CN114603479B - 一种含有内部冷却通道的微磨棒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有内部冷却通道的微磨棒，包括刀柄、刀颈和磨削部分，微磨棒内部设有冷却通道，磨削部分上开设与冷却通道一一对应的微沟槽，磨削部分除去微沟槽的表面上电镀有金刚石或立方氮化硼磨粒。本发明的微磨棒，引导冷却介质通过冷却通道出口喷出，作用于刀具磨削部分表面、刀具上的微沟槽以及刀具与工件之间的加工区域，对微磨削加工过程进行精准定位冷却，并达到磨屑冲洗效果。通过合理设置冷却通道的数量、分布位置、截面形状，可以降低微磨削加工区域温度，减轻磨屑与微磨棒磨粒和工件之间的粘附、堵塞作用，减少刀具磨损，延长微磨棒使用寿命，提高工件的加工精度和加工表面质量，实现多种难加工材料微小结构件的高效、高精度加工。

Description

一种含有内部冷却通道的微磨棒
技术领域
本发明涉及一种含有内部冷却通道的微磨棒，属于机械加工技术领域。
背景技术
随着先进制造业的快速发展，工业产品逐渐趋于微型化，对微小型零件及微型结构特征的需求日益增加。微小型零件的加工质量直接影响其功能和可靠性，目前，微细切削加工技术在难加工材料微小三维复杂特征零件精密加工方面具有显著优势，而微磨削通常作为微尺度切削加工的最后一道工序，可以为微小型零件提供极高的加工精度和表面质量。微磨削加工是一个微磨棒与工件材料高度耦合的过程，其加工对象多为高强度、高硬度、高韧性及高耐磨性的难加工材料，尤其是在微小孔或微深凹槽的微磨削加工过程中，易出现磨屑堵塞难以排出、磨削温度高、刀具磨损严重等问题，从而降低了微磨棒的使用寿命和微小型零件的加工质量和精度一致性。传统加工过程中通过大量浇注切削液的方式来带走切削热，但这种冷却方式中切削液难以直接作用于微切削加工区域，冷却效果有限，而内冷刀具技术可以解决这一问题。但是，对于直径1mm以下的微细刀具，由于刀具几何尺寸结构较小，在刀具切削部分制备出内冷孔十分困难，且现有内冷刀具多为钻铣刀具，缺乏关于内冷微磨棒的设计研究。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种含有内部冷却通道的微磨棒，用于降低微磨削加工区域温度，减少刀具磨损，提高微小结构件的尺寸精度、形位精度和加工表面质量，实现多种难加工材料微小结构件的高效、高精度加工。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含有内部冷却通道的微磨棒，包括刀柄、刀颈和磨削部分，所述微磨棒内部设有冷却通道，该冷却通道为平行于刀具轴线的直孔，或沿刀具轴线向磨削部分倾斜的倾斜孔；所述磨削部分上开设微沟槽，微沟槽与冷却通道一一对应；
所述磨削部分的直径d≤1mm。
当所述磨削部分的直径d≤0.5mm时，所述冷却通道贯穿所述刀柄和刀颈，冷却通道出口位于刀颈圆锥面上，冷却通道出口与刀具轴线之间的距离D＝(1～1.5)d/2；
当所述磨削部分的直径d在0.5～1mm之间时，所述冷却通道贯穿所述刀柄、刀颈和磨削部分，冷却通道出口与刀具轴线之间的距离D＝(0.65～0.9)d/2；
进一步地，所述磨削部分除去微沟槽的表面上电镀有金刚石或立方氮化硼磨粒。
进一步地，所述冷却通道的数量为至少两个，围绕刀具轴线沿圆周均布，冷却通道的截面形状为月牙形、椭圆形、扇形中的一种。
进一步地，所述磨削部分上微沟槽为直槽或螺旋形槽，微沟槽的截面形状为半圆形、V形、等腰梯形中的一种，微沟槽数量与冷却通道数量一致。
进一步地，所述含有内部冷却通道的微磨棒可以由冷却通道入口通入切削液、雾化切削液或低温压缩气体(低温压缩空气、低温CO2气体、低温氮气等)。
