一种基于半导体制冷的主动散热刀具及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于半导体制冷的主动散热刀具及其工作方法。该主动散热刀具包括刀柄、刀具散热模块和刀刃自动转位模块；刀具主动散热模块包括导热管、半导体制冷片、散热鳍片和散热风扇。由内至外依次排列的半导体制冷片、散热鳍片和散热风扇安装在刀柄尾端的热量释放安装区。刀柄内嵌有沿着刀柄长度方向设置的导热沟槽。导热沟槽中安装有导热管；半导体制冷片的制冷面与导热管贴合。刀刃自动转位模块包括多刃刀片、电磁刀垫、弹出销、电磁线圈、固定销和压紧弹簧。本发明专利技术利用刀具散热模块进行降低车刀温度；同时，根据换热介质的温度变化判断切削刃的磨损程度，配合刀刃自动转位模块实现自动监测切削刃磨损程度，并在磨损过度时自动换刀。时自动换刀。时自动换刀。

【技术实现步骤摘要】
一种基于半导体制冷的主动散热刀具及其工作方法


[0001]本专利技术属于车刀散热
，具体涉及一种基于半导体制冷的主动散热刀具及其工作方法。
技术背景
[0002]在车削加工过程中，车刀与工件材料因摩擦、材料塑性变形等产生大量的切削热，且切削热大量集中在刀具与工件之间的切削区域，切削区域的高温严重影响着刀具的耐用度与使用寿命，工件材料因热膨胀发生的变形，使工件的加工精度难以控制。同时，切削液的大量使用引发诸多负面影响，切削液的使用消耗大量的资源、处置回收等方面增加了加工成本，切削液中所包含的硫、磷、氯、碳氢化合物等众多化学成分对环境的污染非常严重。因此，通过主动散热加速切削区域热量的传导有效控制切削温度对刀具耐用度的影响，从而降低切削区域的温度，是提高刀具的使用寿命，并且减少切削液的使用，是提高工件加工精度实现绿色加工的关键。
[0003]目前国内针对刀具主动散热的专利技术较少，且普遍采用外喷切削液的方法，如申请专利号“CN215090751U”的专利技术公开了一种PCD刀具散热装置，该装置通过喷气管和喷水管对切削面残留的切屑进行清理，同时实现对切削面的降温；申请专利号“CN201910964895.3”的专利技术公开了一种提高刀具散热性能的立式铣床，通过喷洒头喷洒冷却液将铣刀热量以及切屑带出，从而实现高效散热；申请专利号“CN201010224871.3”的专利公开了一种利用热管改善切削刀具散热的方法，该方法通过热管将热量传导至散热片防止刀头温度升高。以上专利技术采用切削液来辅助散热，但是切削液对环境污染严重，制约着绿色加工的发展，而且仅采用热管加散热片的装置散热性能较低，无法高效的排出热量。因此亟需设计一种高效散热且明显减少或者停止切削液使用的刀具散热装置，实现刀具的高效散热及绿色加工。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对当前车削加工中车刀难以主动散热温度过高，导致车刀磨损加剧的问题，提供了一种基于半导体制冷的刀具主动散热方法与装置；该专利技术是一种基于半导体制冷效应辅助刀具散热的方法；是一种通过电磁自动伸缩锁止机构实现多刃刀片自动转位的方法；是一种通过导热管将热量及时转移的装置；是一种实时监测车刀温度变化并根据车刀温度主动排出热量的装置；是一种刀片自动转位更换磨损刀刃的自动伸缩锁止装置。
[0005]本专利技术一种基于半导体制冷的主动散热刀具，包括刀柄、刀具散热模块和刀刃自动转位模块；刀刃自动转位模块安装在刀柄的头端。刀具散热模块安装在刀柄的侧部。所述的刀具主动散热模块包括导热管、半导体制冷片、散热鳍片和散热风扇。所述刀柄的尾端设置有热量释放安装区。由内至外依次排列的半导体制冷片、散热鳍片和散热风扇安装在热量释放安装区中。所述的刀柄内嵌有沿着刀柄长度方向设置的导热沟槽。导热沟槽中安装有导热管；半导体制冷片的制冷面与导热管贴合。
