一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，包括刀柄、刀頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴和可轉(zhuǎn)位刀片，所述刀柄與刀頭連接，刀頭上中心對(duì)稱(chēng)固定有兩個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片，刀頭上端設(shè)置有與可轉(zhuǎn)為刀片位置相配合的內(nèi)冷孔，內(nèi)冷孔上連接有收縮擴(kuò)張型噴嘴；兩個(gè)內(nèi)冷孔分別與分流道連接；刀柄中心設(shè)有冷卻孔，冷卻孔連接主流道，主流道貫穿刀柄內(nèi)部，與兩個(gè)分流道相通；本發(fā)明利用氣流在噴嘴中不斷的加速就能獲得超音速氣流，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致溫度急劇降低，從而獲得低溫的超音速氣流，用于切削加工過(guò)程的低溫冷卻。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀。

【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)冷式銑刀作為當(dāng)前刀具發(fā)展的重要方向，其具有冷卻效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前常用的內(nèi)冷式銑刀以切削液內(nèi)冷為主，也有壓縮空氣內(nèi)冷式，但其氣流溫度為常溫。制造業(yè)未來(lái)發(fā)展方向是綠色制造，在切削加工領(lǐng)域有多種綠色切削方式，其中一種重要方式是使用低溫氣體代替切削液作為切削加工的冷卻介質(zhì)。未來(lái)的切削加工過(guò)程中，切削液將會(huì)逐漸被氣流冷卻方式替代。
[0003]低溫氣體冷卻切削能夠減少環(huán)境污染，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。許多學(xué)者研究利用液氮冷卻切削，但其成本較高。目前的內(nèi)冷式刀具多以壓縮空氣為主，噴射氣流速度為亞音速，氣流溫度為常溫，吸收切削熱的效果不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，本裝置利用空氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣，將相?yīng)的氣體高壓配氣系統(tǒng)連接至機(jī)床內(nèi)冷接口，或連接至刀柄的外冷轉(zhuǎn)內(nèi)冷接口，就可以產(chǎn)生超音速氣流噴射到切削區(qū)，輔助材料斷屑排屑，降低切削溫度。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，包括刀柄、刀頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴和可轉(zhuǎn)位刀片，所述刀柄與刀頭連接，刀頭上中心對(duì)稱(chēng)固定有兩個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片，刀頭上端設(shè)置有與可轉(zhuǎn)為刀片位置相配合的內(nèi)冷孔，內(nèi)冷孔上連接有收縮擴(kuò)張型噴嘴；兩個(gè)內(nèi)冷孔分別與分流道連接；刀柄中心設(shè)有冷卻孔，冷卻孔連接主流道，主流道貫穿刀柄內(nèi)部，與兩個(gè)分流道相通。
[0007]所述刀柄與刀頭通過(guò)螺紋連接，且連接面上設(shè)有密封圈槽。
[0008]所述密封圈槽內(nèi)裝設(shè)有高壓氣體密封圈，以防止氣體側(cè)漏。
[0009]所述刀頭內(nèi)冷孔設(shè)置有噴嘴鑲嵌孔，噴嘴鑲嵌孔上設(shè)有噴嘴連接螺紋，收縮擴(kuò)張型噴嘴通過(guò)所述噴嘴連接螺紋安裝于刀頭內(nèi)冷孔上。
[0010]所述收縮擴(kuò)張型噴嘴內(nèi)部包括依次相連接的收縮段、喉部和擴(kuò)張段，為兩端寬、中間窄的結(jié)構(gòu)。
[0011]所述可轉(zhuǎn)位刀片通過(guò)螺釘固定于刀頭的刀槽內(nèi)。
[0012]所述收縮擴(kuò)張型噴嘴可更換，其尺寸根據(jù)所要求的出口氣流速度和溫度而改變。
[0013]本發(fā)明的工作原理為:
[0014]通過(guò)收縮擴(kuò)張型噴嘴實(shí)現(xiàn)超音速氣流，首先對(duì)噴嘴工作原理進(jìn)行分析，由微分形式的連續(xù)方程式1，可以看出:亞聲速時(shí)候隨著管截面收縮則流速增加，超聲速時(shí)候隨著管截面擴(kuò)張則流速繼續(xù)增加。
