[发明专利]基于热管相变的提高端铣刀使用寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体为一种基于热管相变的提高端铣刀使用寿命的方法。

背景技术

在机械加工行业，切削热一直是人们普遍关心的问题，也是企业亟待解决的技术关键。切削加工产生很多切削热，大量的切削热传入刀具，致使刀具切削部位温度升高。过高的切削温度将加快刀具发生磨损，如扩散磨损，粘结磨损和化学磨损，进而降低了刀具耐用度，促使刀具提前发生失效。

铣削加工属于断续切削。在铣削过程中，由于切削层的总面积不断发生变化，因而铣削力波动较大。当铣削时，尤其在高速铣削状态，常引发较高的切削温度，切削刃部位较大的温度梯度，进而会促使端铣刀发生磨损，加速切削刃部位裂纹的滋生速度。在较大波动的铣削力作用下，这些裂纹会加速扩展，因而极大地削弱了端铣刀切削刃部位的刚度和强度，致使端铣刀提前失效。因此快速、有效地传出切削热对保证端铣刀耐用度，获得零部件必要的加工精度非常重要。

目前国内外通常采用切削液来降低端铣刀的切削温度，但对铣削过程来说，切削液，尤其是水溶性切削液，会增大端铣刀切削刃部位的温度梯度，滋生更多的微裂纹，对端铣刀寿命极为不利；更为重要的是，切削液含有毒性化学物质，能污染环境，对操作人员有害，而且会增加企业的生产成本，如美国制造业用于购置、处理切削液的费用占整个产品制造总费用的36％。为此，近年来国内外学者提出了一种新的降低切削温度的方法，即利用热管技术，借助热管高效相变传热特点来降低刀具切削区的温度，发表的文献主要包括：《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》的Investigation of dry machining with embedded heat pipe cooling by finite element analysis and experiments和An Investigation of a Heat Pipe Cooling System for Use Turning on a Lathe；南京航空航天大学硕士论文《环形热管砂轮设计及其传热性能分析》和《热管式金刚石磨头的研制》。热管是一种一端靠近热源，另一端靠近温度较低区域，以较小的温度梯度进行热量传输，而无需外加动力的组件，其主要特点是：传热效率极高、对环境友好、价格便宜、安全、可靠。目前热管技术在车削、磨削领域有一定程度的应用，但在端铣削加工领域，迄今为止，尚未见任何专利出现。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供基于热管相变的提高端铣刀使用寿命的方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：基于热管相变的提高端铣刀使用寿命的方法，包括一新型端铣刀，所述新型端铣刀包括：热管、端铣刀柄、端铣刀体、端铣刀头，所述端铣刀体一端为端铣刀头、另一端为端铣刀柄，热管以平行于端铣刀体轴线的方向，从端铣刀柄植入端铣刀体，并接近端铣刀头上的主切削刃部位，所述热管内填充有吸液芯，所述热管冷凝段与端铣刀柄共平面；端铣刀主切削刃部位产生的切削热量，在热管壁和热管内部浸满工质的吸液芯的热传导作用下，进入到热管的蒸发段，使得蒸发段部位的工质温度升高，热管管内空间处于负压状态；随着吸收热量增多，蒸发段部位吸液芯内的工质发生汽化，在微小压差作用下流向热管的冷凝段，并向外界释放出热量且凝结成液体；该液体工质在热管内部贴壁金属网丝毛细抽吸力的作用下返回到蒸发段，并再次受热汽化；如此反复循环，连续不断地将切削热量从端铣刀主切削刃区域传入热管蒸发段，传向冷凝段，实现了降低端铣刀切削温度，并减小切削刃部位温度梯度。

进一步地，所述新型端铣刀为的锥柄端铣刀，材料为硬质合金。

进一步地，所述热管为碳钢-水热管。

进一步地，所述热管冷凝段的外端，与端铣刀的柄部等平面。

进一步地，所述新型端铣刀内装入热管的孔的直径等于使用的热管直径加0.6～1.2mm。

优选地，所述新型端铣刀内植入热管的孔的孔壁与热管管壁之间设有接触热阻，接触热阻的材料为固态锡。

进一步地，所述新型端铣刀均匀缓慢加热到316℃，以保证液态锡材料能分布均匀在新型端铣刀和热管之间。

优选地，所述热管内部使用的吸液芯材料为碳钢。

优选地，所述端铣刀头每齿进给量S_z＝0.05～0.15mm/z，铣削深度t＝3～7mm，使用时铣床主轴转速n＝4000～6000rpm。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：