一種超聲刀具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機械加工刀具，具體涉及一種超聲刀具。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲輔助加工技術(shù)作為一種重要的先進復(fù)合加工技術(shù)，目前應(yīng)用在航空航天、光學(xué)、精密機械和醫(yī)療等領(lǐng)域。
[0003]超聲輔助加工是在傳統(tǒng)機械加工中加工工具與工件相對運動的基礎(chǔ)上，在加工工具或工件上施加以超聲振動輔助，以獲得更好加工性能的加工方法。
[0004]超聲加工與普通加工最大的區(qū)別在于加工過程中超聲刀具上存在每秒鐘數(shù)萬次的軸向高頻振動。由于超聲振動的引入，改變了刀具切削刃對被切削材料的作用方式，從而改變了材料去除機理，降低了刀具與工件之間的摩擦力，減小了刀具與工件的作用時間，增強了刀具對工件的切削去除作用，從而有效提高了材料去除率，減小了切削力，提高了加工精度和質(zhì)量。
[0005]超聲刀具是用于超聲輔助加工中的刀具。和普通刀具不同的是，超聲加工中刀具沿軸向高頻振動。為了有效傳遞振動并且不被振斷，對制作超聲刀具的材料和超聲刀具的結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求。這些要求導(dǎo)致現(xiàn)有的超聲刀具存在制造周期長，加工難度大，刀刃需要二次刃磨，價格昂貴，可更換性不好等許多問題。造成這種情況的原因是超聲刀具為刀具連接座和刀具一體設(shè)置，一般需要根據(jù)特定的加工需求進行定制，且刀刃難以加工，精度難以保證。且在使用超聲切割刀具時，還存在刀具磨損快、易出現(xiàn)疲勞斷裂等現(xiàn)象。作為一種易耗件，頻繁的更換刀具使得用戶的使用成本不斷提高。另外，在超聲刀具使用過程中，一方面，由于材料內(nèi)部存在阻尼，超聲波在傳遞的過程中會有能量損耗。另一方面，超聲波在刀具連接座和直柄圓片刀連接處傳遞的時候也會有能量損耗。這些能量損耗會有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，尤其在大功率超聲能量傳遞時，發(fā)熱問題顯得尤為突出。為了解決刀具發(fā)熱問題，一般可采用噴淋冷卻液進行冷卻，但是超聲切割多用于弱剛度材料如蜂窩、皮革、食品等的加工，由于工件材料的特殊性和加工現(xiàn)場的特殊要求，加工過程中一般不允許噴淋冷卻液進行冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對以上問題，研究設(shè)計了一種超聲刀具。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0007]—種超聲刀具，包括刀具連接座和直柄刀具，所述直柄刀具包括刀柄和刀頭，所述刀具連接座的一端為刀具夾持部，另一端為與超聲變幅桿連接的連接部，所述刀具夾持部的端部設(shè)有與刀柄配合的夾持孔，所述夾持孔與刀柄過盈配合，所述刀具夾持部的側(cè)面設(shè)有使夾持孔與外部連通的散熱通孔。
[0008]進一步地，所述刀具夾持部的側(cè)面設(shè)有周向均布的兩個以上的散熱通孔。
[0009]進一步地，所述散熱通孔為長邊平行于刀具連接座中心軸的矩形或長軸平行于刀具連接座中心軸的橢圓形。
[0010]進一步地，所述連接部為螺紋連接部，所述連接部與刀具夾持部之間設(shè)有六角形的預(yù)緊部。
[0011]進一步地，所述刀具夾持部上設(shè)有均布周向的散熱扇葉。
[0012]進一步地，所述散熱扇葉設(shè)置在散熱通孔的遠離直柄刀具的一側(cè)，所述散熱扇葉的兩個側(cè)邊均垂直于刀具夾持部的中心軸。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明所述的一種超聲刀具為分體設(shè)置，解決了現(xiàn)有超聲刀具可更換性不好的問題，降低了超聲刀具制造和超聲加工的成本;同時，通過設(shè)置散熱孔和散熱扇葉，能有效對連接處進行散熱;結(jié)構(gòu)簡單實用，能夠滿足用戶利用超聲加工技術(shù)加工材料的實際需求。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例所述的超聲刀具的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實施例所述的超聲刀具的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0017]圖4是矩形散熱通孔的刀具連接座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是橢圓形散熱通孔的刀具連接座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖6是月牙形散熱通孔的刀具連接座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是圖4-圖6的右視圖。
[0021]圖8是直柄圓片刀的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0022]圖9是直柄尖刀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023I圖10是直柄磨棒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖11是直柄銑刀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖12是本發(fā)明實施例所述的扇葉的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖13是圖12的左視圖。
[0027]圖14是圖12的俯視圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1-圖7所示，一種超聲刀具，包括刀具連接座I和直柄刀具2，所述直柄刀具2包括刀柄和刀頭，所述刀具連接座I的一端為刀具夾持部13，另一端為與超聲變幅桿連接的連接部11，所述連接部11為螺紋連接部，所述連接部11與刀具夾持部13之間設(shè)有六角形的預(yù)緊部12。所述刀具夾持部13的端部設(shè)有與刀柄配合的夾持孔14，所述夾持孔14與刀柄過盈配合，所述刀具夾持部13的側(cè)面設(shè)有使夾持孔14與外部連通的散熱通孔15。散熱通孔15的數(shù)量可以在保證散熱效果和刀具夾持部13強度的前提下根據(jù)需要設(shè)定。
