[发明专利]一种热管刀具及利用热管改善切削刀具散热的方法

说明书

技术领域

本发明涉及切削刀具，特别是涉及一种热管刀具及利用热管改善切削刀具散热的方法；该热管刀具是指基于热管传热的用于金属切削的刀具。

背景技术

切削加工目前仍然是机械制造业中一种主要的成形工艺方法。切削过程中产生大量的切削热集中在切削区域会引起刀具高温并快速磨损、工件热变形等现象。切削热的产生不可避免，切削过程中如何加速切削热消散以避免切削区域过热，是保证工件加工质量和刀具工作寿命的重要问题。

传统切削加工中一般采用浇注大量切削液的方法来带走大部分切削热，降低切削区域温度，并能帮助排屑，起到延长刀具寿命及提高工件表面质量的作用。然而，生产中采用这种冷却方式时，需要对加工系统中的切削液进行补偿、调度以及处理，为此增加成本费用；此外，由于切削液中往往含有碳氢化合物和硫、磷、氯等化学成分，其使用和排放会对操作人员和环境造成空气、水体和土壤污染。

近年来，为了替代大量浇注切削液的冷却方式，相继出现了最小量润滑(MQL)、高压冷却(HPC)、低温冷却、压缩空气冷却、水蒸汽冷却以及固体润滑/冷却剂等冷却技术。虽然对这些技术的研究已取得了不少成果，但是这些技术都需要借助于施加外来介质实现对切削区域进行冷却，各自都存在一些难以克服的固有缺陷。例如采用MQL技术时，会产生大量可被人体呼吸器官吸入的油雾并影响加工操作观察。而且这些替代大量浇注切削液的冷却方式均需要占空间不小、费用不匪、使用并不方便的附加设备，其在加工系统自动运行中欠缺保障性。因此这些冷却技术目前在生产中还没得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术成本过高、污染环境和需辅助装备等缺点，提供一种设有热管的刀具？，利用热管超常的热传导能力，将切削过程中集中在刀头区域的部分热量消散出去，以达到降低刀头温度和减少刀具热伸长、减缓刀具磨损、延长刀具寿命和保护环境、实现绿色切削加工之目的。

本发明另一目的在于提供一种利用热管改善切削刀具散热的方法。

本发明的热管刀具可以为整体式刀体、组合式刀体，组合式刀体含有刀片。

本发明通过以下技术方案实现：

一种热管刀具，包括刀具本体、热管和固定装置，热管由金属薄壁管壳、管壳内壁毛细吸液芯以及起传递热能的工质构成，形成一个高真空封闭系统；沿热管轴向分为依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；热管通过固定装置安装在刀具本体上，其中，热管的蒸发段位于主刀刃和刀尖后端，热管的蒸发段与刀具本体紧密接触，热管的绝热段与刀具设有间隔，热管的冷凝段设置在刀具的外侧。

为进一步实现本发明目的，所述冷凝段上优选设有散热片。

所述冷凝段上优选设有散热片。

所述热管的形状优选为圆柱状管、扁平状管、直管、弧形弯管或转折管。

所述刀具本体为整体式的刀体，固定装置为支撑夹；所述热管通过固定装置安装在刀具上是指刀体中设有内孔，用于安放热管，内孔从刀体尾端延伸至刀头内部主刀刃和刀尖后端，刀体的内孔前端位于主刀刃和刀尖后端，与热管的蒸发段顶端紧密接触，内孔前端之后的部分与热管的绝热段间隔连接，内孔前端后的直径大于热管绝热段的直径，刀体的内孔末端设有支撑夹，用于固定热管。

所述内孔前端的直径与热管的蒸发段直径相同，并且内孔前段与热管的蒸发段外周之间涂有导热胶；或者内孔前段的直径大于热管的蒸发段直径，在内孔壁与热管蒸发段外表面之间灌注高导热系数液体后局部封装。

所述刀具本体包括刀片、夹紧杠杆、紧定螺钉和刀柄；热管通过固定装置安装在刀具本体上是指刀片的前刀面和刀柄上开有连通的明槽，明槽从刀片延伸到刀柄的末端，用于嵌装热管；明槽前端位于主刀刃和刀尖后部，明槽的深度为热管直径的3/4-1倍；刀片上明槽的宽度与热管蒸发段的外径形同，刀柄上明槽的宽度大于热管绝热段的外径；热管的蒸发段与刀片之间接触界面涂有导热胶；刀片和热管的蒸发段一起被夹紧杠杆和紧定螺钉固定在刀柄前端的刀片座上；刀柄的明槽内面与热管的绝热段之间设有1～2固定卡，固定并支撑热管，使明槽内面与热管的绝热段保持间隔。

所述刀具本体包括刀片、夹紧杠杆、紧定螺钉和刀柄；热管通过固定装置安装在刀具本体上是指刀片通过夹紧杠杆和紧定螺钉固定在刀柄前端的刀片座上；热管固定在刀片的后刀面以及刀柄的侧面，其中热管的蒸发段与刀片的后刀面的接触界面涂敷导热胶；热管的绝热段与刀柄之间设有第二固定卡，并且在蒸发段和绝热段连接处设有过渡转折，使得绝热段与刀柄保持间距。