CN112475341A - 一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀 - Google Patents

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甘涌泉
刘阔
刘海波
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杨月冰
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Abstract

本发明公开了一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀，属于超低温切削加工技术领域。该车刀主要由刀具主体和喷射组件组成，起到了将超低温介质精准传输至前后刀面及刀尖领域的作用，并实现了超低温隔热功能，提高超低温介质传输效率。刀具主体的中空结构和喷射组件中有隔热涂层，抑制超低温介质的相变气化；喷射组件直接与刀具主体中空通道采用螺纹连接，保证了稳定的喷射距离，操作简单，安全可靠。

Description

一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀
技术领域
本发明属于超低温切削加工技术领域，涉及一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀。
背景技术
钛合金、高温合金和复合材料等具有高强度、耐高温等优良性能的难加工材料被广泛应用于航空航天等领域高端装备的核心部件上。这些优良性能的难加工材料在加工过程中，通常呈现切削区温度高，导热性差，刀具磨损严重等特点。
对切削区域施加超低温冷却(如液氮),能够有效降低难加工材料在切削加工中产生的高切削热，改善材料切削性能、提高切削效率及刀具寿命，超低温介质通常无污染，无需回收处理，可实现清洁切削。内喷式冷却是一种较为先进的超低温介质施加方式，需将超低温介质通过刀具中空通道直接传输至刀刃－工件接触区，对切削区域直接施加冷却。
针对目前超低温冷却车削加工，主要有内喷式和外喷式两种超低温介质供给方式，外喷式结构复杂，需要额外工装，或直接手持喷射，集成性、安全性差，使用效率低，而内喷式只需要转接头将车刀和超低温冷却介质供给装置连接，即可通过刀杆内部中空通道，直接将冷却介质传输至加工区域，提高了使用效率、集成性与安全性。华中科技大学在发明专利CN201711006925.7中公开了一种具有循环冷却功能的新型内冷车刀。株洲钻石切削刀具股份有限公司在实用新型专利CN201520044250.5中，公开了通过喷液销钉喷射冷却液的内冷车刀。上述两种内冷车刀都只针对切削液设计，没有考虑超低温介质遇热易相变、喷射距离有限等问题，因此不适用于超低温冷却介质，冷却效能有限。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是针对现有内冷车刀只用于切削液使用的情况，提出了一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀，利用转接头，即可直接将刀杆连接到超低温冷却介质供给装置，操作方面，提高冷却效能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀，包括刀具主体和喷射组件；刀具主体具有中空结构，为超低温介质提供传输通道；刀具主体的中空结构中有隔热涂层，抑制超低温介质受刀体和环境温度的影响，防止超低温介质相变的产生；喷射组件与刀具主体中空通道连接，通道内部附有隔热涂层，可将超低温介质精准传输至前后刀面及刀尖领域。
所述的刀具主体包括刀杆1、垫片6、刀片5、杠杆7、紧固螺钉8和转接头4；刀杆1内部设有具有隔热涂层的中空通道1.a和连接通道1.b，用于将超低温介质传输至喷射组件，其中，连接通道1.b内有螺纹，与转接头4通过螺纹连接，中空通道1.a两端设有螺纹，顶部螺纹1.a1用于连接前刀面喷嘴2，底部螺纹1.a2用于连接后刀面喷嘴3；垫片6和刀片5通过杠杆结构固定，避免与喷嘴干涉，将垫片6和刀片5通过中心孔，套入杠杆7中，利用紧固螺钉8固定并压紧。
