CN112974879B - 一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，属于超低温切削加工技术领域。该车刀为镶片式内冷车刀，在刀体内部靠近后刀面位置设置封闭式超低温介质传输通道，可精准降低切削区域温度；在主通道内布置聚酰亚胺隔热套，可抑制刀具通道内部超低温介质气化；超低温介质通过刀具侧面孔排出，不直接接触工件表面，为高分子材料超低温切削加工中遇冷收缩变形严重、表面质量差等问题提供解决方案。
Description
技术领域
本发明属于超低温切削加工领域，涉及一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀。
背景技术
由于高分子材料具备塑性良好、耐腐蚀性能强、绝缘性能优、重量轻等优良的性能，被广泛应用于通讯、电子、医疗、化工、航空、航天等领域。高分子材料多注塑成型加工，对于一些小批量、复杂结构精密零件需要进行机械加工。由于大部分高分子材料导热性差，所以加工过程中需要适当的冷却，然而乳化液会使其发生溶胀，导致加工质量差，产品合格率低。有研究表明，在切削高分子材料时，施加超低温介质冷却，能有效控制加工区域温度，提高加工质量。
超低温冷却车削是超低温冷却加工的主要手段之一，目前超低温车削加工多直接将超低温介质喷射至切削区域，无法精准降低切削区域温度且极低的温度会使高分子材料严重收缩变形，影响加工精度；且超低温介质在传输过程中易气化相变且传输压力较高，存在冷却不足和冷却介质泄漏风险。上述问题对适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀的设计制造提出了很大挑战。
目前，国内外机构研制了多种内冷车刀。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”，该内冷车刀在刀垫片与刀体中设计通道，实现冷却液在刀体内部循环冷却，但通道结构复杂、加工难度大，且刀垫片与刀体之间通道连接无密封结构，不适用于高压冷却介质的传输。大连理工大学发明专利202011316683.3中公开了“一种高冷却效能的超低温介质中空传输式车刀”，该车刀通过设计内部通道，实现了超低温介质对刀具的冷却，解决了车刀安装干涉和使用过程中的泄漏问题，但将液氮直接喷射至加工区域会导致高分子材料严重的收缩变形，影响零件的加工精度。
发明内容
本发明针对现有超低温介质内冷车刀加工高分子材料变形收缩严重、密封隔热不足易泄露、通道复杂加工难度大等问题，提出了一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，利用超低温介质热传递效应冷却刀片，达到精确降低加工区域温度的目的，解决了超低温介质直接接触工件材料所导致的收缩变形问题。优化超低温介质传输通道，降低其加工难度，能够实现高分子材料的高精度、高质量加工。
本发明采用技术方案：
一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，包括刀具主体和连接组件；在内部刀体靠近后刀面位置设置封闭式超低温介质传输通道，可精准降低切削区域温度；刀具主体通道内，装有聚酰亚胺隔热套，可抑制刀具通道内部超低温介质空化；超低温介质刀具侧面孔排出，使其不直接接触工件表面，解决了高分子材料超低温切削加工中遇冷收缩变形严重、表面质量差等问题。
所述刀具主体包括刀杆1、高性能隔热套2、压板螺钉3、压板4、刀片5、垫片螺钉6和垫片7；刀杆1内部具有中空结构，超低温介质通过主通道1.a流至主通道端面1.c与密闭冷却通道端面1.b，利用热传递效应对刀片5进行冷却，至刀杆侧面出口1.d喷出；其中密闭冷却通道端面1.b、刀杆侧面出口1.d通道轴线与主通道1.a轴线成30度角，保证超低温介质优先到达端面主通道端面1.c、密闭冷却通道端面1.b；高性能隔热套2为圆筒形结构，装入主通道1.a后，与轴肩1.e接触；垫片螺钉6穿过垫片7的中心孔后，通过螺纹连接将垫片7固定在刀杆1的螺纹孔1.f中；刀片5置于垫片7上，并与垫片7贴紧；压板螺钉3一端通过螺纹连接在刀杆1的装配孔1.g中，另一端通过螺纹连接压板4；压板4通过压板螺钉3固定压紧刀片5；
所述连接组件包括压板螺钉3与垫片螺钉6；垫片螺钉6用于将垫片7通过螺纹孔1.f固定在刀杆1上；压板螺钉3一端通过螺纹连接在刀杆1的装配孔1.g中，另一端通过螺纹连接压板4用以压紧刀片5；
装配时，首先将垫片螺钉6穿过垫片7的中心孔，通过螺纹连接，将垫片7固定到刀体1的螺纹孔1.f中，将刀片5置于垫片7上，并贴紧；然后将压板螺钉3一端通过螺纹连接在刀杆1的装配孔1.g中拧紧；随后，将压板4与压板螺钉3另一端螺纹连接拧紧，并压紧刀片5；最后，将高性能隔热套2插入主通道1.a中，采用过盈配合，并与轴肩1.e贴紧；