[0006]沿着刀柄的头端到尾端的方向，导热管分为依次排列的蒸发区、冷凝区和冷却区。导热管内设置有自循环的环形流道。环形流道包括依次首尾连接成环形的冷却段、液相输入段、蒸发段和冷凝回流段。冷却段设置在冷却区；蒸发段设置在蒸发区。液相输入段和冷凝回流段位于冷凝区。液相输入段的两端与冷却段、蒸发段的底部分别连接。冷凝回流段的两端与冷却段、蒸发段的顶端分别连接。冷凝回流段倾斜设置，且连接蒸发段的端部高于连接冷却段的端部。环形流道内填充有换热介质。换热介质未充满环形流道。
[0007]所述刀刃自动转位模块包括多刃刀片、电磁刀垫、弹出销、电磁线圈、固定销和压紧弹簧。电磁刀垫固定在刀柄的头端；电磁刀垫的中部开设有导向孔。固定销设置在导向孔内，并与电磁刀垫固定。开设有中心孔弹出销套置在固定销的外侧，并与导向孔构成滑动副。固定销远离电磁刀垫的端部设置有限位块。压紧弹簧套置在固定销上，且两端分别抵住限位块和多刃刀片。
[0008]所述的电磁刀垫内嵌有电磁线圈。弹出销设置在电磁线圈的内侧；电磁线圈通电时带动弹出销向电磁刀垫滑动。所述的多刃刀片上开设有中心孔。多刃刀片的中心孔与固定销构成圆柱副。多刃刀片的顶面设置有沿着固定销中心轴线的周向均布的n个切削刃，n≥2。
[0009]以多刃刀片的切削刃的尖端向内部的旋转方向为换刀旋转方向。弹出销的顶部设置有沿固定销中心轴线的周向均布的n个三角状的第一卡齿。多刃刀片的底面设置有沿固定销中心轴线的周向均布的n个三角状的第二卡齿。第一卡齿与第二卡齿在固定销的径向上位置对应。各第一卡齿的尖端与各第二卡齿的尖端分别错开；当弹出销升高时，将推动多刃刀片升高，并通过第一卡齿和第二卡齿上的斜面带动多刃刀片向换刀旋转方向转动。
[0010]所述的电磁刀垫的顶面开设有沿固定销中心轴线的周向均布的n个导向限位槽。多刃刀片的底面设置有沿固定销中心轴线的周向均布的n个导向限位齿。导向限位槽与导向限位齿在固定销的径向上位置对应。初始状态下，n个导向限位齿分别被限制在n个导向限位槽中。
[0011]作为优选，所述刀柄的尾端安装有温度传感器；温度传感器的检测部伸入环形流道的冷却段内部。
[0012]作为优选，所述的半导体制冷片与散热鳍片之间，散热鳍片与散热风扇之间均填充有导热膏。
[0013]作为优选，所述的蒸发段呈蛇形排布。
[0014]作为优选，所述的导热管的材质为铜。
[0015]作为优选，刀柄的两端均设置有一组散热压片。同一组的四块散热压片与刀柄的四个侧面分别通过固定。接触导热管的散热压片与导热管之间填充有导热膏。导热压片的外侧面上开设有散热沟槽。
[0016]作为优选，所述导向孔的内侧面设置有滑槽。弹出销外侧面的凸起与导向孔上的滑槽滑动连接。
[0017]作为优选，所述的弹出销内部设置有永磁体或整体采用永磁体；且永磁体的磁极排布方向为弹出销的轴线方向。
[0018]作为优选，所述的导向限位槽内设置有第一导向面和第一限位面。第一导向面呈螺旋状。在换刀旋转方向上，第一导向面逐渐远离电磁刀垫的顶面。第一限位面与第一导向
面远离电磁刀垫顶面的端部连接。导向限位齿上设有第二导向面和第二限位面。第二导向面的形状与第一导向面对应。第二限位面的形状与第一限位面对应。当一个导向限位齿的第二导向面与一个导向限位槽上的第一导向面贴合时，多刃刀片受到引导，沿着第一导向面进行螺旋转动，直到第一限位面与第二限位面贴合。
[0019]作为优选，所述的第一导向面与电磁刀垫的顶面的连接处设置有倒角。
[0020]该基于半导体制冷的主动散热刀具的工作方法，包括以下步骤：
[0021]步骤一、将主动散热刀具装夹到车削设备上进行切削加工。
[0022]步骤二、切削过程中，导热管内的换热介质在温差的推动下发生蒸发和冷凝，形成热交换循环，将刀柄头端的热量传导至尾端，并通过半导体制冷片、散热鳍片和散热风扇散发至外界环境。