优选地，所述微磨棒的磨削部分直径d≤0.5mm时，其冷却通道的截形为月牙形，使沿冷却通道喷出的冷却介质在磨削部分的圆周方向上具有更大的覆盖面积；此外，其冷却通道设置为沿刀具轴线向磨削部分倾斜的倾斜孔，冷却通道的出口位于刀颈锥部前端的外表面上，微沟槽设置为直槽，通过调整冷却通道的倾斜角和冷却通道出口与刀具轴线之间的距离D，使沿冷却通道喷出的冷却介质流入刀具上的微沟槽。
优选地，所述微磨棒的磨削部分直径0.5mm<d≤1mm时，其冷却通道的截形为椭圆形或扇形，且其冷却通道设置为平行于刀具轴线的直孔，保证较大流量的冷却介质直接喷入微沟槽进而作用于磨粒与工件材料接触的磨削加工区域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出一种含有内部冷却通道的微磨棒，通过合理设置贯穿于刀柄、刀颈、磨削部分中的冷却通道的数量、分布位置，可以引导切削液、雾化切削液或低温压缩气体等冷却介质由冷却通道出口喷出，作用于刀具磨削部分表面、刀具上的微沟槽以及刀具与工件之间的微磨削加工区域，在不影响微磨棒磨削部分强度的前提下，对微磨削加工区域进行精准定位冷却，降低微磨削过程中的磨削温度和刀具磨损，提高微磨棒的寿命；同时利用切削液、雾化切削液或低温压缩气体排出冷却通道出口时的冲力达到磨屑冲洗效果，减轻磨屑与微磨棒磨粒和工件之间的粘附、堵塞作用，加速磨屑排出，进而提高工件加工精度和加工表面质量。本发明提出的含有内部冷却通道的微磨棒可以有效提高难加工材料微小零件加工过程中的加工效率、加工质量和刀具耐用度。
附图说明
图1是本发明含有内部冷却通道的微磨棒(磨削部分直径0.5mm<d≤1mm)的结构示意图；
图2是图1的左视图和右视图；
图3是本发明含有内部冷却通道的微磨棒(磨削部分直径d≤0.5mm)的结构示意图；
图4是图3的左视图和右视图；
图5是图1中微磨棒的冷却通道位置示意图；
图6为图3中微磨棒的冷却通道位置示意图；
图7是本发明实施例1中微磨棒的结构示意图；
图8是本发明实施例2中微磨棒的结构示意图；
图9是本发明实施例3中微磨棒的结构示意图。
图中：1-刀柄，2-刀颈，3-磨削部分，4-冷却通道，41-冷却通道入口，42-冷却通道出口，5-刀具轴线，6-微沟槽，7-冷却介质，8-工件。
具体实施方式
面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
如图1至图4所示，一种含有内部冷却通道的微磨棒，包括刀柄1、刀颈2和磨削部分3，微磨棒内部设有冷却通道4，该冷却通道4的数量为至少两个，围绕刀具轴线5沿圆周均布，冷却通道4的截面形状为月牙形、椭圆形、扇形中的一种；所述磨削部分3上开设微沟槽6，该微沟槽6为直槽或螺旋形槽，微沟槽6的截面形状为半圆形、V形、等腰梯形中的一种，微沟槽6的数量与冷却通道4的数量一致；所述磨削部分3除去微沟槽6的表面上电镀有金刚石或立方氮化硼磨粒；所述微磨棒加工时可以由冷却通道入口41通入切削液、雾化切削液或低温压缩气体(低温压缩空气、低温CO2气体、低温氮气等)。
上述含有内部冷却通道的微磨棒，其磨削部分直径0.5mm<d≤1mm时，冷却通道4贯穿所述刀柄1、刀颈2和磨削部分3，冷却通道出口42与刀具轴线5之间的距离D＝(0.65～0.9)d/2；冷却通道4的截形为椭圆形或扇形，且冷却通道4设置为平行于刀具轴线5的直孔(如图5所示)，保证较大流量的冷却介质7直接喷入微沟槽6进而作用于磨粒与工件材料接触的磨削加工区域。
上述含有内部冷却通道的微磨棒，其磨削部分直径d≤0.5mm时，冷却通道4贯穿所述刀柄1和刀颈2，冷却通道出口42位于刀颈2的圆锥面上，冷却通道出口42与刀具轴线5之间的距离D＝(1～1.5)d/2；冷却通道4的截形为月牙形，使沿冷却通道4喷出的冷却介质7在磨削部分3的圆周方向上具有更大的覆盖面积；此外，冷却通道4设置为沿刀具轴线5向磨削部分3倾斜的倾斜孔(如图6所示)，冷却通道4的出口位于刀颈锥部前端的外表面上，微沟槽6设置为直槽，通过调整冷却通道4的倾斜角和冷却通道出口42与刀具轴线5之间的距离D，使沿冷却通道4喷出的冷却介质7流入刀具上的微沟槽6。
