CN116604396A - 一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，包括流量控制器、控制系统和温度检测组件，温度检测组件及流量控制器均与控制系统电性连接，控制系统通过温度检测组件反馈的温度调整流量控制器；控制氮气流量的流量控制器设置在管道上，氮气源通过管道与喷嘴连接，喷嘴对刀具进行冷却，温度检测组件对刀具的温度进行实时检测。本发明还公开了一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置的使用方法。本发明采用上述延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法，能够解决现有的高速干式切削刀具使用寿命短，冷却气体用量大的问题。

Description

一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法

技术领域

本发明涉及切削刀具技术领域，尤其是涉及一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法。

背景技术

随着机械制造技术的发展和人们环保意识的提高，干式切削由于不需要使用切削液，加工后无污染物排放，因此高速干式切削的应用越来越广泛。高速干式切削由于没有切削液的冷却润滑作用，切削过程中切削刀具和工件的温度显著升高，导致切削刀具的磨损加剧，使用寿命明显降低。

对硬质合金和聚晶立方氮化硼切削刀具在适当的温度进行退火可改善刀具的力学性能，使其使用寿命明显提高。但是这并不能从根本上解决刀具在切削过程中磨损严重的问题。

对加工中的刀具进行冷却，以降低刀具自身温度，有利于提高刀具的使用寿命。采用液氮作为介质对切削的工件和刀具进行降温，由于冷却速度太快，容易造成刀具的崩刀。

中国专利CN108393741 A公开了一种氮气射流硬态切削加工装置及切削方法，高压氮气喷头喷出的氮气喷向工件和切削刀具的接触加工部位，利用氮气使切削刀具和工件降温并和空气隔绝，并利用车削过程中产生的温度使工件表层形成富氮层，以提高刀具的使用寿命。但是该专利中不能较准确的控制刀具的温度，不能实现刀具的可控冷却，一方面造成氮气用量增加，另一方面刀具的寿命提高不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，解决现有的高速干式切削刀具使用寿命短，冷却气体用量大的问题。本发明的另一个目的是提供一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置的使用方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，包括流量控制器、控制系统和温度检测组件，温度检测组件及流量控制器均与控制系统电性连接，控制系统通过温度检测组件反馈的温度调整流量控制器；控制氮气流量的流量控制器设置在管道上，氮气源通过管道与喷嘴连接，喷嘴对刀具进行冷却，温度检测组件对刀具的温度进行实时检测。

优选的，所述刀具为硬质合金刀具、立方氮化硼刀具、镀膜硬质合金刀具或镀膜立方氮化硼刀具。

优选的，所述喷嘴的出气口朝向刀具的刀尖。

优选的，所述温度检测组件用于检测与工件接触的刀具的刀尖处温度。

优选的，所述流量控制器为超声波气体流量计、气体质量流量计、气体涡街流量计或压差式气体流量计。

优选的，所述氮气源包括高压氮气瓶或氮气发生器和空压机组成的高压氮气供给系统。

优选的，所述温度检测组件为红外测温仪、热成像仪或热电偶。

优选的，所述控制系统将温度检测组件反馈的温度与设定的温度进行比较，根据比较的结果对流量控制器进行调整，进而调整氮气的流量。

上述延长高速干式切削刀具使用寿命的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、氮气源通过流量控制器和管道与喷嘴连接，打开氮气源，氮气通过流量控制器调节后通过喷嘴将氮气气流送入刀具与工件接触的刀尖处；

S2、温度检测组件实时检测刀具刀尖处的温度，并将检测的温度反馈给控制系统，控制系统根据反馈的温度实时的调节流量控制器，通过流量控制器调节喷嘴喷出的氮气的流量，从而对刀具的冷却强度进行控制，使刀具与工件接触的刀尖的温度控制在100-600℃。

本发明所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法的优点和积极效果是：

1、本发明利用温度检测组件检测刀具与工件接触的刀尖温度，根据刀尖温度调控喷向切削区的氮气流量，使切削刀具高温区与空气隔绝以防止氧化，并实现切削刀具切削刃在氮气中的退火以改善其性能，从而使切削刀具的使用寿命显著提升；并能有效的控制刀具切削处刀尖的温度，使刀尖的温度保持在一定范围内，延长刀具的使用寿命。

