技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于低溫冷卻工具的冷卻流動路徑設(shè)計，其中，所述流動路徑的形狀遵循工具的外部形狀，并且冷卻劑在遠離工件的位置處從工具排出。

背景技術(shù)：

具有六邊形晶格結(jié)構(gòu)的工件材料（諸如，鉻鎳鐵合金、鈦、鈷等等）在將低溫流體施加到材料的表面時變堅韌并且變得更難以機加工。由于這個原因，在機加工此類材料時，在使用低溫冷卻劑時有利的是在內(nèi)部對切削工具進行冷卻而不是將低溫冷卻劑噴射在工件上。

增加對切削刃的冷卻將允許提高切削速度。例如，鈦材料的切削速度提高100%將導(dǎo)致熱增加30%。這意味著切削刃處的熱減小30%將允許切削刃以兩倍的所述切削速度操作，而不超出原始操作溫度。以兩倍于原始切削速度的切削速度操作的工具能夠以一半的時間切削相同量的材料。

附圖說明

圖1是切削工具的分解側(cè)面剖視圖。

圖2是切削工具的芯和安裝在該芯上的套管的透視圖。

圖3是示出已裝配的切削工具的側(cè)視圖。

圖4是沿圖3的線4-4截取的剖視圖。

圖5是沿圖3的線5-5截取的剖視圖。

圖6是鉆主體和安裝在該鉆主體上的套管的側(cè)視圖。

圖7是已裝配的圖6的鉆主體和套管的側(cè)視圖。

圖8是圖7的鉆主體和套管的端視圖。

圖9是沿圖7的線9-9截取的剖視圖。

圖10是沿圖7的線10-10截取的剖視圖。

圖11是沿圖8的線11-11截取的已裝配的鉆主體和套管的透視圖。

圖12是具有扭曲出屑槽的鉆的透視圖。

具體實施方式

圖1是切削工具50的分解側(cè)面剖視圖。切削工具50包括具有中心盲孔55的大體筒形主體54，所述中心盲孔沿筒形主體54的縱向軸線從其后面56延伸到接近其前面58的位置。冷流遞送路徑由徑向孔52形成，所述徑向孔可形成為接近筒形主體54的前面58并與中心孔55相交。冷流遞送路徑被定位成以便接近可位于前面58上的切削刃?？裳赝残沃黧w54的外表面的前部部分60從徑向孔52到朝著后面56的位置形成縱向溝槽59?？v向溝槽59位于由徑向孔52形成的冷流遞送路徑的下游，并形成用于低溫冷卻劑的返回路徑?？v向溝槽59可與形成在前部部分60的圓周周圍的排出歧管溝槽61相交。在所示的實施例中，縱向溝槽59可終止于形成在筒形主體54上的肩部部分62處。肩部部分62具有大于筒形主體54的前部部分60（縱向溝槽59形成于前部部分60上）的直徑的直徑。套管64可插在筒形主體54的前部部分60上，直到套管64的后面65鄰接抵靠肩部部分62為止。套管64可具有孔66，所述孔的內(nèi)徑使得套管64能夠緊密配合在筒形主體54的前部部分60上。排出端口68可接近套管64的后面65形成于孔66的內(nèi)部上。套管64的長度可近似等于切削工具50的前部部分60的長度。在套管64位于適當位置的情況下，縱向溝槽59形成縱向通路，所述縱向通路從筒形主體54的前部部分60中的徑向孔52通向接近套管64的后面65形成的排出端口68。筒形主體54和套管64可由高速鋼、工具鋼、碳化物或通常用于制造切削工具裝置中的任何其他材料制成。

圖2是筒形主體54的前部部分60和套管64的透視圖?？裳厍安坎糠?0從徑向孔52到肩部部分62形成縱向溝槽59。徑向孔52與縱向溝槽59相交，且縱向溝槽與排出歧管溝槽61相交。

圖3是示出已裝配的切削工具50的側(cè)視圖。具有貫通通道76的絕緣材料的套筒70可放置在中心縱向盲孔55中。絕緣材料的套筒70定位在縱向孔55中，以在孔55的盲端中且接近切削工具50的前面58產(chǎn)生前冷卻劑腔72。徑向孔52將冷卻劑腔72聯(lián)接到縱向溝槽59。絕緣套筒70可包括聚四氟乙烯（PTFE）或其他合適的絕緣材料。絕緣套筒70通過妨礙遞送通過套筒70到前冷卻劑腔72的冷卻劑的熱增益來幫助維持冷卻劑的低溫溫度。套管64的端部中的排出端口68在工具50的切削部分的端部處產(chǎn)生退出出口（其從排出歧管溝槽61通向大氣），并引導(dǎo)冷卻劑遠離工件以防止冷卻劑冷卻工件及使工件堅韌。切削工具50可安裝在工具架75中，使得切削工具50能夠以常規(guī)方式安裝在主軸中。至少一個出屑槽57可形成于切削工具的前面58上，且如圖4中所示，切削刃78可形成于出屑槽77的外邊緣上。

