(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具ホルダーに取り付けられる切削工具要素を間接的に冷却するデバイスであって、
切削工具要素は、少なくとも一つの切削工具縁を有し、
デバイスは、
切削工具要素と切削工具ホルダーとの間で切削工具ホルダーの端部に取り付けられ、外面及び内面を有する熱交換器と、
熱交換器の内面に対して取り巻く温度よりも低い冷却剤を提供する冷却剤源とを備え、それによって、熱交換器の外面は切削工具要素と熱交換関係にあり、熱交換器の内面に供給される冷却剤は、切削工具要素を冷却するために熱交換器から熱を取り除き、
前記デバイスは、更に、
切削工具ホルダーと熱交換器との間で切削工具の端部に配置された断熱材を備え、それによって、切削工具ホルダーと熱交換器との間の熱伝達が減少され、
前記デバイスは、更に、
熱交換器の内面に供給される冷却剤を構成する液体窒素を備え、それによって、熱交換器の液体窒素は、切削工具要素から熱を取り除くために液体窒素の蒸発潜熱を使用し、
液体窒素は、ドライ加工技術を使用してワークピースを加工するのに比べて２００ケルビン以上のインサートの温度を、ワークピースを加工中に減少することができ、
液体窒素は、同じワークピースを加工するときに合成冷却剤に必要な流れ率の１パーセントよりも小さい流れ率を使用してワークピースを加工するときにインサートの温度を下げることができる、デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
熱交換器を構成する熱交換器マニホールド及びカバープレートを更に備え、それによって、カバープレートが熱交換器マニホールドに取り付けられたときに空洞が熱交換器の内部に形成される、デバイス。
【請求項３】
請求項２記載のデバイスにおいて、
熱交換器の第１開口に連結された冷却剤入口チューブと、熱交換器の第２開口に連結された冷却剤出口チューブとを更に備え、冷却剤入口チューブは、冷却剤源を熱交換器の空洞に連結する、デバイス。
【請求項４】
請求項３記載のデバイスにおいて、
熱交換器の空洞に配置された複数の伝熱フィンを更に備え、それによって、伝熱フィンは、インサートから熱を取り除くために熱交換器の能力を高める、デバイス。
【請求項５】
請求項４記載のデバイスにおいて、
切削工具要素は、切削工具インサートである、デバイス。
【請求項６】
請求項４記載のデバイスにおいて、
切削工具要素は、切削工具ホルダーにろう付けされたあるいは恒久的に取り付けられている、デバイス。
【請求項７】
請求項４記載のデバイスにおいて、
切削工具要素は、切削工具ホルダーと一体である、デバイス。
【請求項８】
請求項４記載のデバイスにおいて、
空洞に冷却剤入口ゾーンを更に備え、冷却剤入口ゾーンは、冷却剤入口チューブのための開口を含み、切削工具要素の切削工具縁の一つに隣接し、それによって、空洞に入る冷却剤は、最初に冷却剤入口ゾーンに入って切削工具要素の少なくとも一つの切削工具縁に最大の冷却を提供する、デバイス。
【請求項９】
請求項８記載のデバイスにおいて、
平行な伝熱フィンの間に形成された複数のチャンネルを更に備え、それによって、空洞の冷却剤は、第１開口から冷却剤入口ゾーンに流れ、伝熱フィン間のチャンネルを通り、切削工具要素に対して冷却を提供する、デバイス。
【請求項１０】
請求項９記載のデバイスにおいて、
冷却剤入口ゾーンから空洞の反対側にある空洞に形成された冷却剤出口ゾーンを更に備え、それによって、冷却剤は、熱交換器の一方側で空洞に入り、平行な伝熱フィン間に形成されたチャンネルを通じて空洞の反対側にある冷却剤出口ゾーンに導かれる、デバイス。
【請求項１１】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