本发明的工作原理为：在使用含有内部冷却通道的微磨棒时，将刀柄1固定在带有内冷系统的机床主轴上，在加工过程中，机床主轴带动微磨棒高速旋转，同时切削液、雾化切削液或低温压缩气体等冷却介质7通过机床主轴内冷孔管道进入微磨棒冷却通道入口41，沿内部冷却通道4流动最终通过冷却通道出口42喷出，作用于刀具磨削部分3表面、刀具上的微沟槽6以及刀具与工件之间的微磨削加工区域。在此过程中不断对磨削部分3和工件8进行降温，在不影响微磨棒磨削部分3强度的前提下，对微磨削加工区域进行精准定位冷却，降低微磨削过程中的磨削温度和刀具磨损，提高微磨棒的寿命；同时利用冷却介质7排出冷却通道出口42时的冲力达到磨屑冲洗效果，减轻磨屑与微磨棒磨粒和工件之间的粘附、堵塞作用，加速磨屑排出，进而提高工件加工精度和加工表面质量。
实施例1：
如图7所示，微磨棒的磨削部分直径d＝0.8mm，长度L＝3mm，刀颈锥角θ＝30°，刀具整体长度L0＝40mm,刀柄1的直径d0＝3mm，含有三条均布的冷却通道4，冷却通道4的截形为椭圆形，且冷却通道出口42与刀具轴线5之间的距离D＝0.28mm；微沟槽6为螺旋形槽，截形为半圆形。
实施例2：
如图8所示，微磨棒的磨削部分直径d＝0.8mm，长度L＝3mm，刀颈锥角θ＝30°，刀具整体长度L0＝40mm,刀柄1的直径d0＝3mm，含有四条均布的冷却通道4，冷却通道4的截形为扇形，且冷却通道出口42与刀具轴线5之间的距离D＝0.32mm；微沟槽6为直槽，截形为等腰梯形。
实施例3：
如图9所示，微磨棒的磨削部分直径d＝0.4mm，长度L＝2mm，刀颈锥角θ＝30°，刀具整体长度L0＝30mm,刀柄1的直径d0＝3mm，含有三条均布的冷却通道4，冷却通道4的截形为月牙形，且冷却通道出口42与刀具轴线5之间的距离D＝0.3mm；微沟槽6为直槽，截形为半圆形。
上述虽然结合附图和实施例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，所述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 (4)

1.一种含有内部冷却通道的微磨棒，其特征在于：
包括刀柄、刀颈和磨削部分；
所述微磨棒内部设有冷却通道，所述冷却通道的数量为至少两个，围绕刀具轴线沿圆周均布；所述磨削部分上围绕刀具轴线沿圆周均布地开设有微沟槽，微沟槽数量与冷却通道数量一致，微沟槽朝向冷却通道的端部与冷却通道的出口一一对应；
当其磨削部分直径0.5mm<d≤1mm时，所述冷却通道为平行于刀具轴线、截形为椭圆形或扇形的直孔，并贯穿所述刀柄、刀颈和磨削部分，冷却通道出口与刀具轴线之间的距离D＝(0.65～0.9)d/2，从而保证较大流量的冷却介质直接喷入微沟槽进而作用于磨粒与工件材料接触的磨削加工区域；
当其磨削部分直径d≤0.5mm时，所述冷却通道贯穿所述刀柄和刀颈，冷却通道出口位于刀颈的圆锥面上，冷却通道出口与刀具轴线之间的距离D＝(1～1.5)d/2，所述冷却通道的截形为月牙形，使沿冷却通道喷出的冷却介质在磨削部分的圆周方向上具有更大的覆盖面积；所述冷却通道设置为沿刀具轴线向磨削部分倾斜的倾斜孔，通过调整冷却通道的倾斜角和冷却通道出与刀具轴线之间的距离D，使沿冷却通道喷出的冷却介质流入刀具上的微沟槽。
2.根据权利要求1所述的含有内部冷却通道的微磨棒，其特征在于，微沟槽为直槽或螺旋形槽，微沟槽的截面形状为半圆形、V形、等腰梯形中的一种。
3.根据权利要求1-2任一项所述的含有内部冷却通道的微磨棒，其特征在于，所述微磨棒加工时由所述冷却通道入口通入切削液、雾化切削液或低温压缩气体。
4.根据权利要求1-2任一项所述的含有内部冷却通道的微磨棒，其特征在于，所述磨削部分除去微沟槽的表面上电镀有金刚石或立方氮化硼磨粒。
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