[實(shí)用新型]一種應(yīng)用于超聲波加工的圓刀片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320091746.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN203330423U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)明;劉利群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州輝昂科技有限公司
• 主分類號(hào): B23B27/08
• 分類號(hào): B23B27/08;B23C5/08;B23P15/30;B23P15/34
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于超聲波刀具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于超聲波加工的圓刀片。

背景技術(shù)

超聲波加工方法是近40年來逐漸發(fā)展起來的一種新型加工方法，它不僅能加工硬質(zhì)合金等硬脆金屬材料，而且也能適用于半導(dǎo)體和不導(dǎo)電的非金屬硬脆材料的精密加工和成型加工，具有普通加工無法比擬的工藝效果，具有廣泛的應(yīng)用。

超聲波加工刀具通常安裝在超聲波加工裝置上，在超聲波的振動(dòng)下對(duì)工件進(jìn)行超聲波加工。超聲波加工裝置，通常包括超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和刀具。超聲波發(fā)生器將交流電轉(zhuǎn)變成一定功率的超聲頻電振蕩信號(hào)，換能器將超聲頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)，超聲波的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大后傳給刀具，刀具被設(shè)計(jì)成能夠在自由端按照給定頻率提供最大振幅。刀具作為變幅桿的負(fù)載，其機(jī)構(gòu)尺寸，質(zhì)量大小以及與變幅桿連接的好壞，對(duì)超聲振動(dòng)共振頻率和工作性能具有很大的影響，對(duì)加工精度亦有很大的影響。

現(xiàn)有各種結(jié)構(gòu)形式的超聲波刀具，如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN200946158公開的《滾珠式刀頭》、CN201357237?公開的《圓柱式超聲波加工刀頭》和CN201357303?公開的《圓珠式超聲波加工刀頭》，雖然這些刀具的形式各樣，但是均適用于硬脆材料的超聲波加工，對(duì)于復(fù)合材料的超聲波加工卻無法完成或效果不理想。

復(fù)合材料具有高比強(qiáng)、高比模、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、質(zhì)地輕等諸多優(yōu)勢(shì)，在航空航天、機(jī)械、電子、能源等諸多領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。但是，由于復(fù)合材料的特性和特殊的組織結(jié)構(gòu)，使其機(jī)械加工十分困難。采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行加工時(shí)，需要制備與被加工型腔凹凸相反的工具，制作工藝復(fù)雜，加工成本高，周期長(zhǎng)，而且在加工過程中，存在工具磨損等嚴(yán)重問題，影響了加工精度和加工效率，限制了復(fù)合材料的工業(yè)化應(yīng)用。

以前，人們一直采用金剛砂鋸片和正反螺旋銑刀切割復(fù)合材料。但是實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)金剛砂鋸片切割復(fù)合材料時(shí)，鋸片斷口起毛嚴(yán)重，而且產(chǎn)生大量的熱，且振動(dòng)厲害；使用螺旋銑刀切割復(fù)合材料時(shí)，對(duì)機(jī)床要求高且價(jià)格昂貴，不適于批量加工產(chǎn)品。

目前，將現(xiàn)有的圓刀片應(yīng)用于復(fù)合材料的超聲加工，在使用過程中經(jīng)常發(fā)生嘯叫、瞬間斷裂，危及人身安全和導(dǎo)致工件報(bào)廢，并且刀體切削溫度高，加工效率低，加工質(zhì)量差。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一種應(yīng)用于超聲波加工的圓刀片，安裝在超聲波切割機(jī)床上，進(jìn)行切削加工，切割復(fù)合材料效果理想。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其目的采用的技術(shù)方案如下。

一種應(yīng)用于超聲波加工的圓刀片，所述圓刀片徑向放射狀均勻分布有通槽，所述通槽數(shù)量為偶數(shù)。

所述圓刀片包括一體成型的凸臺(tái)和圓盤，所述凸臺(tái)中央設(shè)置有安裝孔，所述圓盤與凸臺(tái)同軸設(shè)置，且所述圓盤邊沿設(shè)置有圓刀片前角。

所述圓刀片通過螺釘與變幅桿螺紋連接，所述螺釘?shù)穆菝焙穸刃∮谕古_(tái)高度，螺帽頂端不超出圓刀片下平面。

所述通槽的兩側(cè)槽邊與圓刀片半徑重合，且兩側(cè)槽邊的夾角角度≤16°，所述通槽的棱角處圓弧設(shè)置，弧度半徑在1mm～3mm。

所述通槽為圓形孔、多邊形孔、串珠狀孔或弧狀長(zhǎng)孔。

所述圓刀片前角的角度范圍為大于等于10°且小于等于18°。

一種應(yīng)用于超聲波加工的圓刀片的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

（A）確定圓刀片材質(zhì)、彈性模量E、泊松比μ、密度ρ和前角θ，設(shè)計(jì)圓刀片尺寸，并計(jì)算圓刀片的諧振頻率?；建立ANSYS模型進(jìn)行有限元分析，計(jì)算圓刀片的振動(dòng)模態(tài)；

（B）從振動(dòng)模態(tài)中確定振動(dòng)幅度偏小的呈圓刀片直徑分布的節(jié)線；

（C）若振動(dòng)模態(tài)中存在振動(dòng)幅度偏小的呈圓刀片圓周分布的節(jié)圓，則在節(jié)線和節(jié)圓重疊處開設(shè)通槽；若振動(dòng)模態(tài)中不存在節(jié)圓，則在節(jié)線上設(shè)置通槽，所述通槽呈徑向放射狀均勻分布。

步驟（C）中，若振動(dòng)模態(tài)中存在振動(dòng)幅度偏小的呈圓刀片圓周分布的節(jié)圓，所述通槽內(nèi)側(cè)半徑小于最小節(jié)圓內(nèi)側(cè)半徑，所述通槽外側(cè)半徑大于最大節(jié)圓外側(cè)半徑；若振動(dòng)模態(tài)中不存在節(jié)圓，通槽內(nèi)側(cè)半徑大于或等于圓刀片半徑的二分之一，通槽外側(cè)半徑小于或等于圓刀片半徑的五分之四。

（D）制作圓刀片并徑向開槽后，通過測(cè)定和修正得到實(shí)際所需的諧振頻率，與換能器、變幅桿和螺釘構(gòu)成一聲學(xué)系統(tǒng)。