專利名稱：一種阻尼減振刀桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)械加工的刀具的技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種阻尼減振刀桿。
背景技術(shù)：
在金屬切削加工中，切削力的作用會使得刀桿產(chǎn)生彎曲和振顫。在一定力的作用下，刀桿的彎曲程度主要取決于刀桿的靜剛度，而刀桿的振顫的幅度和頻率取決于刀桿的靜剛度和動剛度。對于一股的刀桿，在長徑比(L/D)超過4倍時刀具自身將產(chǎn)生顫振，使得加工無法進(jìn)行。也就是說，在刀桿的長徑比大于4倍時，刀具本身的剛度已經(jīng)明顯達(dá)不到加工的要求。減少刀桿懸伸長度和增加刀桿的直徑對于減少刀桿的變形量是有利的。但是，由于受加工工件尺寸的限制，改變這兩個參數(shù)是不現(xiàn)實的。另外，通過減少切削量來降低切削力也可以達(dá)到減少刀桿變形量的目的，但這樣勢必會導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，而且在某些情況下，即使減小切削力也不能達(dá)到加工要求，所以這也不是最好的方法。 目前，比較常用的減小刀桿在切削過程中產(chǎn)生顫振方法是增加靜剛度的方法是采用硬質(zhì)合金鋼、陶瓷或氮化硼等材料來增加刀桿的彈性模量，從而減少刀桿彎曲變形，另外一種方法就是對金屬等材料的加工過程進(jìn)行改進(jìn)。利用硬質(zhì)合金鋼作為刀具材料的方法現(xiàn)在被大量使用，他們主要是用來代替常規(guī)一股的刀桿，但對于更大長徑比的刀具這種方法并不能起到很好的減振效果，特別是在要求工具具有比較復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)的情況下，其造價特別高。 因此，目前所采用的減小刀桿在切削過程中產(chǎn)生顫振的方法都存在效果較差，而且使加工過程復(fù)雜成本提高的弊端。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為了克服上述問題，從而提供一種阻尼減振刀桿，用來降低銑削工作時的振動和噪聲，以提高加工精度。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的阻尼減振刀桿包括刀柄2和設(shè)置于刀柄2下端的刀頭1，所述的刀柄2內(nèi)同軸設(shè)置有圓柱形空腔4，在所述圓柱形空腔4中密封填充有阻尼顆粒5。所述刀柄2內(nèi)同軸設(shè)置一圓柱形空腔4，位于刀柄的中央位置，圓柱形空腔4內(nèi)填充阻尼顆粒5，由于切削、銑削工作屬于中頻、模態(tài)密集的高度非線性振動系統(tǒng)，顆粒的材質(zhì)必須選擇具有一定形貌的高減振特性的顆粒，顆粒的粒度分布需根據(jù)機(jī)床的型號和工況確定，同時填充10% 15%的粘性液體。所述刀柄2的上端有一密封件3用來密封圓柱形空腔。所述阻尼顆粒5需依據(jù)刀桿長徑比來進(jìn)行選擇在長徑比(L/D)為4 6時，阻尼顆粒5材料為SiC體積百分?jǐn)?shù)為12%的SiCp/ Al復(fù)合材料，粒徑范圍為0. 02毫米 5毫米；在長徑比(L/D)為7 9時，阻尼顆粒5材料為互穿網(wǎng)絡(luò)型聚合物，所述互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物是通過雙網(wǎng)絡(luò)之間相互交叉滲透、機(jī)械纏結(jié)而產(chǎn)生強迫互容和協(xié)同效應(yīng)作用形成的一類綜合性能良好的高分子材料。該聚合物通過雙網(wǎng)絡(luò)之間相互交叉滲透、機(jī)械纏結(jié)而產(chǎn)生強迫互容和協(xié)同效應(yīng)，達(dá)到顆粒阻尼減振的效果，粒徑范圍為0. 5毫米 8毫米；在長徑比(L/D)為10 12時，阻尼顆粒5材料為鎢基合金材料，且需滿足力學(xué)性能極根杭拉強度大于650Mpa、沖擊強度大于15J/cm2，延伸率大于6. 5%，粒徑范圍為0. 8 毫米 6毫米。所述的阻尼顆粒5可以為單一粒徑的顆粒，也可以為混合粒徑的顆粒材質(zhì)，顆粒的粒度分布需根據(jù)刀桿的型號和工況確定。