滑液主流道连通，另一端朝向攻丝区域；分支冷却润滑流道为弧形；丝锥柄、丝锥头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。该丝锥能够对攻丝区域直接进行均匀冷却且冷却成本低。

Description

一种具有自润滑冷却结构的丝锥

技术领域

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种具有自润滑冷却结构的丝锥。

背景技术

切削加工过程按加工类型主要分为：车削、钻削、铣削、镗削以及磨削加工；

车削是指利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸；钻削是指利用刀具在工件上加工孔的工艺方法；铣削是指将毛坯固定，利用旋转的多刃刀具在毛坯上走刀，将工件切出需要的形状和尺寸；镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的切削工艺；磨削是指用磨料切除工件上多余材料的加工方法，属于机械加工的精加工；

丝锥也是用于切削加工的一种刀具，但是其专用型比较强，仅仅用来进行内螺纹的加工。

丝锥的攻丝过程都会对丝锥进行冷却，传统的冷却方式是主要采用浇注式(外冷)的方式，这种方式采用大量切削液浇注在技工区域保证实际加工需要，但是此种方式明显导致加工成本的上升，并且在深孔加工等特殊加工方式时效果不佳，大量切削液的使用易造成环境环境污染，对设备操作人员身体健康有害。

目前，为了降低生成成本，中国专利，申请号：201621462690.3名为内冷却丝锥，提出了自冷却方式，其主要设计要点是：在丝锥排屑槽上的冷却孔，丝锥本体中心开设一与冷却孔连通的冷却通道，冷却液依次通过冷却通道、冷却孔对丝锥进行冷却，这种冷却方式的冷却较之现有的外冷方式成本大大降低，同时冷却效果也有明显提升，但是该方式存在的问题是：

1、受到加工工艺的限制冷却孔都是直孔，从冷却孔流出的冷却液没有直接作用在攻丝区域，冷却效果还是有待提升。

2、冷却孔数量不易过多，过多的冷却孔会导致整个丝锥的强度不够，易损率会大大提升，过少的冷却孔又无法满足实际冷却要求，

3、丝锥为一体式丝锥，一般使用与小直径孔加工。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种能够对攻丝区域直接进行均匀冷却且冷却成本低一种具有自润滑冷却结构的丝锥。

本发明的基本原理是：

本发明基于3D打印技术，在进行丝锥制造过程中在丝锥内部分别制造出冷却润滑液主流道与冷却润滑液副流道，从而在确保了切削刃过程能够保证在适宜的温度下进行加工，同时大大提升了攻丝过程中的冷却效率。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种具有自润滑冷却结构的丝锥，丝锥包括丝锥柄部、丝锥头以及冷却润滑液主流道，冷却润滑液主流道沿轴向设置在丝锥柄部和丝锥头内；其改进之处是：

还包括冷却润滑液副流道；

冷却润滑液副流道设在丝锥头内，并沿着冷却润滑液主流道中冷却润滑液流向依次设置有多组；每一组冷却润滑液副流道由圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑流道组成，每条分支冷却润滑流道一端与冷却润滑液主流道连通，另一端朝向攻丝区域；分支冷却润滑流道为弧形；

所述丝锥柄部、丝锥头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。

针对上述丝锥，本发明还做出了一下优化设计：

为了提高各个冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液更加均匀，上述丝锥还包括设置在丝锥头内的冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和多组冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，所述多个孔隙将冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道连通；所述基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述丝锥头的材质一致。

进一步地，为了进一步的提高刀柄处的冷却效果，所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

进一步地，受到3D打印技术的影响，为了满足润滑流道通畅，冷却润滑主流道的直径为1mm-1.2mm，分支冷却润滑流道直径为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于分支冷却润滑流道直径。

进一步地，由于丝锥磨损后就需要更换，为了减少成本，本发明的丝锥头采用分体结构：包括丝锥头本体、丝锥压条、丝锥条以及紧固螺钉；

丝锥头本体上沿圆周方向均匀开设有多条凹槽，丝锥压条通过紧固螺钉安装在凹槽内，丝锥条也放置在凹槽内，且丝锥压条与丝锥条紧密接触；所述丝锥压条与丝锥条的接触面均为相互适配的锥面。

同时，本发明还提供了一种加工机床，包括具有内冷却流道的丝锥柄部夹持部，丝锥柄部夹持部上安装上述的丝锥；丝锥上的冷却润滑液主流道与丝锥柄部夹持部上的内冷却流道连通。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用3D打印技术制造出一种在丝锥内部分别设有冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道的冷却润滑机构，不仅降低了加工过程的冷却润滑成本，并且该冷却润滑机构冷却均匀，冷却效果显著，同时还降低了冷却润滑过程中造成的环境污染，冷却润滑液副流道中的每条分支冷却润滑流道采用弧形设计，并且分支冷却润滑流道的出口朝向攻丝区域，确保了冷却润滑液直接作用在攻丝区域，进一步提升了冷却效果。

2、本发明的丝锥头内设置冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在丝锥准备攻丝之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，丝锥开始进行攻丝后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够均匀通过冷却润滑液副流道向外流出，使得每条或每组冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液流量一致，进一步地提升了冷却均匀性，确保了冷却效果。

3、本发明将丝锥柄处的冷却润滑液主流道设计成螺旋状，由于增加了丝锥柄处的冷却面积，使得攻丝所产的热量对丝锥柄或丝锥柄夹持部的影响极小，确保了丝锥以及与其配合零件的使用寿命。