所述喷射组件包括前刀面喷嘴2和后刀面喷嘴3；前刀面喷嘴2和后刀面喷嘴3为中空结构，且中空通道内部具有隔热涂层，可将超低温介质从刀体1内，传输至刀片5的前后刀面及刀尖邻域；前刀面喷嘴2通过前刀面喷嘴螺纹部2.a，与刀杆1顶部螺纹1.a1连接，喷射出口中心线与刀尖重合；后刀面喷嘴3通过后刀面喷嘴螺纹部3.a，与刀杆1底部螺纹1.a2连接，喷射出口中心线与刀尖重合。
装配时，首先将杠杆7，装入刀杆1的凹槽1.d中，将垫片6通过中心孔套入杠杆7中，再将刀片5通过中心孔套入杠杆7中，并与垫片6贴紧，将紧固螺钉8置于刀杆1的装配孔1.c中，并通过螺纹拧紧；然后，将前刀面喷嘴2，通过前刀面喷嘴螺纹部2.a拧入刀体1的中空通道1.a顶部螺纹1.a1，将后刀面喷嘴3，通过前刀面喷嘴螺纹部3.a拧入刀体1的中空通道1.a底部螺纹1.a2；最后，将转接头4通过连接通道1.b内螺纹与刀体1连接。
使用时，将超低温介质供给装置与转接头4连接，开启超低温介质传输装置，超低温介质通过转接头4进入刀杆1的连接通道1.b和中空通道1.a，通过中空通道1.a，将超低温介质分别传输至前刀面喷嘴2和后刀面喷嘴3；在前刀面喷嘴2中，超低温介质先后通过前刀面喷嘴注入段通道2.b、前刀面喷嘴中间段通道2.c和前刀面喷嘴喷射段通道2.d，将超低温介质传输至刀片5的前刀面和刀尖邻域；在后刀面喷嘴3中，超低温介质先后通过后刀面喷嘴注入段通道3.b、后刀面喷嘴中间段通道3.c和后刀面喷嘴喷射段通道3.d，将超低温介质传输至刀片5的主、副后刀面和刀尖邻域。
本发明的有益效果是超低温介质稳定传输的内冷式车刀实现了超低温介质的内部传输，中空通道均具有隔热涂层，抑制了刀杆及环境温度对超低温介质造成的影响，限制了超低温介质的气化相变，并保证了稳定的喷射距离，传输稳定，操作简单，安全可靠。
附图说明
图1为超低温介质内冷式车刀整体示意图；
图2为超低温介质内冷式车刀结构示意图；
图3为刀杆1通道结构示意图；
图4为前刀面喷嘴2结构示意图；
图5为后刀面喷嘴3结构示意图。
图中：1-刀杆；2-前刀面喷嘴；3-后刀面喷嘴；4-转接头；5-刀片；6-垫片；7-杠杆；8-紧固螺钉；1.a-中空通道；顶部螺纹1.a1；底部螺纹1.a2；1.b-连接通道；1.c-装配孔；1.d-凹槽；2.a-前刀面喷嘴螺纹部；2.b-前刀面喷嘴注入段通道；2.c-前刀面喷嘴中间段通道；2.d-前刀面喷嘴喷射段通道；3.a-后刀面喷嘴螺纹部；3.b-后刀面喷嘴注入段通道；3.c-后刀面喷嘴中间段通道；3.d-后刀面喷嘴喷射段通道。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施方式：
本实施例中，超低温介质为液氮，中空通道1.a、连接通道1.b、前刀面喷嘴注入段通道2.b、前刀面喷嘴中间段通道2.c、前刀面喷嘴喷射段通道2.d、后刀面喷嘴螺纹部3.a、3.b-后刀面喷嘴注入段通道3.b、后刀面喷嘴中间段通道3.c和后刀面喷嘴喷射段通道3.d通道内涂层材料为氧化锆，导热系数小于2.5W/m·K；刀杆1材料为40Cr，硬度为HRC32-36，前刀面喷嘴2和后刀面喷嘴3喷射出口形状采用圆角矩形。
超低温介质稳定传输的内冷式车刀装配与使用过程如下：第一步，将杠杆7装入刀杆1的凹槽1.d中，依次将垫片6和刀片5通过中心孔套入杠杆，并保持垫片6和刀片5贴紧，然后将紧固螺钉8装入刀杆1的装配孔1.c中，最后拧紧螺纹，使杠杆7压紧，固定垫片6和刀片5；
第二步，安装前刀面喷嘴2和后刀面喷嘴3；将前刀面喷嘴2，通过前刀面喷嘴螺纹部2.a拧入刀体1的中空通道1.a顶部螺纹1.a1，再将后刀面喷嘴3，通过前刀面喷嘴螺纹部3.a拧入刀体1的中空通道1.a底部螺纹1.a2；
第三步，将转接头4通过螺纹，与刀体1的连接通道1.b内螺纹连接，最后，连接液氮供给装置，开启液氮输送系统，液氮依次通过转接头4、刀杆1、前刀面喷嘴2和后刀面喷嘴3，将液氮稳定传输至刀片5的前后刀面及刀尖邻域。
本发明有效的通过隔热和喷嘴设计，抑制了外界温度对超低温介质的影响，限制了超低温介质的气化相变，同时也保证了超低温介质稳定的喷射距离，为超低温冷却加工提供了稳定的车削刀具；车刀操作简单，集成性好，安全可靠。

