□ 戚恒辰 □ 乔福龙 □ 宁文波 □ 吴骏章 □ 陈欣磊

淮阴工学院 机械与材料工程学院 江苏淮安 643000

1 设计背景

传统金属切削加工一般采用浇注大量切削液的方式来降低切削区域温度,带走过多的热量并排屑,从而保证工件表面质量,延长刀具寿命。然而,采用这一冷却方式不仅开支较大,而且会给环境和操作者健康带来很大危害[1]。为降低成本,减少切削液给环境带来的污染,开发少、无冷却液的干式或准干式金属切削技术已成为制造业的迫切需求[2]。采用干式金属切削技术,产生的热量如何消散,成为亟待解决的技术难题。

目前,代替切削液的冷却方式有多种,包括最小量润滑、高压冷却、低温冷却、压缩空气冷却等。这些冷却方式在特定加工条件下能够实现一定程度的润滑、冷却,需要施加额外的流动介质,增加辅助设备,因此还没有得到广泛应用[3-4]。

热管由于具有很强的导热能力,可以为干式金属切削时热量的散发提供新的技术思路。热管是热的超导体,利用管内液态工质的相变来传送热量,是一种将热能从一个不易传热的位置转移至另一个有效散热的位置的高效传热元件[5]。利用热管进行强化传热,可以实现切削过程中刀具的冷却。目前,在钻削、车削、磨削、铣削加工中,都已开展了热管技术的相关应用研究,并取得了一定成果。然而,现有的热管刀具存在吸液芯,结构复杂,制造困难,推广应用受到影响[6-7]。

笔者通过切削传热分析,设计一种热管立铣刀,结构简单,无吸液芯,工质为去离子水,可通过工质的自重实现循环散热。……