伝熱フィンの側面の二つは、少なくとも一つの切削工具縁に対して垂直であり、伝熱フィンの端部の二つは、少なくとも一つの切削工具縁に対して傾斜され、その結果、冷却剤入口ゾーンは、三角形状であり、冷却剤入口チューブからの入口がその三角形状内に配置されている、デバイス。
【請求項１２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
熱交換器と切削工具要素との間に配置された熱コンダクタを更に備え、それによって、切削工具要素と熱交換器との間の熱交換が増大する、デバイス。
【請求項１３】
請求項１０記載のデバイスにおいて、
冷却剤を構成する液体窒素を更に備え、それによって、液体窒素は冷却剤入口チューブから冷却剤入口ゾーンに入り、伝熱フィン間のチャンネルを通過し、冷却剤出口チューブによって熱交換器の空洞を出る前に冷却剤出口ゾーンに入る、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境保護機関及び陸軍局によって授けられた契約Ｎｏ．６８−Ｄ−０２――１６、６８−Ｄ−０３−０４２及びＤＡＡＥ３０−０３−Ｄ−１００９−２のもとに政府の支援で行われた。政府は本発明に特定の権利を有する。
【０００２】
開示されたデバイスは、加工中に発生した熱エネルギーの一部を除去するための工具ホルダーに取り付けられたマイクロチャンネル熱交換器を使用する工具チップインターフェースのための間接冷却システムである。
【背景技術】
【０００３】
切削液は、切削工具及び部品の加工ゾーンに直接冷却剤を噴霧することにより潤滑性を高めるために長年にわたって機械加工工程で使用されている。これは、チップと工具との間の摩擦を減少させる効果を有し、工具温度を低下させ、工具寿命を増加させ、部品の品質を向上させる。これらの利点は、特定の欠点を有する。大容量の加工作業では、加工コストの少なくとも１６％が切削液の調達、保守、廃棄に関連付けられている。このコストは、労働者がこれらの液体を使用する際にさらされている健康上のリスクを考慮しない。切削液又はそれらのミストに触れると、皮膚炎や呼吸器疾患などの病気を引き起こす可能性があります。切削液の一部の添加剤は発がん性の可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、これらの問題のため、大容量の加工業界は、切削液の使用を削減または除去するためにドライ加工に移動している。しかしながら、より大きく、より強力なマシンは滑らかでない材料を処理するために必要とされるため、ドライ加工は、化石燃料消費とエネルギーコストを増加させる。また、ドライ加工は、多くの切削工具を消費して、より多くの加工時間を必要とすることで部分ごとのコストを増加させる。
その問題は、ツールチップのインタフェースで発生する熱が材料自体によってインタフェースから離れて容易に導かれないために、チタン及び他の低熱伝導率の材料を加工するときに悪化させる。さらに、ドライ加工は、新しいマシンのための資本が頻繁に利用できない場合、比較的小さなお店の場所には適していない。
過去の研究活動と特許は、高圧冷却剤及び液体窒素によって冷却された切削工具インサートの上部のカップのような貯蔵器の一体化を使用して、液体窒素を加工ゾーンに噴霧して切削工具ホルダーを内的又は外的に冷却することに焦点を当てている。
内部的及び外部的に切削工具を冷却することは、実験的にヒートパイプを使用してテストされている。冷却のある程度は達成され、設計の熱伝達効率が非常に低い。切削工具の側面の摩耗の減少の測定は、ベンチトップでのシステムのパフォーマンスの低下のせいで可能性がない。
加工ゾーンに液体窒素のジェットをスプレーすることは、切削工具を冷却するために有効な手段であることが証明されているが、大量の液体窒素がこのアプローチの比較的低い熱伝達の有効性へのプロセス等によりに使用されている。これは、二つの理由のために液体窒素のジェットの環境負荷を増加させる。第１に、換気システムは、冷却過程中に生成された窒素蒸気を大量に除去する必要がある。第２に、この冷却方式で使用される液体窒素を大量に生産するために必要な電力は、より多くの化石燃料を必要とし、それに応じて、汚染を増加させる。