2、本发明通过流量控制器实时的调整氮气的流量，节约了氮气冷却时的氮气消耗量。

3、本发明利用可控氮气冷却取代了高速切削过程中的冷却液，实现工件的绿色切削加工。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法实施例的结构示意图。

附图标记

1、喷嘴；2、管道；3、流量控制器；4、氮气源；5、控制系统；6、温度检测组件；7、工件；8、刀具。

具体实施方式

图1为本发明一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法实施例的结构示意图。如图所示，一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，包括包括流量控制器3、控制系统5和温度检测组件6，温度检测组件6及流量控制器3均与控制系统5电性连接。流量控制器3设置在管道2上，流量控制器3根据需要可以选用超声波气体流量计、气体质量流量计、气体涡街流量计或压差式气体流量计中的一种，流量控制器3用于对氮气的流量进行控制，从而准确的控制喷嘴1喷出的氮气的流量。氮气源4通过管道2与喷嘴1连接。氮气源4包括高压氮气瓶或氮气发生器和空压机组成的高压氮气供给系统。空压机用于将氮气进行压缩，并将氮气发生器中的氮气通过管道2送入喷嘴1。喷嘴1的出气口朝向刀具8的刀尖，喷嘴1将氮气送入刀具8的刀尖处，对刀具8的刀尖进行降温，并在刀尖的附近形成一层氮气膜，使得刀尖与外界的空气进行隔离，对刀尖进行保护。

检测刀具8温度的温度检测组件6设置在刀架或机床上，温度检测组件6用于检测与工件7接触的刀具8的刀尖处温度。温度检测组件6根据需要可以选择红外测温仪、热成像仪或热电偶。刀具8根据需要可以选择硬质合金刀具8、立方氮化硼刀具8、镀膜硬质合金刀具8或镀膜立方氮化硼刀具8。

温度检测组件6及流量控制器3均根据需要采用现有的电性连接方式与控制系统5电性连接。温度检测组件6将检测到的刀具8刀尖的温度实时的反馈给控制系统5，控制系统5将反馈的温度与设定的温度进行对比，并根据对比的结果对流量控制器3进行调节，从而有效的控制氮气的用量，使得刀具8刀尖的温度控制在100-600℃，有利于提高刀具8的使用寿命。在保证刀具8刀尖温度的情况下，还可以有效的降低氮气的使用量，减小氮气成本。

上述延长高速干式切削刀具8使用寿命的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、氮气源4通过流量控制器3和管道2与喷嘴1连接，打开氮气源4，氮气通过流量控制器3调节后通过喷嘴1将氮气气流送入刀具8与工件7接触的刀尖处。

S2、温度检测组件6实时检测刀具8刀尖处的温度，并将检测的温度反馈给控制系统5，控制系统5根据反馈的温度实时的调节流量控制器3，通过流量控制器3调节喷嘴1喷出的氮气的流量，从而对刀具8的冷却强度进行控制，使刀具8与工件7接触的刀尖的温度控制在100-600℃。

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种延长高速干式切削刀具8使用寿命的装置，包括喷嘴1、管道2、流量控制器3、氮气源4、控制系统5和温度检测组件6，管道2将喷嘴1、流量控制器3和氮气源4连接在一起。喷嘴1喷出的氮气流向与GCr15淬硬工件7接触的硬质合金切削刀具8的刀尖附近，使硬质合金切削刀具8的高温区与空气隔绝并被冷却。流量控制器3采用气体质量流量计，氮气源4采用氮气发生器和空压机组成的高压氮气供给系统。温度检测组件6采用热成像仪实时检测与GCr15淬硬工件7接触的硬质合金切削刀具8的刀尖温度。控制系统5根据温度检测组件6测得的硬质合金切削刀具8的刀尖温度实时调节流经流量控制器3的氮气流量，控制切削刀具8的冷却强度，使与GCr15淬硬工件7接触的硬质合金切削刀具8刀尖温度控制在200℃。与高流量氮气深度冷却条件相比，本实施例使硬质合金切削刀具8的使用寿命延长60％，氮气消耗量减少40％；与无氮气冷却的高速干式条件相比，本实施例使硬质合金切削刀具8的使用寿命延长220％。

