用热管实现干钻
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本图显示的是在典型钻头顶尖处的热分布情况。热管是钻头内一个主动系统,以可以将热刀尖带走,保证干钻加工中较长的刀具寿命。
众所周知,孔加工是金属加工操作中最频繁使用的加工工艺。从热量方面而言,它还是最难控制的操作之一。
和铣削及许多其它切削操作不同,钻头要连续进行金属与金属之间的接触,因此会产生大量的热。热是破坏刀具寿命的大敌。孔本身封闭的边界加剧了钻削操作的难度。没有什么空间让冷却液进入并排出切屑。
传统上,冷却液或油是采用溢流方式从外部施加的。最近,冷却液却通过正常压力或高压穿过刀具提供。冷却液是冷却钻头并排出切屑的主要手段。通过这种手段可以延长刀具寿命,并且通常可以保证较高的钻削进给速度和转速。
在制造厂家中如今存在这样一种趋势,即减少金属切削操作中所用冷却液量。之所以出现这种趋势是从环保要求-工人受到冷却液雾气影响-以及降低成本两方面考虑的。干铣或半干铣已经非常常见,特别是在欧洲尤其如此。如今在美国这种应用也越来越多。
但是与铣削不同,对钻削而言,进行干钻却依然是非常困难的,因为存在热的问题。Lamb Technicon 公司(位于美国密执安州Chesterfield Township市)的研究和新产品开发组开发了一种新的钻头,它可以实用地进行干钻加工。
Lamb公司研究和新产品开发组主任Philip Szuba博士说 :“我们采用了一种在其它领域被称作热管的装置。我们建造的第一个结构由铜管组成,插在钻头里通过枪钻打的孔中。然后,在铜管中部分加入液体(水似乎是最好的),接着盖上盖子。后来,通过实验发现铜插件并不需要,因此我们现在仅简单地在钻头中打个孔,在孔中装一定的水,然后用盖子盖上。”
热管工作中没有任何移动件或电子元件。在操作过程中,钻头顶尖-由于它连续与工件接触,因此它是热的主要焦点-会发热。钻头顶尖处的热会传递到钻头本体上。随着热从钻头顶尖传到热管中,管中液体变热而沸腾,并在热管中产生蒸汽。
蒸汽上升,由于它比液态水温度要高,因此它会从钻头顶尖处带走部分热量,直至刀夹(V形法兰或HSK)体所在的钻柄处。这种热对流动作可以让刀夹充当散热器,并将热从钻头带走。随着热的扩散,蒸汽冷却并重新冷凝成液态水。液体流回热管,这种循环一直重复进行。实际上,热管是一个热驱动泵,由它将热从钻头顶尖带走。Szuba博士说,这种热管使钻头的寿命比直接进行干钻的钻头寿命延长了40~60%。
至今为止,Lamb公司所进行的实验已经涉及各种不带涂层的高速钢钻头。为了更好地分析热管,Lamb公司已经用一把3/4英寸的钻头来钻削铸铁。Szuba博士说,增大热管尺寸应该不会产生什么问题,并且他预计,最小的尺寸应该为1/4英寸左右直径的钻头。此外,对于在其它材料和涂层的钻头中采用热管,他至今还没有注意到会存在什么障碍。
对于钻头顶尖定向不是垂直方式的情况,在热管中布置了一根“灯芯”。由它提供毛细管动作的通道,并且保证热泵的操作与刀具顶尖定向无关。
这种热管钻头是受Lamb的客户激发而开发的-这些客户受到各种各样的压力,要求降低与湿切相关的健康与环境问题及成本,同时还不得在刀具寿命或性能方面大打折扣。对于该制造厂家而言,“需要乃发明之母”这句格言显然是再恰当不过了,而热管对于正确的应用场合,实乃一聪明的创举。
本文作者:Chris Koepfer
原载:《国际金属加工商情》 2003年10月号
上载于:2004-3-12 14:00:01

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