工具の磨耗を低減するために冷却剤の高圧ジェットの使用も検討されている。このようなアプローチが効果的に工具の摩耗を減らしはするが、いくつかの欠点がある。第１に、ジェットは、プロセスのコストと環境負荷を増大させる電力を消費する大規模なコンプレッサーを使用して加圧した冷却剤を必要とする。第２に、ジェットは、切削工具インサート上の特定の場所に適用される必要がある。これは、切削工具インサートに対して小口径の高圧ジェットの正確で再現性のある位置決めを必要とする。このアプローチは、高圧液体ジェットの管理に伴うオーバーヘッドが迅速に加工時間とコストを上げる生産環境では不可能である。第３に、高圧ジェットは、本明細書に開示されているように間接的にツールチップのインタフェースを冷却するよりも一乃至三桁の大きい液体の流量を必要とする。この事実は、劇的にコストと高圧ジェットを使用する環境負荷を増加させる。他の一つのアプローチは、切削工具インサートの上に、液体窒素で冷却されたカップのような貯蔵器の一体化を含み、これは、工具の磨耗を減少させることが示されている。しかしながら、この配置は、比較的低い熱伝達効率を有し、結果として、必要な流量は、本明細書に開示されている方法よりも二乃至三桁の大きい。貯蔵器は、切削工具インサートの上に位置しているため、デバイスは、生産環境で使用することは困難である。インサートを割り出しする又は変更するために、オペレータは、極めて低温にある貯蔵器を、取り除きそして再接続する必要がある。これらの操作は、特別なトレーニングを必要とし、コストを増加させ、オペレータへの健康リスクを増加させる。これらの理由から、そのようなシステムが生産環境で使用されることはほとんどない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
後述するように、切削工具は、作動液として液体窒素などの極低温冷却剤の非常に小さい流量を使用して間接的に冷却される。本明細書中に記載されているように、用語極低温又は寒剤は、約１１０Ｋ（−１６０℃）以下の温度で沸騰し、非常に低温を得るために使用される液体窒素などの液体を指す。このアプリケーションで極低温の液体を使用する主な利点は、ツールチップのインターフェースから熱を除去する手段として、冷媒の蒸発潜熱の使用である。単相流体による熱のゲインが温度上昇を伴う顕熱伝達とは対照的に、潜在的な熱伝達は、熱を吸収する手段として、蒸気の飽和液から蒸気への等温相変化を使用する。このアプローチは、従来の切削油による環境および労働衛生の問題を排除し、環境に優しくない、潜在的に有毒な、そして高価な切削油の使用を排除するために大小のマシンショップが可能になる。さらに、間接的な冷却は、加工冷却剤のジェット衝突あるいは液体窒素または他の寒剤を用いる先行技術などの直接的な冷却方法よりも小さい数桁の作動流体の流量を使用する。間接的な冷却は、加工作業の環境影響を減少させ、生産コストを削減する。
【０００６】
間接的な冷却は、切削要素の背後に配置されるマイクロチャンネル熱変換機を使用し、作動流体として液体窒素を使用する。熱パイプと比較して、間接的な冷却は、非常に高い熱伝達効率を有し、減少した工具の摩耗及び低い部品生産コストを提供する。
【０００７】
冷却ゾーン内に窒素を噴霧することと比較して、切削エレメントの間接的な冷却は、その高い熱伝達効率のために２乃至３桁少ない窒素を使用する。このように、液体窒素の生産環境への影響は、液体窒素のジェット冷却あるいは典型的な機械加工冷却剤での従来の洪水冷却に比べて非常に小さい。さらに、切削エレメントの間接的な冷却は、ツールに埋め込むことが重要な技術を可能にし、生産環境におけるシステムの使いやすさと手頃な価格を増加させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、非回転工具のための従来技術の工具ホルダー及びインサートを示す。