使用时，将超低温介质供给管道直接与刀杆1的主通道1.a末端连接，开启超低温介质输送装置，超低温介质从主通道1.a流入，先后流至主通道端面1.c、密闭冷却通道端面1.b，利用热传递效应对刀片5进行冷却，最后经刀杆侧面出口1.d喷出。
本发明的有益效果：本发明的超低温介质内冷车刀适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀发明的有益效果是实现液氮内部冷却刀片，防止了高分子材料过冷收缩变形。刀杆主内冷通道采用低导热、小线膨胀系数材料所制的聚酰亚胺隔热套，提升了隔热效果，抑制超低温介质气化；在刀体内部靠近后刀面位置设置封闭式超低温介质传输通道，可精准降低切削区域温度。超低温介质刀具侧面孔排出，使其不直接接触工件表面，解决了高分子材料超低温切削加工中遇冷收缩变形严重、表面质量差等问题。
附图说明
图1为适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀整体示意图；
图2为适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀结构示意图；
图3为刀杆1结构示意图。
图中：1-刀杆；2-高性能隔热套；3-压板螺钉；4-压板；5-刀片；6-垫片螺钉；7-垫片；1.a-主通道；1.b-密闭冷却通道端面；1.c-主通道端面；1.d-刀杆侧面出口；1.e-轴肩；1.f-螺纹孔；1.g-装配孔。
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，聚酰亚胺隔热套2的导热系数小于0.15W/(m·K)，单侧壁厚1mm；密闭冷却通道端面1.b直径4mm；主通道端面1.c直径4mm；主通道位于刀杆中心，直径8mm；刀杆1材料为40Cr，硬度为HRC32-36。
安装与使用过程如下：第一步，固定垫片7。将垫片螺钉6穿过垫片7中心孔，并将其固定在刀杆1的螺纹孔1.f中，将刀片5贴紧垫片7上表面。
第二步，安装压板4。首先，将压板螺钉3一端通过螺纹连接在刀杆1的装配孔1.g中拧紧；然后，将压板4与压板螺钉3另一端螺纹连接拧紧，同时压紧刀片5。
第三步，安装聚酰亚胺隔热套2。聚酰亚胺隔热套2与主通道1.a采用过盈配合，将聚酰亚胺隔热套2插入主通道1.a中，并顶住轴肩1.e。
第四步，将液氮供给装置连接在主通道1.a末端，开启液氮传输装置，液氮可通过主通道1.a，至主通道端面1.c、密闭冷却通道端面1.b，最后经刀杆1侧面出口1.d喷出。
本发明解决了高分子材料切削加工热变形不易控制、表面质量差等问题，合理的设计了通道结构，实现超低温介质在刀体内部冷却刀片，使用简单，安全可靠，为高分子材料超低温切削加工提供了专用刀具。
Claims (1)
1.一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，包括刀具主体和连接组件；在内部刀体靠近后刀面位置设置封闭式超低温介质传输通道，可精准降低切削区域温度；刀具主体通道内，装有聚酰亚胺隔热套，可抑制刀具通道内部超低温介质空化；
所述刀具主体包括刀杆（1）、聚酰亚胺隔热套（2）、压板螺钉（3）、压板（4）、刀片（5）、垫片螺钉（6）和垫片（7）；刀杆（1）内部具有中空结构，超低温介质通过主通道（1.a）流至主通道端面（1.c）与密闭冷却通道端面（1.b），利用热传递效应对刀片（5）进行冷却，至刀杆侧面出口（1.d）喷出；其中密闭冷却通道端面（1.b）、刀杆侧面出口（1.d）通道轴线与主通道（1.a）轴线成30度角，保证超低温介质优先到达端面主通道端面（1.c）、密闭冷却通道端面（1.b）；聚酰亚胺隔热套（2）为圆筒形结构，装入主通道（1.a）后，与轴肩（1.e）接触；
所述连接组件包括压板螺钉（3）与垫片螺钉（6）；垫片螺钉（6）用于将垫片（7）通过螺纹孔（1.f）固定在刀杆（1）上；压板螺钉（3）一端通过螺纹连接在刀杆（1）的装配孔（1.g）中，另一端通过螺纹连接压板（4）用以压紧刀片（5）；
装配时，首先将垫片螺钉（6）穿过垫片（7）的中心孔，通过螺纹连接，将垫片（7）固定到刀杆（1）的螺纹孔（1.f）中，将刀片（5）置于垫片（7）上，并贴紧；然后将压板螺钉（3）一端通过螺纹连接在刀杆（1）的装配孔（1.g）中拧紧；随后，将压板（4）与压板螺钉（3）另一端螺纹连接拧紧，并压紧刀片（5）；最后，将聚酰亚胺隔热套（2）插入主通道（1.a）中，采用过盈配合，并与轴肩（1.e）贴紧；
使用时，将超低温介质供给管道直接与刀杆（1）的主通道（1.a）末端连接，开启超低温介质输送装置，超低温介质从主通道（1.a）流入，先后流至主通道端面（1.c）、密闭冷却通道端面（1.b），利用热传递效应对刀片（5）进行冷却，最后经刀杆侧面出口（1.d）喷出。
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