Claims (1)

1.一种超低温介质稳定传输的内冷式车刀，其特征在于：该超低温介质稳定传输的内冷式车刀包括刀具主体和喷射组件；刀具主体具有中空结构，为超低温介质提供传输通道；刀具主体的中空结构中有隔热涂层，抑制超低温介质受刀体和环境温度的影响，防止超低温介质相变的产生；喷射组件与刀具主体中空通道连接，通道内部附有隔热涂层，将超低温介质精准传输至前后刀面及刀尖；
所述的刀具主体包括刀杆(1)、垫片(6)、刀片(5)、杠杆(7)、紧固螺钉(8)和转接头(4)；刀杆(1)内部设有具有隔热涂层的中空通道(1.a)和连接通道(1.b)，用于将超低温介质传输至喷射组件，其中，连接通道(1.b)内有螺纹，与转接头(4)通过螺纹连接，中空通道(1.a)两端设有螺纹，顶部螺纹(1.a1)用于连接前刀面喷嘴(2)，底部螺纹(1.a2)用于连接后刀面喷嘴(3)；垫片(6)和刀片(5)通过杠杆(7)固定，避免与喷嘴干涉，将垫片(6)和刀片(5)通过中心孔，套入杠杆(7)中，利用紧固螺钉(8)固定并压紧；
所述喷射组件包括前刀面喷嘴(2)和后刀面喷嘴(3)；前刀面喷嘴(2)和后刀面喷嘴(3)为中空结构，且中空通道内部具有隔热涂层，可将超低温介质从刀杆(1)内，传输至刀片(5)的前后刀面及刀尖；前刀面喷嘴(2)通过前刀面喷嘴螺纹部(2.a)，与刀杆(1)顶部螺纹(1.a1)连接，其喷射出口中心线与刀尖重合；后刀面喷嘴(3)通过后刀面喷嘴螺纹部(3.a)，与刀杆(1)底部螺纹(1.a2)连接，其喷射出口中心线与刀尖重合；
装配时，首先将杠杆(7)，装入刀杆(1)的凹槽(1.d)中，将垫片(6)通过中心孔套入杠杆(7)中，再将刀片(5)通过中心孔套入杠杆(7)中，并与垫片(6)贴紧，将紧固螺钉(8)置于刀杆(1)的装配孔(1.c)中，并通过螺纹拧紧；然后，将前刀面喷嘴(2)，通过前刀面喷嘴螺纹部(2.a)拧入刀杆(1)的中空通道(1.a)顶部螺纹(1.a1)，将后刀面喷嘴(3)，通过前刀面喷嘴螺纹部(3.a)拧入刀体1的中空通道(1.a)底部螺纹(1.a2)；最后，将转接头(4)通过连接通道(1.b)内螺纹与刀体1连接。
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