顆粒阻尼減振屬于被動減振技術(shù)的一種，通過顆粒之間以及顆粒與腔體內(nèi)壁之間的相對運動而產(chǎn)生阻尼效應(yīng)的，通過這些碰撞和摩擦消耗能量，達(dá)到減振效果，目前多用于土木工程中混凝土封砂結(jié)構(gòu)減震中。本發(fā)明的特點在于，將顆粒阻尼技術(shù)應(yīng)用在減振刀桿上，銑削、切削工作時刀柄內(nèi)的顆粒處于離心場中，受到離心力的作用，更能充分發(fā)揮其碰撞和摩擦耗能機(jī)理；此減振刀桿同時利用了粘性液體的粘彈性和顆粒的阻尼效應(yīng)進(jìn)行減振。本發(fā)明的特點在于，減振刀桿可以應(yīng)用在多種刀具上，如銑刀刀桿、車刀刀桿、鏜刀刀桿等。本發(fā)明為了提高機(jī)械加工的精度，提供的應(yīng)用顆粒阻尼技術(shù)的新型阻尼減振刀桿，所述刀桿的優(yōu)點為1)本發(fā)明的減振刀桿采用顆粒阻尼減振系統(tǒng)的防振刀具，它可以在造價相對比較低的情況下，實現(xiàn)較大長徑比，使加工過程更簡捷、加工效率更高。2)本發(fā)明的減振刀桿可以提高刀具加工的精度、延長刀具的壽命。3)同時在機(jī)械加工中，利用減振刀具，可以提高表面加工質(zhì)量、大大提高工作效率，特別是在鏜刀中運用此減振刀桿，對深孔鏜切，提高內(nèi)表面質(zhì)量以及加快鏜切速度都會有很大的幫助。4)可以簡化生產(chǎn)工藝、降低加工成本，可以有效降低刀具加工工作時的振動和噪聲，提高加工制造精度，尤其適用于在汽車生產(chǎn)線、軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)線以及其他一些特殊的生產(chǎn)現(xiàn)場。


圖1為阻尼減振刀桿整體結(jié)構(gòu)的全剖視圖；圖2為阻尼減振刀桿整體結(jié)構(gòu)的立體圖；圖3為阻尼減振刀桿應(yīng)用在銑刀刀桿的整體結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；圖4為阻尼減振刀桿應(yīng)用在鏜刀刀桿的整體結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；圖5為本發(fā)明的阻尼減振刀桿加工的工件表面示意圖；圖6為不含阻尼顆粒的刀桿加工的工件表面示意圖。1、刀頭2、刀柄 3、密封件4、圓柱形空腔5、阻尼顆粒
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的阻尼減振刀桿做進(jìn)一步的說明。如阻尼減振刀桿的結(jié)構(gòu)示意圖1和圖2所示刀柄2內(nèi)加工成一個圓柱形空腔4， 位于銑刀刀柄的中心位置，保證旋轉(zhuǎn)時不能偏心；刀柄2的上端有一通孔，用于阻尼顆粒的填充，密封件3用來密封錐形空腔。阻尼減振刀桿的刀柄內(nèi)腔內(nèi)填充適當(dāng)?shù)淖枘犷w粒5，在銑削、切削工作時，腔體內(nèi)的顆粒之間以及顆粒與腔體內(nèi)壁之間相互碰撞和摩擦，這些碰撞和摩擦消耗能量，達(dá)到減振效果；刀桿旋轉(zhuǎn)工作時，顆粒處于離心場中，受到離心力的作用，更能充分發(fā)揮其碰撞和摩擦耗能機(jī)理。上述阻尼顆粒5需依據(jù)刀桿長徑比來進(jìn)行選擇，在長徑比(L/D)為4 6時，阻尼顆粒5材料為SiC體積百分?jǐn)?shù)為12%的SiCp/Al復(fù)合材料，粒徑范圍為0. 02毫米 5毫米； 在長徑比(L/D)為7 9時，阻尼顆粒5材料為互穿網(wǎng)絡(luò)型聚合物，該聚合物通過雙網(wǎng)絡(luò)之間相互交叉滲透、機(jī)械纏結(jié)而產(chǎn)生強迫互容和協(xié)同效應(yīng)，達(dá)到顆粒阻尼減振的效果，粒徑范圍為0. 5毫米 8毫米；在長徑比(L/D)為10 12時，阻尼顆粒5材料為鎢基合金材料， 且需滿足力學(xué)性能極根杭拉強度大于650Mpa、沖擊強度大于15J/cm2，延伸率大于6. 5%, 粒徑范圍為0. 8毫米 6毫米。顆粒的粒度分布需根據(jù)機(jī)床的型號和工況確定，同時填充 10% 15%的粘性液體。實施例1將具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高韌性的復(fù)合材質(zhì)的顆粒，粒徑范圍從 0. 02毫米到5毫米，依據(jù)刀桿空腔的容積，取用一定量的顆粒按照80% 85%的填充率填充到銑刀刀桿空腔內(nèi)；同時填充10% 15%的粘性液體；按照圖3所示密封后形成顆粒阻尼減振刀桿，主要用于銑刀刀桿的減振降噪。實施例2一種顆粒阻尼減振刀桿實例2 在對500mmX 500mmX 400mm空心工件進(jìn)行銑削時，