為了裝配圖3中所示的切削工具50，可機加工前部部分60以形成縱向溝槽59，且可形成徑向孔52以將溝槽59連接到前冷卻劑腔72。為清楚起見，將縱向溝槽59示為直的，但將理解的是，如果最終的切削工具具備形成于螺旋形出屑槽上的螺旋形切削刃，那么將使用螺旋形溝槽。接著可將套管64裝配在芯的前部部分60上。接著可燒結(jié)已裝配的主體54和套管64以使其融合在一起?？蓹C加工筒形主體54和套管64的前面58以形成出屑槽57，且接著可機加工套管64的外表面以形成出屑槽77。在工具的所述面上的出屑槽57可被削尖，且在工具的外筒形表面上的出屑槽77可被削尖以提供切削刃78。替代地，切削刃78可釬焊或以其他方式附加到出屑槽57和77的端部。然后將絕緣套筒70裝配在主體54的盲孔55中?？墒褂闷渌b配方法。

圖4是沿圖3的線4-4截取的剖視圖。徑向孔52提供從冷卻劑腔72（其形成于盲孔55的端部中）到縱向溝槽59（其形成于主體的前部部分60上）的通道。徑向孔52被定位成對準并接近出屑槽57，所述出屑槽可形成于切削工具的前面58上?？v向溝槽59被定位成對準并接近形成于套管64的外表面上的切削刃78和出屑槽77。徑向孔52和縱向溝槽59中的冷卻劑在從工具的前面58上的切削刃和工具的外圓周上的切削刃78移除熱方面是有效的。為簡單起見，已在圖3和圖4中將出屑槽77示為直的，但也可采用螺旋形出屑槽。由于出屑槽77被示為直的，所以縱向溝槽59也被示為直的，但將理解的是，在具有螺旋形出屑槽的切削工具中，可采用螺旋形溝槽，以便溝槽遵循出屑槽的路徑。

圖5是沿圖3的線5-5截取的剖視圖。縱向溝槽59被定位成靠近出屑槽77的最外極端，緊挨著形成于工具主體的前部部分中的切削刃78?？v向溝槽59向后朝向工具架和主軸排放，并通過排出端口68排放到大氣。排出端口68引導(dǎo)冷卻劑遠離工具的前部并防止冷卻工件及使工件堅韌。

在使用中，冷卻劑源聯(lián)接到切削工具50的后面56以及形成于絕緣材料的套筒70中的通道76。冷卻劑從工具50的后面56流到形成于盲孔的端部處的冷卻劑腔72，且從冷卻劑腔72的端部通過徑向孔52流入形成于工具的前部部分60上的縱向溝槽59的端部中。冷卻劑沿縱向溝槽59從工具的前面58朝著后面56流動，直到冷卻劑到達排出端口68為止。排出端口68形成用于冷卻劑的到大氣的退出出口，并引導(dǎo)冷卻劑遠離工件。所使用的冷卻劑可為低溫冷卻劑，諸如具有-196℃的溫度的液氮，或可使用其他低溫冷卻劑。也可使用非低溫冷卻劑。與冷卻劑腔72中的冷卻劑相比，徑向孔52和縱向溝槽59中的冷卻劑更接近工具的面58上的出屑槽和切削刃57以及沿工具長度的切削刃78，從而使得所述切削刃能夠在更低的溫度下操作。

在不脫離本文中所描述的設(shè)計的情況下，在工具50的外表面中的出屑槽77可為右旋的、左旋的、可變的、交錯的或直的。為了最大化冷卻劑腔中的冷卻劑的冷卻效果，冷卻劑腔的內(nèi)部形狀和用于冷卻劑的通路應(yīng)密切遵循工具的外部形狀。以此方式，工具的切削刃（其為熱源）和出屑槽77中的冷卻劑之間的距離得以最小化，從而導(dǎo)致腔中的冷卻劑最大程度地吸收熱。