(“2 ,\dV dA
[0015] \Ma -1}——=——/ Λ、
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_6] -Jl + ^Me2]^1C2.Pe V 2 J⑵
τ Λ k-\ Λ ,
[0017]- = 1 + -γ-脅c ^)
[0018]式1、2、3中，Ma為氣體馬赫數(shù)，V為氣體流速，A為管道面積，P為收縮擴(kuò)張型噴嘴入口總壓力，pe為收縮擴(kuò)張型噴嘴出口靜壓力，k為氣體的比熱比，T為氣體入口總溫，Te為氣體出口靜溫，Me為收縮擴(kuò)張型噴嘴出口馬赫數(shù)。
[0019]通過(guò)式2、3可以看出，進(jìn)出口壓力比及進(jìn)出口溫度比均是出口馬赫數(shù)的函數(shù)，當(dāng)對(duì)于Me = 2，入口總溫為T(mén) = 400K的空氣(k =1.4)，可算出所需入口總壓為7.82bar，Te=222K(-51°C )，因此只需要將符合條件的高壓氣體通入銑刀就可以獲得-51°C下兩倍音速的氣流。
[0020]高壓氣體可以根據(jù)需要選擇空氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣，?jīng)過(guò)刀柄上的內(nèi)冷孔進(jìn)入主流道，并通過(guò)與之相連接的刀頭的分流道進(jìn)入兩個(gè)內(nèi)冷孔內(nèi)，并分為兩部分，分別流向兩個(gè)刀槽內(nèi)的收縮擴(kuò)張型噴嘴，在收縮擴(kuò)張型噴嘴內(nèi)，氣流在收縮段不斷加速，壓力和溫度隨之降低，并在喉部達(dá)到音速，在擴(kuò)張段繼續(xù)加速，從而在出口得到低溫超音速氣流，并噴射進(jìn)入切削區(qū)域。采用超音速低溫氣流內(nèi)冷式刀具，能夠明顯降低切削溫度，大幅度提高刀具的使用壽命和已加工表面質(zhì)量。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
[0022](1)能夠獲得溫度可達(dá)_51°C或更低的低溫氣流，能夠獲得出口速度為超音速的氣流，具有噴射速度高的特點(diǎn)，切削熱對(duì)流效率高，同時(shí)高速?lài)娚鋵?duì)于材料的斷屑排屑有利；
[0023](2)可以利用多種氣體，滿(mǎn)足不同的切削條件和切削材料使用；相對(duì)利用切削液的內(nèi)冷銑刀本發(fā)明能夠減少對(duì)環(huán)境的污染；
[0024](3)用低溫氣體代替使用切削液，減少切削液的危害，而產(chǎn)生的超音速氣流能夠高效的帶走切削熱；
[0025](4)噴嘴與噴嘴鑲嵌孔為分離式結(jié)構(gòu)，且噴嘴鑲嵌孔位于流道末端，便于制造和拆卸，方便更換一系列的不同內(nèi)形尺寸的噴嘴，獲得不同速度和溫度的超音速氣流，這樣能保證同一把刀具加工不同材料，根據(jù)材料最合適的氣流溫度和速度來(lái)更換噴嘴；
[0026](5)主流道和分流道分別位于刀桿和刀頭上，大大降低了制造難度，主流道位于中心，刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)方便實(shí)現(xiàn)氣體的輸入；

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀外形示意圖；
[0028]圖2是可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀部件分解示意圖；
[0029]圖3是可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是刀柄結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是刀頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是收縮擴(kuò)張型噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]其中:1、刀柄，la、刀柄冷卻孔，lb、刀柄連接螺紋2、刀頭，2a、刀頭內(nèi)冷孔，2b、刀頭連接螺紋，2c、噴嘴連接螺紋，2d、密封圈槽，3、收縮擴(kuò)張型噴嘴，3a、收縮擴(kuò)張型噴嘴收縮段，3b、收縮擴(kuò)張型噴嘴喉部，3c、收縮擴(kuò)張型噴嘴擴(kuò)張段，4、可轉(zhuǎn)位刀片，5、螺釘6、高壓氣體密封圈。

【具體實(shí)施方式】
:
[0034]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]如圖1-圖4所示，一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，包括刀柄1，與刀柄I通過(guò)螺紋lb、2b連接的刀頭2，刀柄I中心有內(nèi)冷孔la，刀頭2上有兩處內(nèi)冷孔2a，分別通向兩個(gè)刀槽，刀頭2與刀柄I結(jié)合面上有密封圈槽2d，密封圈槽2d裝有高壓氣體密封圈6，防止氣體側(cè)漏，刀頭內(nèi)冷孔2a末端有收縮擴(kuò)張型噴嘴連接螺紋2c，通過(guò)噴嘴連接螺紋2c將收縮擴(kuò)張型噴嘴3與刀頭連接，刀頭上有兩個(gè)刀片槽，并利用螺釘5將可轉(zhuǎn)位刀片4固定在刀頭的刀槽內(nèi)。
[0036]刀頭2內(nèi)冷孔設(shè)置有噴嘴鑲嵌孔，噴嘴鑲嵌孔上設(shè)有噴嘴連接螺紋2c，收縮擴(kuò)張型噴嘴3通過(guò)所述噴嘴連接螺紋安裝于刀頭內(nèi)冷孔上
[0037]如圖5、圖6所示，高壓氣體可以根據(jù)需要選擇空氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣，?jīng)過(guò)刀柄I上的內(nèi)冷孔Ia進(jìn)入與之相連接的刀頭2的內(nèi)冷孔2a內(nèi)，并分為兩部分，分別流向兩個(gè)刀槽內(nèi)的收縮擴(kuò)張型噴嘴3，在收縮擴(kuò)張型噴嘴收縮段3a氣流不斷加速，壓力和溫度隨之降低，并在喉部3b達(dá)到音速，在擴(kuò)張段3c繼續(xù)加速，從而在出口得到低溫超音速氣流，并噴射進(jìn)入切削區(qū)域。采用超音速低溫氣流內(nèi)冷式刀具，能夠明顯降低切削溫度，大幅度提高刀具的使用壽命和已加工表面質(zhì)量。
[0038]收縮擴(kuò)張型噴嘴喉部3b和出口滿(mǎn)足一定的面積比且入口壓力和出口壓力之比足夠當(dāng)氣體壓力滿(mǎn)足要求時(shí)，氣流在噴嘴中不斷的加速就能獲得超音速氣流，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致溫度急劇降低，從而獲得低溫的超音速氣流，用于切削加工過(guò)程的低溫冷卻。
[0039]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:包括刀柄、刀頭、收縮擴(kuò)張型噴嘴和可轉(zhuǎn)位刀片，所述刀柄與刀頭連接，刀頭上中心對(duì)稱(chēng)固定有兩個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片，刀頭上端設(shè)置有與可轉(zhuǎn)為刀片位置相配合的內(nèi)冷孔，內(nèi)冷孔上連接有收縮擴(kuò)張型噴嘴；兩個(gè)內(nèi)冷孔分別與分流道連接；刀柄中心設(shè)有冷卻孔，冷卻孔連接主流道，主流道貫穿刀柄內(nèi)部，與兩個(gè)分流道相通。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:所述刀柄與刀頭通過(guò)螺紋連接，且連接面上設(shè)有密封圈槽。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:所述密封圈槽內(nèi)裝設(shè)有高壓氣體密封圈，以防止氣體側(cè)漏。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:所述刀頭內(nèi)冷孔設(shè)置有噴嘴鑲嵌孔，噴嘴鑲嵌孔上設(shè)有噴嘴連接螺紋，收縮擴(kuò)張型噴嘴通過(guò)所述噴嘴連接螺紋安裝于刀頭內(nèi)冷孔上。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:所述收縮擴(kuò)張型噴嘴內(nèi)部包括依次相連接的收縮段、喉部和擴(kuò)張段，為兩端寬、中間窄的結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:所述可轉(zhuǎn)位刀片通過(guò)螺釘固定于刀頭的刀槽內(nèi)。
7.如權(quán)利要求4所述的一種可產(chǎn)生超音速低溫氣流的可轉(zhuǎn)位式內(nèi)冷銑刀，其特征是:所述收縮擴(kuò)張型噴嘴可更換，其尺寸根據(jù)所要求的出口氣流速度和溫度而改變。
【文檔編號(hào)】B23Q11/00GK104308247SQ201410564170
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】劉戰(zhàn)強(qiáng), 蔡玉奎, 史振宇, 萬(wàn)熠 申請(qǐng)人:山東大學(xué)