【図２】図２は、間接的な冷却を有するインサートをもつ工具ホルダーの端部の拡大図である。
【図３】図３は、図２のインサートの下に取り付けられる熱交換器の内部の詳細図である。
【図４】図４は、図２に示された熱交換器のためのカバープレートの下面を示し、熱交換器の適所にカバーを有する工具ホルダーの端部の上面図である。
【図５】図５は、図２の工具ホルダーの下面を示す。
【図６】図６は、様々な切削速度での工具寿命に対するマイクロチャネルフィン表面をもつ熱交換器の使用の影響を示すグラフである。
【図７】図７は、種々の表面の速度での工具寿命に対するマイクロチャネルフィン表面をもたない熱交換器の使用の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、参照符号１０によって概ね示された一般的な従来技術の切削工具を示す。切削工具１０は、ねじ１６によってインサート１２に対して締結されることができるクランプ１４によってホルダー１３に保持されるインサート１２などの切削要素を備える。インサート１２は、ホルダー１３の端部形成されたポケット１７に嵌合し、インサート１２の切削縁１８は、ホルダー１３の端部１５を超えて延び、切削縁が工具１０によって切削される材料と係合することができる。インサートが図示のように正方形である場合、切削縁１８が摩耗されるときインサートは９０度回転されて、切削される材料に対して新しい側面をさらす。このように使用された場合、正方形のインサート１２は、実際には４つの切削縁１８を有する。また、他の数の切削縁を有する他のインサートが知られている。このタイプの切削工具及びホルダーは、例えば回転機械や旋盤などの切削工具が回転しないアプリケーションで使用されることができる。
【００１０】
図２は、インサート１２に間接的な冷却を適用するように変更された切削工具１０を示す。断熱材２１がポケット１７に配置され、熱交換器１９が断熱材２１上に配置される。熱コンダクタプレート２３は、マイクロチャンネル熱交換器１９上に配置され、インサート１２は、熱コンダクタ２３の上部に配置される。クランプ１４は、ポケット１７の要素のスタックを保持するのに使用される。
【００１１】
図３は、ホルダー１３の端部及びマイクロチャンネル熱交換器１９の一部である断熱材２１の詳細図である。断熱材２１は、ホルダー１３のポケット１７に取り付けられ、熱交換器マニホールド２２は、断熱材２１上に取り付けられる。断熱材２１は、熱交換器マニホールド２２に取り付けられ、二つのアイテムのアッセンブリは、電子ビーム溶接によってポケット１７に取り付けられるが、他の取り付けの形態が使用されることができる。熱交換器マニホールド２２は、４つの壁２８−３１によって取り囲まれた床２７によって形成された概ね矩形の空洞２６を備える。第１開口３３は、空洞２６の一つのコーナーに形成され、第２の開口３４は、第１開口３３から対角線上に配置された第２のコーナーに形成される。その発明の実施形態では、第１開口３３は、空洞２６に入られる冷却剤のための入口であり、第２開口３４は、空洞から排出される冷却剤の出口である。切り込み又は溝３６が壁２８−３１の上面に沿って形成され、以下により完全に説明されるように熱交換器のためのカバープレート３８を収容する。
【００１２】
図４は、熱交換器マニホールド２２の上面に取り付けられた熱交換器カバープレート３８の下面を示す。チャンネル４１によって互いに離間された複数の平行な伝熱フィン４０が熱交換器カバープレート３８の内面に形成される。熱交換器カバープレートが図５に示されるように熱交換器マニホールド２２の空洞２６上に取り付けられるとき、伝熱フィン４０は、空洞の中に延び、空洞の冷却剤と、ホルダー１３の端部に取り付けられた切削インサート１２との間で熱交換を増大する。