[0029]刀具連接座I和直柄刀具2采用兩種材料制造，利用材料的熱脹冷縮原理，由于兩種材料之間的熱膨脹系數(shù)之差，在加熱后，夾持孔14膨脹后的尺寸大于刀柄的尺寸，直柄刀具2可以順利裝入刀具連接座I;冷卻后，夾持孔14收縮后的尺寸小于刀柄的尺寸，實現(xiàn)二者之間的過盈配合，進而實現(xiàn)刀具的快速更換和強力夾持。
[0030]所述刀具夾持部13的側(cè)面設(shè)有均布周向的兩個以上的散熱通孔15，所述散熱通孔15為長邊平行于刀具連接座I中心軸的矩形或長軸平行于刀具連接座I中心軸的橢圓形，也可以為月牙形等各種長條式的形狀。
[0031]所述刀具夾持部13上設(shè)有均布周向的散熱扇葉16，所述散熱扇葉16設(shè)置在散熱通孔15的遠離直柄刀具的一側(cè)，也就是散熱通孔15和預(yù)緊部之間，所述散熱扇葉16的兩個側(cè)邊均垂直于刀具夾持部13的中心軸。如圖12-圖14所示，扇葉16與刀具夾持部13的連接線為弧線形，散熱扇葉16的截面的一邊為直線，另一邊為樣條曲線，此處散熱扇葉截面的直線垂直于刀具連接座I的軸線。散熱扇葉16在高速旋轉(zhuǎn)時，能夠加速附近空氣流動，使空氣從散熱扇葉16快速流經(jīng)散熱通孔15并最終流向直柄刀具2，形成風(fēng)冷效果，起到冷卻刀具夾持部13和直柄刀具2的作用。
[0032]如圖8-圖11所示，直柄刀具2可以是直柄圓片刀，直柄尖刀，直柄磨棒，直柄銑刀或其他類型的直柄刀具。
[0033]本實施例所述的超聲刀具制造周期短，當(dāng)定制整體超聲刀具時，其定制周期長;相比之下，此超聲刀具的制造周期短。這種超聲刀具制造成本低，因為整體式超聲刀具制造難度大，其刀刃需要二次刃磨；而當(dāng)單獨制造直柄刀具時，其刀刃精度容易保證。與整體定制超聲刀具相比，此超聲刀具成本會下降一半以上。另外，當(dāng)加工不同的加工材料或需要滿足不同的加工要求而需要更換刀具時，只需要更換直柄刀具即可，這種更換刀具形式成本低，容易實現(xiàn)。當(dāng)直柄刀具損壞時，可以更換直柄刀具，當(dāng)?shù)毒哌B接座損壞時，可以更換刀具連接座，所以，此超聲刀具的可更換性好。所以，此超聲刀具有制造周期短，成本低，可更換性好，制造方便，刀刃的結(jié)構(gòu)和尺寸容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點。
[0034]關(guān)于刀具連接座材料的選擇，采用耐高溫，超聲波內(nèi)耗系數(shù)低的經(jīng)過調(diào)質(zhì)的合金鋼。這樣，進行多次熱裝夾和熱取出操作，材料性能也基本不受影響，保證刀具精度不會變差。直柄刀具采用高硬度，耐磨損的硬質(zhì)合金或者高速鋼材料。刀具連接座采用了耐高溫，超聲波內(nèi)耗系數(shù)低的經(jīng)過調(diào)質(zhì)的合金鋼，從刀具材料選擇方面就降低了超聲振動引起的發(fā)熱量，本實施例還在刀具夾持部上開有五個長方形的冷卻通孔，形成風(fēng)冷，可以保證刀具得到充分散熱、冷卻。由于刀具連接座采用耐高溫材料，經(jīng)過散熱之后，超聲刀具可以正常工作。
[0035]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超聲刀具，其特征在于:包括刀具連接座和直柄刀具，所述直柄刀具包括刀柄和刀頭，所述刀具連接座的一端為刀具夾持部，另一端為與超聲變幅桿連接的連接部，所述刀具夾持部的端部設(shè)有與刀柄配合的夾持孔，所述夾持孔與刀柄過盈配合，所述刀具夾持部的側(cè)面設(shè)有使夾持孔與外部連通的散熱通孔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲刀具，其特征在于:所述刀具夾持部的側(cè)面設(shè)有均布周向的兩個以上的散熱通孔。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲刀具，其特征在于:所述散熱通孔為長邊平行于刀具連接座中心軸的矩形或長軸平行于刀具連接座中心軸的橢圓形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲刀具，其特征在于:所述連接部為螺紋連接部，所述連接部與刀具夾持部之間設(shè)有六角形的預(yù)緊部。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的超聲刀具，其特征在于:所述刀具夾持部上設(shè)有均布周向的散熱扇葉。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲刀具，其特征在于:所述散熱扇葉設(shè)置在散熱通孔的遠離直柄刀具的一側(cè)，所述散熱扇葉的兩個側(cè)邊均垂直于刀具夾持部的中心軸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲刀具，包括刀具連接座和直柄刀具，所述直柄刀具包括刀柄和刀頭，所述刀具連接座的一端為刀具夾持部，另一端為與超聲變幅桿連接的連接部，所述刀具夾持部的端部設(shè)有與刀柄配合的夾持孔，所述夾持孔與刀柄過盈配合，所述刀具夾持部的側(cè)面設(shè)有使夾持孔與外部連通的散熱通孔。本發(fā)明解決了現(xiàn)有超聲刀具可更換性不好的問題，降低了超聲刀具制造和超聲加工的成本；同時，通過設(shè)置散熱孔和散熱扇葉，能有效對連接處進行散熱；結(jié)構(gòu)簡單實用，能夠滿足用戶利用超聲輔助加工技術(shù)加工材料的實際需求。
【IPC分類】B23P11/02, B23B27/00, B23B27/10
【公開號】CN105642925
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】康仁科, 董志剛, 朱祥龍, 賈振元, 王毅丹, 牛景露
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年4月7日