一種自冷卻切削刀具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自冷卻切削刀具，在刀柄上裝有刀片，在刀片的正下方放置自冷卻刀具墊片，并通過刀片壓緊件壓緊，所述的自冷卻刀具墊片是在刀具墊片上開有散熱孔，在散熱孔中填充有傳熱材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：1刀具墊片采用散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)進(jìn)行開孔處理，且刀具墊片開孔處采用傳熱材料進(jìn)行填充，使墊片本身具有很強(qiáng)的散熱能力。2刀具墊片跟刀片直接接觸，不與刀桿等刀具系統(tǒng)接觸，可減少因刀具系統(tǒng)熱漲而引起的加工誤差；且刀具墊片的上表面跟刀片的下表面完全接觸，可將刀片上的熱量迅速的傳遞到刀具墊片上，并通過刀具墊片的散熱，以降低刀片的溫度，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。3可有效改善干切削中刀具的冷卻條件，且換刀方便，可廣泛應(yīng)用于干切削加工，尤其是切削溫度高的難加工材料的干切削加工。
【專利說明】—種自冷卻切削刀具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械切削刀具制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種自冷卻切削刀具。
【背景技術(shù)】
[0002]切削加工目前仍然是機(jī)械制造業(yè)中一種主要的成型工藝方法。如今，在全球環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)與環(huán)保立法日益嚴(yán)格的大趨勢(shì)下，干切削加工技術(shù)的研究和應(yīng)用被不斷擴(kuò)大。但是，干切削加工過程中，由于沒有切削液的潤(rùn)滑和冷卻作用，刀具與切屑、工件之間的摩擦異常劇烈，切削力增大，切削熱激增且散失困難，切削溫度急劇升高，容易導(dǎo)致切削刀具使用壽命的下降以及加工工件表面質(zhì)量的惡化。另外，如果大量切削熱通過刀片向刀柄等刀具系統(tǒng)傳遞，將會(huì)導(dǎo)致因刀具系統(tǒng)熱漲而產(chǎn)生的加工誤差。切削熱的產(chǎn)生不可避免，切削過程中如何加速切削熱消散以避免切削區(qū)域過熱，是保證工件加工質(zhì)量和刀具工作壽命的重要問題。
[0003]近年來，為了替代使用切削液澆注的冷卻方式，相繼出現(xiàn)了最小量潤(rùn)滑MQL、噴霧冷卻及低溫風(fēng)冷冷卻、氣體氛圍冷卻及水蒸氣冷卻、固體潤(rùn)滑劑冷卻及液氮冷卻等冷卻技術(shù)。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在努力研究無污染的綠色切削技術(shù)，無論是MQL技術(shù)，還是液氮冷卻及冷風(fēng)冷卻等都各有特點(diǎn)且在某些領(lǐng)域取得了成功，但也有局限性。例如采用MQL技術(shù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量可被人體吸入的油霧，影響工人的身心健康。還有液氮冷卻和冷風(fēng)冷卻的加工方法都面臨切削過程中潤(rùn)滑性差的問題。因此對(duì)于多數(shù)材料和加工方式而言，這些冷卻技術(shù)目前還沒在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，改進(jìn)刀具進(jìn)行干切削加工時(shí)的冷卻效果，提供一種自冷卻切削刀具。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種自冷卻切削刀具，在刀柄上裝有刀片，在刀片的正下方放置自冷卻刀具墊片，并通過刀片壓緊件壓緊，所述的自冷卻刀具墊片是在刀具墊片上開有散熱孔，在散熱孔中填充有傳熱材料。
[0006]刀具墊片上的散熱孔通過采用散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，進(jìn)行切削條件下的開孔設(shè)計(jì)，確定刀具墊片的開孔尺寸及排布位置。
[0007]散熱孔相互連通。
[0008]傳熱材料為金屬Cu。
[0009]本發(fā)明將拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)引入刀具自冷卻，對(duì)刀具墊片進(jìn)行散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，使其達(dá)到最佳散熱效果和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。相對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:1刀具墊片采用散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)進(jìn)行開孔處理，且刀具墊片開孔處采用傳熱材料進(jìn)行填充，使墊片本身具有很強(qiáng)的散熱能力。