【００１３】
また、図４は、熱交換器カバープレート３８が空洞を取り囲む壁２８−３１に配置されるときの空洞２６の内部を示す。熱交換器カバープレート３８は、４つの壁の上部に形成された溝３６の中に嵌合する。冷却剤入口ゾーン４３が入口開口３３からの冷却剤が熱交換器に入るマイクロチャンネル熱交換器１９の内部に形成され、これは、熱交換器の最も冷たい領域である。冷却剤入口ゾーン４３は、インサートがホルダー１３によって保持されるときにインサートの切削縁１８に隣接して配置される。冷却剤出口ゾーン４４は、熱交換器からの冷却剤が収集され冷却剤出口開口３４に流されるマイクロチャンネル熱交換器１９の内部に形成される。一実施形態では、伝熱フィン４０は、平行四辺形の形状に構成され、伝熱フィンの側面４６は、境界の壁２９及び３１に平行であり、伝熱フィンの端部４７は、境界の壁２８及び３０に対して傾斜するポイントの軌跡を形成する。伝熱フィン４０の配列の平行四辺形の形状は、冷却剤入口ゾーン４３及び冷却剤出口ゾーン４４の双方に、冷却剤入口３３及び冷却剤出口３４が三角形の短い辺の隣に位置される状態で三角形状を与える。熱交換器カバープレート３８は、境界壁２８−３１の上部に取り付け、伝熱フィン４０及び冷却剤入口及び出口ゾーン４３及び４４をそれぞれ囲む。境界壁２８−３１に取り付けられるとき、伝熱フィン４０の上部は、空洞２６の床２７と接触し、マイクロチャンネル熱交換器１９を通じたフィン間に形成されたチャンネル４１への冷却剤の流れを制限する。
【００１４】
図５は、工具ホルダー１３の下面の斜視図である。溝５１がホルダーの下面に形成され、冷却剤入口チューブ５２及び冷却剤出口チューブ５３が溝５１に取り付けられる。この溝５１は、工具ホルダー（図示せず）の後部で終端し、断熱真空空間を形成するために排出される。冷却剤入口チューブ５２は、熱交換器の空洞２６の冷却剤入口開口３３に連結され、冷却剤出口チューブ５３は、冷却剤出口開口３４に連結される。断熱材の取り付けブロック５６は、ホルダー１３の本体と、冷却剤入口チューブ５２及び冷却剤出口チューブ５３とのそれぞれの間に配置されることができ、チューブからホルダー１３までの熱の漏れを最小限にし、ホルダーにチューブを機械的に支持する。これらの取り付けブロック５６は、工具ホルダーに接続されず、温かい工具ホルダーから冷却剤入口チューブ５２までの潜在的な熱伝導の漏れを排除する。冷却剤入口チューブ５２及び冷却剤出口チューブ５３は、溝５１を覆う外殻（図示せず）によって保護されることができる。使用中、冷却剤入口チューブ５２は、通常、液体窒素（ＬＮ２）を熱交換器１９まで運び、冷却剤出口チューブ５３は、通常、熱交換器１９からの気体状態にあるかもしれない温かくなった液体窒素を運ぶ。他の実施形態では、出口チューブは、付加的な冷却を提供するために工具ホルダーの端部１５まで延びる。断熱材２１は、工具ホルダー１３と熱交換器１９との間の伝熱を最小限にし、熱コンダクタ２３は、熱交換器１９とインサート１２との間の伝熱を最適化する。断熱材２１及び熱コンダクタ２３は、熱交換器１９の性能を最適化するが、インサート１２を冷却する機能を実行するために熱交換器に確実に必要とされない。
【００１５】
本明細書中に記載された切削工具は、切削縁１８を有するインサート１２を使用するが、当業者は、デバイスの原理は、多結晶性ダイヤモンド（ＰＣＤ）などの挿入しないタイプの固定された切削要素、又は、切削工具本体にろう付けされた、取り付けられたあるいは一体である超硬切削要素を使用する切削工具に適用されることを理解されよう。
【００１６】
