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用热管实现干钻 |
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作者：Chris Koepfer |
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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。
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。
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。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/11/2004) |
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