[发明专利]一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀

说明书

本发明公开了一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，属于超低温切削加工技术领域。该车刀为镶片式内冷车刀，在刀体内部靠近后刀面位置设置封闭式超低温介质传输通道，可精准降低切削区域温度；在主通道内布置聚酰亚胺隔热套，可抑制刀具通道内部超低温介质气化；超低温介质通过刀具侧面孔排出，不直接接触工件表面，为高分子材料超低温切削加工中遇冷收缩变形严重、表面质量差等问题提供解决方案。

技术领域

本发明属于超低温切削加工领域，涉及一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀。

背景技术

由于高分子材料具备塑性良好、耐腐蚀性能强、绝缘性能优、重量轻等优良的性能，被广泛应用于通讯、电子、医疗、化工、航空、航天等领域。高分子材料多注塑成型加工，对于一些小批量、复杂结构精密零件需要进行机械加工。由于大部分高分子材料导热性差，所以加工过程中需要适当的冷却，然而乳化液会使其发生溶胀，导致加工质量差，产品合格率低。有研究表明，在切削高分子材料时，施加超低温介质冷却，能有效控制加工区域温度，提高加工质量。

超低温冷却车削是超低温冷却加工的主要手段之一，目前超低温车削加工多直接将超低温介质喷射至切削区域，无法精准降低切削区域温度且极低的温度会使高分子材料严重收缩变形，影响加工精度；且超低温介质在传输过程中易气化相变且传输压力较高，存在冷却不足和冷却介质泄漏风险。上述问题对适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀的设计制造提出了很大挑战。

目前，国内外机构研制了多种内冷车刀。华中科技大学在发明专利CN201711006925.7中公开了“一种具有循环冷却功能的新型内冷车刀”，该内冷车刀在刀垫片与刀体中设计通道，实现冷却液在刀体内部循环冷却，但通道结构复杂、加工难度大，且刀垫片与刀体之间通道连接无密封结构，不适用于高压冷却介质的传输。大连理工大学发明专利202011316683.3中公开了“一种高冷却效能的超低温介质中空传输式车刀”，该车刀通过设计内部通道，实现了超低温介质对刀具的冷却，解决了车刀安装干涉和使用过程中的泄漏问题，但将液氮直接喷射至加工区域会导致高分子材料严重的收缩变形，影响零件的加工精度。

发明内容

本发明针对现有超低温介质内冷车刀加工高分子材料变形收缩严重、密封隔热不足易泄露、通道复杂加工难度大等问题，提出了一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，利用超低温介质热传递效应冷却刀片，达到精确降低加工区域温度的目的，解决了超低温介质直接接触工件材料所导致的收缩变形问题。优化超低温介质传输通道，降低其加工难度，能够实现高分子材料的高精度、高质量加工。

本发明采用技术方案：

一种适用于加工高分子材料的超低温介质内冷车刀，包括刀具主体和连接组件；在内部刀体靠近后刀面位置设置封闭式超低温介质传输通道，可精准降低切削区域温度；刀具主体通道内，装有聚酰亚胺隔热套，可抑制刀具通道内部超低温介质空化；超低温介质刀具侧面孔排出，使其不直接接触工件表面，解决了高分子材料超低温切削加工中遇冷收缩变形严重、表面质量差等问题。

所述刀具主体包括刀杆1、高性能隔热套2、压板螺钉3、压板4、刀片5、垫片螺钉6和垫片7；刀杆1内部具有中空结构，超低温介质通过主通道1.a流至主通道端面1.c与密闭冷却通道端面1.b，利用热传递效应对刀片5进行冷却，至刀杆侧面出口1.d喷出；其中密闭冷却通道端面1.b、刀杆侧面出口1.d通道轴线与主通道1.a轴线成30度角，保证超低温介质优先到达端面主通道端面1.c、密闭冷却通道端面1.b；高性能隔热套2为圆筒形结构，装入主通道1.a后，与轴肩1.e接触；垫片螺钉6穿过垫片7的中心孔后，通过螺纹连接将垫片7固定在刀杆1的螺纹孔1.f中；刀片5置于垫片7上，并与垫片7贴紧；压板螺钉3一端通过螺纹连接在刀杆1的装配孔1.g中，另一端通过螺纹连接压板4；压板4通过压板螺钉3固定压紧刀片5；

所述连接组件包括压板螺钉3与垫片螺钉6；垫片螺钉6用于将垫片7通过螺纹孔1.f固定在刀杆1上；压板螺钉3一端通过螺纹连接在刀杆1的装配孔1.g中，另一端通过螺纹连接压板4用以压紧刀片5；