一种适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构

文档序号:39814108发布日期:2024-11-01 18:44阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,至少包括一刀杆本体,其特征在于:

2.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,所述热管刀具结构采用分段焊接或者增材制造整体化打印成形的方式制造,其中:

3.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,在所述冷凝端的外壁面上加工设置有沿轴向排列的多个散热翅片,其材质选用高导热系数的金属材料,所述散热翅片具有固定的翅片角度及轴向间隔,以确保在不同工作条件下均能提供稳定的散热效果,且所述散热翅片的固定结构采用高强度耐热的焊接或紧固方式,确保在高温、高速旋转的环境下散热翅片不会发生脱落或变形。

4.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,在所述冷凝端的外壁面上加工设置有沿轴向排列的多个散热翅片,其材质选用高导热系数的金属材料,且所述散热翅片具有可调节的翅片角度,以根据切削工况和外部环境温度的变化灵活调节气态工质的冷凝效果,确保冷凝端的散热性能始终处于最佳状态。

5.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,所述多孔点阵结构的点阵孔隙尺寸根据加工材料的导热特性和切削工艺参数进行调整,以优化液态工质的扰流效果和接触面积,提高蒸发端的换热效率,确保工质在高温环境下快速气化。

6.根据权利要求5所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,所述多孔点阵结构采用3d打印技术制造,其孔隙率为50%-80%,平均孔径为50-200微米,且在蒸发端和冷凝端的多孔点阵结构具有不同的结构参数,其中蒸发端的多孔点阵结构孔隙率高于冷凝端,冷凝端的多孔点阵结构平均孔径大于蒸发端,以促进冷凝液的快速回流。

7.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,所述螺旋输液槽道的螺距和槽深根据刀具的旋转速度和离心力分布进行优化设计,使液态工质在回流过程中受力更加均匀,有效减少回流阻力,避免工质回流不畅的问题。

8.根据权利要求7所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,所述螺旋输液槽道的螺距沿轴向从冷凝端到蒸发端逐渐减小,且槽深沿同一方向逐渐增加,其中螺距在冷凝端为5-10mm,在蒸发端为2-5mm;槽深在冷凝端为0.5-1mm,在蒸发端为1-2mm。

9.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,所述同心套管的外壁面上设置有多个沿轴向延伸的微细槽,所述微细槽的宽度为0.1-0.5mm,深度为0.2-1mm,以在高速旋转时形成毛细力,有助于液态工质在套管外壁和热管管腔内壁之间形成稳定的液膜,并在低速或停机状态下也能保证热管的正常工作。

10.根据权利要求1所述的适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,其特征在于,在所述热管管腔的冷凝端内壁上设置有多个环形凸起,所述环形凸起的高度为0.5-2mm,间距为5-10mm,以增加冷凝液态工质的流动阻力,延长液态工质在冷凝端的停留时间并提高热量释放效率,同时增加冷凝端的有效换热面积,进一步提高冷凝效率。


技术总结
本发明公开了一种适用于难加工材料可实现高效换热的热管刀具结构,主要解决在高速切削、大深度切削及复杂结构切削过程中,由于切削热积累导致的冷却效率低及刀具磨损失效等问题。本发明在刀杆内部设置同心套管式旋转热管结构,通过在蒸发端和冷凝端引入多孔点阵结构,增大工质接触面积,并结合高速旋转的扰流作用提高相变换热效率。同心套管通过液相趋壁效应和烟囱效应,实现气液分流,避免气相阻碍液相回流的问题。螺旋输液槽道确保液态工质即使在反重力环境下亦能高效回流,从而形成稳定的循环。通过上述设计,本发明显著提高了热管的临界热流密度和换热性能,延长了刀具寿命,适用于高温、高速、复杂加工工况的难加工材料切削。

技术研发人员:姚俊,杜宝瑞
受保护的技术使用者:中国科学院工程热物理研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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