刀具切削時(shí)所產(chǎn)生的熱量經(jīng)刀片迅速傳遞到刀具墊片上，刀具墊片將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境。2刀具墊片跟刀片直接接觸，不與刀桿等刀具系統(tǒng)接觸，可減少因刀具系統(tǒng)熱漲而引起的加工誤差；且刀具墊片的上表面跟刀片的下表面完全接觸，可將刀片上的熱量迅速的傳遞到刀具墊片上，并通過刀具墊片的散熱，以降低刀片的溫度，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。3該方法不需要借助外部流動(dòng)介質(zhì)及輔助設(shè)備，因此將會(huì)節(jié)約這些輔助設(shè)備的昂貴開支以及外來的冷卻介質(zhì)的使用和處理費(fèi)用。本發(fā)明的一種自冷卻切削刀具可有效改善干切削中刀具的冷卻條件，且換刀方便，可廣泛應(yīng)用于干切削加工，尤其是切削溫度高的難加工材料的干切削加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明立體圖。
[0011]圖2是本發(fā)明通過采用散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在在刀具墊片上開的散熱孔的刀具墊片立體圖。
[0012]圖3是圖2的A-A剖面立體圖。
[0013]圖4是圖2的A-A剖面俯視圖。
[0014]圖5是本發(fā)明在散熱孔中填充有傳熱材料的刀具墊片立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種自冷卻切削刀具，在刀柄I上裝有刀片2，在刀片2的正下方放置自冷卻刀具墊片，并通過刀片壓緊件4壓緊，所述的自冷卻刀具墊片是在刀具墊片3上開有散熱孔5 ;在散熱孔5中填充有傳熱材料6 ;刀具墊片3上的散熱孔5通過采用散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，進(jìn)行切削條件下的開孔設(shè)計(jì)，確定散熱孔5的開孔尺寸及排布位置，散熱孔5相互連通；傳熱材料6為金屬Cu。
[0016]散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對(duì)刀具墊片散熱孔在切削條件下的開孔設(shè)計(jì)如下:
[0017]1、以刀具墊片體積為約束，以最小勢(shì)能耗散為優(yōu)化目標(biāo)，以單元的相對(duì)熱傳導(dǎo)率為設(shè)計(jì)變量，建立刀具墊片熱傳導(dǎo)的拓?fù)鋬?yōu)化有限元模型。
[0018]2、定義優(yōu)化參數(shù)及初始單元密度，建立拓?fù)鋬?yōu)化過程中新空洞邊界的判斷策略和復(fù)雜邊界條件的自適應(yīng)處理方法，以投影梯度和進(jìn)化法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)敏度及約束函數(shù)敏度，得到三類邊界條件下的刀具墊片兩相材料的優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0019]3、根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，確定刀具墊片的開孔尺寸及排布位置，得到初步設(shè)計(jì)完成的刀具墊片散熱結(jié)構(gòu)。
[0020]4、對(duì)初步設(shè)計(jì)完成的刀具墊片散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，根據(jù)校核結(jié)果，對(duì)初步設(shè)計(jì)的刀具墊片散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，獲得具有承受刀片切削載荷強(qiáng)度的最終散熱結(jié)構(gòu)形式。
【權(quán)利要求】
1.一種自冷卻切削刀具，在刀柄(I)上裝有刀片(2)，其特征在于:在刀片⑵的正下方放置自冷卻刀具墊片，并通過刀片壓緊件(4)壓緊，所述的自冷卻刀具墊片是在刀具墊片⑶上開有散熱孔(5)，在散熱孔(5)中填充有傳熱材料(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自冷卻切削刀具，其特征在于:刀具墊片(3)上的散熱孔(5)通過采用散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，進(jìn)行切削條件下的開孔設(shè)計(jì)，確定散熱孔(5)的開孔尺寸及排布位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自冷卻切削刀具，其特征在于:散熱孔(5)相互連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自冷卻切削刀具，其特征在于:傳熱材料(6)為金屬Cu。
【文檔編號(hào)】B23B27/10GK103962593SQ201410197727
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】彭銳濤, 唐恒, 唐新姿, 譚援強(qiáng), 周專 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)