將具有一定形狀的外部高減振特性、芯部高韌性的復(fù)合材質(zhì)的顆粒，粒徑范圍從0. 02毫米到5毫米，依據(jù)刀桿空腔的容積，取用一定量的顆粒按照80% 85%的填充率填充到銑刀刀桿空腔內(nèi)；同時填充10% 15%的粘性液體；按照圖3所示密封后形成顆粒阻尼減振刀桿，刀桿振動很小，平均振動位移(無量綱化)為37，被加工工件表面非常光滑，如圖5所示。
對比實施例1在對500mmX 500mmX 400mm空心工件進(jìn)行銑削時，傳統(tǒng)銑刀刀桿振動很大，平均
振動位移(無量綱化)為234，被加工工件表面非常粗糙，如圖6所示。該發(fā)明還可以應(yīng)用在其他多種刀具的刀桿減振上，如車刀、刨刀，都在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種阻尼減振刀桿，所述刀桿包括刀柄(2)和設(shè)置于刀柄(2)下端的刀頭(1)，其特征在于，所述的刀柄(2)內(nèi)同軸設(shè)置有圓柱形空腔(4)，在所述圓柱形空腔(4)中密封填充有阻尼顆粒(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼減振刀桿，其特征在于，所述刀柄(2)的上端通過密封件 (3)進(jìn)行密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼減振刀桿，其特征在于，所述圓柱形空腔(4)中還密封填充有體積分?jǐn)?shù)為10 15%的粘性液體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼減振刀桿，其特征在于，所述刀頭(1)為銑刀、車刀、刨刀或鏜刀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼減振刀桿，其特征在于，所述錐形刀桿(2)的長徑比為 4 6時，所采用的阻尼顆粒(5)材料為SiCp/Al復(fù)合材料，粒徑為0. 02毫米 5毫米，其中SiCp的體積百分?jǐn)?shù)為12%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼減振刀桿，其特征在于，所述錐形刀桿(2)的長徑比為 7 9時，所采用的阻尼顆粒(5)材料為互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，粒徑范圍為0. 5毫米 8毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼減振刀桿，其特征在于，所述錐形刀桿(2)的長徑比為 10 12時，所采用的阻尼顆粒(5)材料為鎢基合金，其極根杭拉強度大于650Mpa、沖擊強度大于15J/cm2，延伸率大于6. 5%，粒徑范圍為0. 5毫米 8毫米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種阻尼減振刀桿。所述刀桿包括刀柄(2)和設(shè)置于刀柄(2)下端的刀頭(1)，所述的刀柄(2)內(nèi)同軸設(shè)置有圓柱形空腔(4)，在所述圓柱形空腔(4)中密封填充有阻尼顆粒(5)。本發(fā)明的優(yōu)點在于1)減振刀桿采用顆粒阻尼減振系統(tǒng)的防振刀具，它可以在造價相對比較低的情況下，實現(xiàn)較大長徑比，使加工過程更簡捷、加工效率更高。2)本發(fā)明的減振刀桿可以提高刀具加工的精度、延長刀具的壽命。3)同時在機(jī)械加工中，利用減振刀具，可以提高表面加工質(zhì)量、大大提高工作效率，特別是在鏜刀中運用此減振刀桿，對深孔鏜切，提高內(nèi)表面質(zhì)量以及加快鏜切速度都會有很大的幫助。
文檔編號B23Q11/00GK102275086SQ201110221380
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者李威, 段東平, 肖望強, 邊賀川, 鄧樂 申請人:中國科學(xué)院唐山高新技術(shù)研究與轉(zhuǎn)化中心, 中國科學(xué)院過程工程研究所, 北京科技大學(xué), 唐山市三川鋼鐵機(jī)械制造有限公司