可將如所示的裝置應(yīng)用于鏜刀、鉆、絞刀、端銑刀、螺紋銑刀、絲錐及壓制的硬質(zhì)合金刀片。

由旋轉(zhuǎn)工具產(chǎn)生的離心力將迫使冷卻劑從冷卻劑腔72到徑向孔52的最外端部，并通過縱向溝槽59到排出端口68。

圖6-11是針對裝置的實施例，其中，冷卻被施加到諸如鉆的切削工具。圖6是鉆主體80和裝配在鉆主體80的前進端84上以便產(chǎn)生如下文更充分地解釋的鉆的套管82的側(cè)視圖。鉆主體80的前進端84具有減徑部分85，以便裝配在形成于套管82中的盲孔86中。套管82中的盲孔86被定尺寸成緊密配合在鉆主體80的減徑部分85上。鉆主體80具有在柱端90中的軸向盲孔88，所述柱端從如圖7中所示的鉆主體80的端部91延伸到在主體的前進端84處的減徑部分85。橫向鉆孔92從減徑部分85的外表面到形成于鉆主體中的盲孔88的端部處的冷卻劑腔89形成在減徑部分85中，如下文更充分地解釋的。可沿減徑部分85的長度的一部分形成溝槽94，以在完成的鉆中提供用于冷卻劑的路徑，如下文更充分地解釋的。溝槽94可沿U形路徑93從在工具80的切削部分的起點處的橫向鉆孔92延伸到減徑部分85的末端95，并朝著工具的切削部分的端部返回。每個U形路徑93均可包括冷流遞送路徑96、跨接部分97和返回路徑98。每個冷流遞送路徑96均可與橫向鉆孔92連通，且每個返回路徑98均可與排出間隙101連通，所述排出間隙形成于套管82的端部99和肩部100（其形成于鉆主體80的柱端90上）之間。

圖7和圖11是已裝配的鉆主體80和套管82的側(cè)視圖?？蓪⒔^緣材料（諸如PTFE）的套筒87插入到盲孔88中，以便使低溫冷卻劑與來自鉆主體80的熱增益隔絕。冷卻劑腔89可在切削工具的中間形成于套筒87的端部和盲孔88的端部之間，且橫向鉆孔92可與冷卻劑腔89相交?？蓪μ坠?2的外表面進行機加工以形成鉆出屑槽102，如在圖8和圖9中最佳可見，且出屑槽102可被削尖以形成切削刃104。冷流遞送路徑96沿工具的軸線103從冷卻劑腔89延伸到工具的末端106。跨接流動路徑97位于工具的末端106處，且返回路徑98從工具的末端106延伸到工具的柱端90。

圖8是圖7的鉆主體80和套管82的端視圖。可對套管82進行機加工以沿套管的長度形成兩個出屑槽102，但可根據(jù)需要在套管82上形成其他數(shù)目的出屑槽。具有切削刃108的尖頭末端106由兩個出屑槽102的合并部形成，且在操作中，圍繞尖頭末端106的切削刃108在鉆孔操作中移除最大量的材料。結(jié)果，切削刃108和尖頭末端106在切削操作期間變得比鉆的其他部分更熱，且因此鉆的這個部分最受益于冷卻。冷流遞送路徑96被定位成接近在切削工具的外圓周上的出屑槽102的切削刃104，且返回路徑98鄰近于出屑槽的后唇部110。每個U形路徑93的跨接部分97均將冷流遞送路徑96連接到返回路徑98，且接近尖頭末端106的切削刃108?？蓹C加工套管82以形成兩個以上的出屑槽，如本領(lǐng)域中眾所周知的。

為了生產(chǎn)圖7-11的已裝配鉆，首先將套管82裝配到鉆的主體部分80的減徑部分85上。接著燒結(jié)套管82和減小的主體部分85以使其融合在一起。接著在套管82上形成出屑槽102，且對出屑槽精磨以便形成出屑槽的削尖邊緣104。出屑槽102形成于套管82的外表面上，以便出屑槽的削尖邊緣104鄰近于形成在鉆主體80的減徑部分85上的冷流遞送路徑96以及尖頭末端106的切削刃108。接著將絕緣材料的套筒87插入主體部分80中的盲孔中。

在使用中，冷卻劑通過絕緣套筒87進入鉆主體80，并聚集在形成于絕緣套筒87的端部和盲孔88的端部之間的冷卻劑腔89中。冷卻劑腔89中的冷卻劑流動通過橫向鉆孔92到冷流遞送路徑96，并從冷流遞送路徑96穿過跨接部分97流到返回路徑98，以及從返回路徑98流到排出歧管溝槽101并流到排出端口99和大氣。冷流遞送路徑96將冷卻劑定位成盡可能地接近鉆的削尖出屑槽104，且跨接部分97將冷卻劑定位成盡可能地接近位于鉆的末端處的切削刃108，以最大化由冷卻劑從鉆的這些區(qū)域移除的熱。返回路徑98將冷卻劑引導(dǎo)到遠離鉆的末端106位于工具的切削部分的端部處的排出間隙101，使得冷卻劑能夠被排出到大氣并被引導(dǎo)遠離工件。這防止低溫冷卻劑撞擊工件及使工件堅韌。所使用的冷卻劑可為低溫冷卻劑，諸如具有-196℃的溫度的液氮，或可使用其他低溫冷卻劑。也可使用非低溫冷卻劑。

圖12是具有扭曲的出屑槽的鉆112的透視圖。所示的鉆112具有兩個出屑槽114，所述出屑槽被扭曲以形成螺旋。出屑槽114終止于尖頭末端116中。結(jié)合圖6-11示出和描述的構(gòu)造可應(yīng)用于如圖12中所示的具有兩個扭曲的出屑槽的鉆。具有扭曲的出屑槽的鉆也可被制成具有兩個以上的出屑槽，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的。

因此在已經(jīng)描述了裝置之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到各種修改和改變，所述修改和改變將在如由所附權(quán)利要求限定的裝置的范圍內(nèi)。