使用では、インサート１２からの熱は、熱コンダクタ２３によって熱交換器１９のフィン４０に連結される。液体窒素（ＬＮ２）は、固定源（図示せず）から工具の後部のインターフェース（図示せず）までの冷却剤出口チューブ５３に供給する。液体窒素（ＬＮ２）が固定源を出ると、環境からの小さな熱伝達は、冷却剤入口チューブ５２に入る前に少量の寒剤を気化する。この時点で、窒素は、二相流体（部分的に液体と部分的に気体）として知られる。以下、二相流体の大部分が質量基準で液体である場合は、液体窒素は（ＬＮ２）として呼ばれる。二相流体の大部分が質量基準で気体である場合は、気体の窒素は、（ＧＮ２）として呼ばれる。冷却剤入口チューブ５２からの液体窒素（ＬＮ２）は、冷却剤入口ゾーン４３に流入し、伝熱フィン４０間のチャンネル４１を通じて液体窒素が通過する前にインサートの切削縁１８に最大限の冷却を提供する。冷却剤が伝熱フィン４０を通過すると、インサート１２からの熱は、液体の一部をガスに蒸発させることによりこの熱を吸収する（ＬＮ２）に伝達される。次に、ＧＮ２は、冷却剤出口ゾーン４４に収集する。熱交換器の液体窒素は、インサート１２から熱を取り除くために（ＬＮ２）の蒸発潜熱を使用する。この潜在的な熱伝達は、熱を吸収するための手段として、飽和液体から蒸気への液体窒素の等温相変化を使用する。図示の実施形態では、冷却剤出口ゾーン４４のＧＮ２は、冷却剤出口チューブ５３に導かれ、工具ホルダー１３の作業端部から離れる。他の実施形態（図示せず）では、ＧＮ２は、端部１５の開口又は工具ホルダーの底に運ばれ、大気中に排出される。
【００１７】
試験結果
図６は、ドライ加工、ＮＡＳ２００（商標登録）機械冷却剤などの商業的に入手可能な冷却剤でのジェット冷却、及び、間接的なインサートの冷却を有する冷却工具、に対する４１６ステンレス鋼への加工試験からの工具寿命の結果のプロットである。試験で使用される切削速度の全てにおいて間接的なインサート冷却を有する切削工具システムは、ドライ加工又は機械冷却剤を使用したジェット冷却よりもはるかに長い工具寿命を生じた。
【００１８】
試験は、間接的冷却を有する切削工具システムのための側面摩耗領域の範囲はドライ切削又はＮＡＳ２００（商標登録）機械冷却剤でのジェット冷却のどちらよりもはるかに小さいことを示す。ドライ加工中の過度の加熱は、切削工具に立ち上がった縁部を生じる。間接的な冷却を有する切削工具には、そのような立ち上がりは観察されなかった。
【００１９】
部品は、機械加工実験の後に検査され、その寸法精度が測定された。算術平均表面粗さ及びロックウェルＢ硬さも測定された。これらの測定からの結果が表１において以下のとおりである。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
部品のすべての寸法精度は、機械またはオペレータエラーの範囲内であった。表面粗さを測定するために使用された計器は、６．５μｍ又はそれ以下の値に制限される。ドライ加工及びジェット冷却部品の加工表面は、この値以上であった。間接的なインサート冷却を使用する図２の切削工具システムを使用する加工部品の平均表面粗さは、平均値が５．７μｍで、常に６．５μｍより以下であった。測定は、各切削条件が表面近くの同じ微細構造に生じることを示す切削条件に関係なく加工表面の統計的に有意な硬さの変化を示さない。これらの結果は、間接的なインサート冷却を有する切削冷却システムを使用する工具冷却が、予想外の微細構造の変化で正確で滑らかな部分を生じる。
【００２２】
間接的な冷却を有する切削工具システムによって提供された長い工具寿命は、切削工具インサート１２の後ろに配置されているマイクロチャンネル熱交換器２２の結果であると考えられる。熱交換器２２は、熱伝達率と伝熱面積を増加させ、その双方は、インサートの後面と熱交換器を冷却するのに使用される液体窒素との間の熱抵抗を減少させる。この効果を実証するために、マイクロチャンネル熱交換器２２を除去し、マイクロチャンネルが無い金属プレートをその場所に挿入された。試験結果を図７に示す。間接的なインサート冷却を有するが熱交換器２２を有しない切削工具と同様な切削工具の性能は、マイクロチャンネル熱交換器２２が取り除かれた状態でドライ切削又は機械冷却剤を有するジェット冷却よりもよいが、冷却能力及び切削工具システムの工具寿命が低下した。