[0023]步骤三、当温度传感器测得的导热管冷却段温度高于温度上限值时，增大半导体制冷片和散热风扇的功率；当半导体制冷片和散热风扇的功率达到阈值时，若导热管冷却段温度依然无法降低到温度上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半导体制冷的主动散热刀具，其特征在于：包括刀柄(1)、刀具散热模块和刀刃自动转位模块；刀刃自动转位模块安装在刀柄(1)的头端；刀具散热模块安装在刀柄(1)的侧部；所述的刀具主动散热模块包括导热管(2)、半导体制冷片(3)、散热鳍片(4)和散热风扇(5)；所述刀柄(1)的尾端设置有热量释放安装区；由内至外依次排列的半导体制冷片(3)、散热鳍片(4)和散热风扇(5)安装在热量释放安装区中；所述的刀柄(1)内嵌有沿着刀柄(1)长度方向设置的导热沟槽；导热沟槽中安装有导热管(2)；半导体制冷片(3)的制冷面与导热管(2)贴合；沿着刀柄(1)的头端到尾端的方向，导热管(2)分为依次排列的蒸发区、冷凝区和冷却区；导热管(2)内设置有自循环的环形流道；环形流道包括依次首尾连接成环形的冷却段、液相输入段、蒸发段和冷凝回流段；冷却段设置在冷却区；蒸发段设置在蒸发区；液相输入段和冷凝回流段位于冷凝区；液相输入段的两端与冷却段、蒸发段的底部分别连接；冷凝回流段的两端与冷却段、蒸发段的顶端分别连接；冷凝回流段倾斜设置，且连接蒸发段的端部高于连接冷却段的端部；环形流道内填充有换热介质；换热介质未充满环形流道；所述刀刃自动转位模块包括多刃刀片(8)、电磁刀垫(9)、弹出销(10)、电磁线圈(11)、固定销和压紧弹簧(13)；电磁刀垫(9)固定在刀柄的头端；电磁刀垫(9)的中部开设有导向孔；固定销设置在导向孔内，并与电磁刀垫(9)固定；开设有中心孔弹出销(10)套置在固定销的外侧，并与导向孔构成滑动副；固定销远离电磁刀垫(9)的端部设置有限位块；压紧弹簧(13)套置在固定销上，且两端分别抵住限位块和多刃刀片(8)；所述的电磁刀垫(9)内嵌有电磁线圈(11)；弹出销(10)设置在电磁线圈(11)的内侧；电磁线圈(11)通电时带动弹出销(10)向电磁刀垫(9)滑动；所述的多刃刀片(8)上开设有中心孔；多刃刀片(8)的中心孔与固定销构成圆柱副；多刃刀片(8)的顶面设置有沿着固定销中心轴线的周向均布的n个切削刃，n≥2；以多刃刀片(8)的切削刃的尖端向内部的旋转方向为换刀旋转方向；弹出销(10)的顶部设置有沿固定销中心轴线的周向均布的n个三角状的第一卡齿；多刃刀片(8)的底面设置有沿固定销中心轴线的周向均布的n个三角状的第二卡齿；第一卡齿与第二卡齿在固定销的径向上位置对应；各第一卡齿的尖端与各第二卡齿的尖端分别错开；当弹出销(10)升高时，将推动多刃刀片(8)升高，并通过第一卡齿和第二卡齿上的斜面带动多刃刀片(8)向换刀旋转方向转动；所述电磁刀垫(9)的顶面开设有沿固定销中心轴线的周向均布的n个导向限位槽；多刃刀片(8)的底面设置有沿固定销中心轴线的周向均布的n个导向限位齿；导向限位槽与导向限位齿在固定销的径向上位置对应；初始状态下，n个导向限位齿分别被限制在n个导向限位槽中。2.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的主动散热刀具，其特征在于：所述刀柄(1)的尾端安装有温度传感器；温度传感器的检测部伸入环形流道的冷却段内部。3.根据权利要求1所述的一种基于半导体制冷的主动散热刀具，其特征在于：所述的半导体制冷片(3)与散热...

【专利技术属性】
技术研发人员：毋少峰，崔一鸣，王阳，王志强，张浩翰，郭越，倪敬，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：