4、本发明采用的丝锥头为分体式结构，丝锥基体尺寸能够根据孔的要求进行制造，满足大直径孔的攻丝要求，丝锥磨损后仅需更换丝锥条即可，大大降低了生产成本。

附图说明

图1为实施例1的纵向剖视图。

图2为实施例1的丝锥头的横向剖视图。

图3为实施例2的纵向剖视图。

图4为实施例2的丝锥头的横向剖视图。

附图标记如下：

1-冷却润滑液主流道、2-冷却润滑液副流道、21-分支冷却润滑流道、3-冷却润滑液暂存区、31-基体。

01-丝锥柄部、02-丝锥头、021-丝锥头本体、022-丝锥压条、023-丝锥条、024-紧固螺钉、025-凹槽。

具体实施方式

下面利用两个实施例以及附图对本发明提供的丝锥做进一步的介绍。

实施例1

如图1和图2所示，一种具有自冷却润滑结构的丝锥，其包括丝锥柄部01、丝锥头02以及冷却润滑液主流道1；冷却润滑液主流道沿轴向设置在丝锥柄部01和丝锥头02内、冷却润滑液副流道2设在丝锥头02内，并沿着冷却润滑液主流道1中冷却润滑液流向依次设置有多组；每一组冷却润滑液副流道2由圆周方向均匀分布的多条分支冷却润滑流道21(每条分支冷却润滑流道21均沿径向开设)组成，每条分支冷却润滑流道21一端与冷却润滑液主流道连通，另一端朝向攻丝区域；分支冷却润滑流道21为弧形；冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向每组冷却润滑液副流道2，从每组冷却润滑液副流道2中的分支冷却润滑流道21流向每个攻丝区域，实现丝锥的冷却润滑。

实施例2

如图3和图4所示，在实施例1的基础上，本发明还有更进一步的优化设计：

1、在丝锥头02内设置有冷却润滑液暂存区3，冷却润滑液暂存区3包括设置在冷却润滑液主流道1和多组冷却润滑液副流道2之间的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙；多个孔隙将冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道连通；冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向冷却润滑液暂存区3，使得冷却润滑液在丝锥准备攻丝之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，丝锥开始进行攻丝后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够通过分支冷却润滑流道21向每个攻丝区域，实现丝锥的冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得各条分支冷却润滑流道流出的冷却润滑液流量更加均匀，提升冷却效果。2、减少刀具的质量。

另外，丝锥冷却液润滑出口由于受到3D打印制造技术的限制，每条分支冷却润滑流道21直径为0.5-0.75mm，在加上由于丝锥柄夹持部内冷却流道孔径尺寸的影响，以及冷却润滑液出口数量的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道1直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下加工量的不同，产生的热不同而决定。

并且为了进一步的避免，攻丝过程中丝锥头的热量传递至丝锥柄01或与丝锥柄01连接的其他零件上，导致丝锥或其他零件的损坏，冷却润滑液主流道1设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

为了减少丝锥磨损后的更换成本，本发明的丝锥头02采用分体结构：包括丝锥头本体021、丝锥压条022、丝锥条023以及紧固螺钉024；

丝锥头本体021上沿圆周方向均匀开设有多条凹槽025，丝锥压条022通过紧固螺钉024安装在凹槽025内，丝锥条023也放置在凹槽025内，且丝锥压条022与丝锥条023紧密接触；丝锥压条022与丝锥条023的接触面均为相互适配的锥面。拆卸时，现将紧固丝锥压条的紧固螺钉松开，然后将丝锥条从凹槽内取出，之后更换新的丝锥条放置在凹槽内，最后拧紧紧固螺钉，完成丝锥条的更换。

本发明的丝锥在制造时采用3D打印技术，主要包括以下步骤：

【1】利用三维建模软件对丝锥柄和丝锥头本体进行三维建模设计；

【2】利用流体仿真软件对冷却润滑液主流道和多组冷却润滑液副流道的参数进行设计优化；保证润滑冷却流道在刀具加工过程中，润滑冷却液流量满足刀具的整体冷却要求，能够将润滑冷却液顺利输送至刀具切削加工区域；

【3】采用切片处理软件对丝锥柄和丝锥头本体模型进行分层切片处理，并对冷却润滑液暂存区域添加支撑，保证丝锥柄和丝锥头本体的整体刚性的同时，润滑冷却液能够顺利进入、流出暂存区域；后导入到3D打印设备中，利用3D打印技术对丝锥柄和丝锥头本体进行制造；

【4】最后，将丝锥条、丝锥压条通过紧固螺钉固定安装在丝锥头本体的凹槽内。

Claims

1.一种具有自润滑冷却结构的丝锥，丝锥包括丝锥柄部、丝锥头以及冷却润滑液主流道，冷却润滑液主流道沿轴向设置在丝锥柄部和丝锥头内；其特征在于：

还包括冷却润滑液副流道；

丝锥头内设置有冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和多组冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通的多个孔隙，所述多个孔隙将冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道连通；所述丝锥柄部、丝锥头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道以及基体均采用3D打印的方式加工成型，且基体的材质与所述丝锥头的材质一致；

冷却润滑液主流道的直径为1mm-1.2mm，分支冷却润滑流道直径为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于分支冷却润滑流道直径。

2.根据权利要求1所述的具有自润滑冷却结构的丝锥，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

3.根据权利要求1或2所述的具有自润滑冷却结构的丝锥，其特征在于：丝锥头采用分体结构：包括丝锥头本体、丝锥压条、丝锥条以及紧固螺钉；

4.一种加工机床，其特征在于：包括具有内冷却流道的丝锥柄部夹持部，丝锥柄部夹持部上安装如权利要求3所述的丝锥；丝锥上的冷却润滑液主流道与丝锥柄部夹持部上的内冷却流道连通。