实施例2

本实施例提供一种延长高速干式切削刀具8使用寿命的装置，包括喷嘴1、管道2、流量控制器3、氮气源4、控制系统5和温度检测组件6，管道2将喷嘴1、流量控制器3和氮气源4连接在一起。喷嘴1喷出的氮气流向与H13模具钢淬硬工件7接触的聚晶立方氮化硼切削刀具8的刀尖附近，使聚晶立方氮化硼切削刀具8的高温区与空气隔绝并被冷却。流量控制器3采用气体质量流量计，氮气源4采用氮气发生器和空压机组成的高压氮气供给系统。温度检测组件6采用热成像仪实时检测与H13模具钢淬硬工件7接触的聚晶立方氮化硼切削刀具8的刀尖温度。控制系统5根据温度检测组件6测得的聚晶立方氮化硼切削刀具8的刀尖温度实时调节流经流量控制器3的氮气流量，控制切削刀具8的冷却强度，使与H13模具钢淬硬工件7接触的聚晶立方氮化硼切削刀具8刀尖温度控制在300℃。与高流量氮气深度冷却条件相比，本实施例使聚晶立方氮化硼切削刀具8的使用寿命延长28％，氮气消耗量减少35％；与无氮气冷却的高速干式条件相比，本实施例使硬质合金切削刀具8的使用寿命延长290％。

实施例3

本实施例提供一种延长高速干式切削刀具8使用寿命的装置，包括喷嘴1、管道2、流量控制器3、氮气源4、控制系统5和温度检测组件6，管道2将喷嘴1、流量控制器3和氮气源4连接在一起。喷嘴1喷出的氮气流向与M2高速钢淬硬工件7接触的AlCrN镀膜硬质合金切削刀具8的刀尖附近，使AlCrN镀膜硬质合金切削刀具8的高温区与空气隔绝并被冷却。流量控制器3采用气体质量流量计，氮气源4采用氮气发生器和空压机组成的高压氮气供给系统。温度检测组件6采用热成像仪实时检测与M2高速钢淬硬工件7接触的AlCrN镀膜硬质合金切削刀具8的刀尖温度。控制系统5根据温度检测组件6测得的AlCrN镀膜硬质合金切削刀具8的刀尖温度实时调节流经流量控制器3的氮气流量，控制切削刀具8的冷却强度，使与M2高速钢淬硬工件7接触的AlCrN镀膜硬质合金切削刀具8刀尖温度控制在350℃。与高流量氮气深度冷却条件相比，本实施例使AlCrN镀膜硬质合金切削刀具8的使用寿命延长50％，氮气消耗量减少70％；与无氮气冷却的高速干式条件相比，本实施例使硬质合金切削刀具8的使用寿命延长180％。

因此，本发明采用上述延长高速干式切削刀具使用寿命的装置及使用方法，能够解决现有的高速干式切削刀具使用寿命短，冷却气体用量大的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：包括流量控制器、控制系统和温度检测组件，温度检测组件及流量控制器均与控制系统电性连接，控制系统通过温度检测组件反馈的温度调整流量控制器；控制氮气流量的流量控制器设置在管道上，氮气源通过管道与喷嘴连接，喷嘴对刀具进行冷却，温度检测组件对刀具的温度进行实时检测。

2.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述刀具为硬质合金刀具、立方氮化硼刀具、镀膜硬质合金刀具或镀膜立方氮化硼刀具。

3.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述喷嘴的出气口朝向刀具的刀尖。

4.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述温度检测组件用于检测与工件接触的刀具的刀尖处温度。

5.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述流量控制器为超声波气体流量计、气体质量流量计、气体涡街流量计或压差式气体流量计。

6.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述氮气源包括高压氮气瓶或氮气发生器和空压机组成的高压氮气供给系统。

7.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述温度检测组件为红外测温仪、热成像仪或热电偶。

8.根据权利要求1所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置，其特征在于：所述控制系统将温度检测组件反馈的温度与设定的温度进行比较，根据比较的结果对流量控制器进行调整，进而调整氮气的流量。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种延长高速干式切削刀具使用寿命的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、氮气源通过流量控制器和管道与喷嘴连接，打开氮气源，氮气通过流量控制器调节后通过喷嘴将氮气气流送入刀具与工件接触的刀尖处；

S2、温度检测组件实时检测刀具刀尖处的温度，并将检测的温度反馈给控制系统，控制系统根据反馈的温度实时的调节流量控制器，通过流量控制器调节喷嘴喷出的氮气的流量，从而对刀具的冷却强度进行控制，使刀具与工件接触的刀尖的温度控制在100-600℃。