[发明专利]一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法。

背景技术

在钻削加工中，钻削时消耗的能量约97%~99%转化为热量，大量的的钻削热使得钻削区温度升高，直接影响刀具磨损及工件的加工精度和表面质量。钻削时，热量流入工件的较多，钻削热的产生不可避免，钻削过程中如何使加速钻削热迅速消散以避免钻削区域过热，从而保证工件加工质量和刀具工作寿命，是需要考虑的重要问题。

在传统钻削加工中一般使用钻削液降低钻削温度，减小刀具与切屑、刀具与加工表面的摩擦，减小刀具磨损、提高加工工件表面质量。使用方法有：浇注法、高压冷却法、喷雾冷却法。采用浇注大量钻削液的方法来带走大部分钻削热，降低钻削区域温度，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，使用时需要保证流量充足，这就需要对加工系统中的钻削液进行补偿、调度以及处理，为此增加成本费用；此外，由于钻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；高压冷却法的冷却、润滑和清洗效果均较好，但钻削液飞溅严重，需加防护罩；喷雾冷却法适用于难加工材料，但需要专门装置，且噪音较大。

此外，多数情况下，考虑较多的是如何利用钻削液完成对工件的冷却以避免其变形，而往往会忽略由于钻削加工中产生的过于集中的热量会传导到工装夹具上，使工装夹具发生热变形造成工件力学性能和尺寸精度受到影响。

发明内容

本发明的目的是利用热管有较强的热传导能力，将集中在工件中钻削区域的部分热量对工件和夹具体的影响迅速消散出去，以达到降低工件温度和避免工件受热膨胀、同时消除夹具体热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响，提高工件的加工精度及表面质量、实现绿色钻削加工的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具，它包括夹具体、夹紧块、至少一根热管和固定辅助装置，所述夹具体包括夹口，所述夹口上安装夹紧块，所述热管包括管壳、所述管壳内设有毛细吸液芯以及起传递热能的工作介质；所述管壳包括沿热管轴向依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；所述蒸发段内嵌在所述夹口的至少一个夹紧块中，所述蒸发段与夹紧块相内嵌的间隙中设有导热硅胶，所述绝热段通过固定辅助装置与夹具体固定连接，所述冷凝段设置在夹具体的外侧并与散热装置连接。

所述夹紧块上端面钻有5个φ8mm的孔，所述孔与所述蒸发段相配合。

所述热管的形状为标准圆形，管径为φ8mm。

所述夹具体包括相对应安装的左右两部分，所述热管的个数为10支，每边各5支呈单排分列在所述夹具体的左右两部分上。

所述散热装置是与热管冷凝段连接的散热片。

所述散热片与热管冷凝段一一配合，分列在夹具体的左右两部分外侧。

所述固定辅助装置是所述绝热段与夹具体之间连接的至少一个固定卡，所述绝热段通过固定卡与夹具体连接并留有间距。

一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具的方法，采用在夹具体中安装热管，利用热管的热传导能力，将钻削过程中集中在工件钻削区域的热量消散出去，实现降低夹具体和工件温度和避免夹具体和工件受热膨胀、提高工件的加工精度及表面质量的效果，同时也减小夹具体热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响。

所述夹具体包括夹口，所述夹口上至少一侧安装夹紧块，所述热管与至少一个夹紧块有连接。

本发明的工作原理

一种加速钻削过程中工件传热的热管夹具及方法，该热管夹具包括夹具体、热管及其他固定辅助装置，热管包括轴向依次连通的蒸发段、绝热段和冷凝段；热管绝热段通过固定辅助装置固定在夹具体上，热管的蒸发段内嵌在距离工件加工区域最近的夹紧块中，热管与夹紧块紧密接触，热管的绝热段与夹具体通过固定卡形成间距，热管的冷凝段设置在夹具体的外侧。工件因钻削加工产生的热量通过夹具体和热管管壁以及充满工作介质的吸液芯传递到蒸发段，所述工作介质采用液体，当热管的蒸发段受热时工作介质蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不已，热量由热管的蒸发段传至冷凝段散发，这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导出来。这种装置可有效降低夹具体靠近工件处的温度，降低工件温度和工件受热膨胀，同时也减小夹具体热变形对工件力学性能和尺寸精度的影响。

本发明有益效果