【００２３】
加工中のインサートの背面の温度測定は、切削工具システムのマイクロチャンネル熱交換器がドライ切削に比べて２２０ケルビン以上でインサートの温度を減少することを確認する。一般的な冷却及びドライ加工に対して、インサートの背面の温度は、加工通過中増加し、工具が加工通過の端部から部品の自由端まで戻って工具が移動されるにつれて減少する。温度は、他の加工通過の開始時に上昇する。間接的に冷却した工具インサートの場合、温度は加工の開始時に増加したが、加工通過中に（増加し続けるというよりも）安定した値に達した。従って、間接的に冷却した工具インサートは、従来の洪水冷却又はドライ加工条件下でのインサートの動作よりも熱的に安定していた。温度は、１５の加工通過に対応するサイクルのような１５サイクル中に測定された。間接的なインサート冷却を有する切削工具の場合では、システムが加工の前に予め冷却される間の３分間がある。予め冷却期間中の冷却剤の流れは、切削工具システムに必要な総流量の計算に含まれる。マイクロチャンネル熱交換器なしで、インサートの温度は、ドライ切削に比べて約５０ケルビンだけ低減された。インサートの温度は、熱電対の位置決めのために冷却剤のジェットで冷却中に正確に測定されなかった。しかしながら、側面摩耗の結果及びこれらの切削油剤の比較的低い熱伝達の能力に基づいて、インサートの背面の温度がドライ切削に対して測定された温度に近かったことが合理的に推察される。
【００２４】
利点
間接的な切削工具の冷却のためのマイクロチャンネル熱交換器２２を有する切削工具は、いくつかのパフォーマンス上の利点を提供する。加工プロセスの環境負荷は、ドライ加工に対して２１％まで減少され、合成冷却剤でのジェット冷却に対して二つの要因によって減少される。工具寿命は、高い切削速度で５０％まで増加し、低い切削速度で７００％まで増加する。部品生産コストは、少なくとも２０％まで減少する。最終製品の品質は、嵌背した部品の寸法精度の高い程度を維持しながら改善される。間接的な冷却方法は、いくつかの環境及びコストのメリットがある。
ゼロ有害排出。上述のような不活性な液体窒素の使用は、切削液に関連付けられている加工工程からの有害排出ガスを除去する予防志向、汚染制御のアプローチである。間接的な冷却方法は、従来の直接的な冷却方法に比べて２５０倍も小さい流速で不活性気体の窒素だけを生成します。プロセスで使用される少量の窒素は、環境にやさしくかつ安全に通気することができる。
低コスト。コストの研究は、間接的な冷却方法は、ドライ切削や合成冷却剤を使用するジェット冷却に比べて、加工用の超低コストのオプションを表すことを示す。調達、メンテナンス、清掃、及び切削液の処理のコストが排除される。間接的な冷却の装置は、機械工具への大幅な変更を必要とせず、結果として、大きな及び小さな加工センターの双方に容易にかつ低コストで実装されることができる。
作動流体の超低流量。高い熱伝達能力のために間接的に冷却する方法は、合成冷却剤の２０００リットルを使用して同等の従来の機械加工に比べて２倍以上の切削工具の寿命を増加するために１０リットルだけの液体窒素を必要とする。これらの冷却剤の量は、８時間シフトにわたって連続的に動作している一台のマシンの冷却要件の代表である。
ドライ切削の全ての利点。ドライ切削の主な利点の一つは、チップ及び完成部品が清潔で乾燥して次の製造工程の準備ができてマシンを出ることである。間接的な冷却を使用して、同様の利点が低コストで実現される。
このように、デバイスを説明したが、様々な修正及び変更は当業者に明らかであり、修正及び変更は、添付の特許請求の範囲によって画定された発明の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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