[發明專利]一種超聲插切加工刀具

有效

• 申請號: 201810157271.6
• 申請日: 2018-02-24
• 公開（公告）號: CN108356298B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 康仁科;董志剛;王毅丹;朱祥龍;馬義新;孟倩;高尚
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23D13/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發明公開了一種超聲插切加工刀具，包括刀具主體；刀具主體的一端具有定位面，定位面上設有與超聲變幅桿相連的螺紋段，刀具主體的另一端具有凹槽，凹槽包括錐形槽底、圓柱形孔和錐臺形孔，錐臺形孔和所述刀具主體遠離所述定位面一端的外壁構成喇叭形切削刃，位于定位面與錐形槽底之間的刀具主體外壁上設有扳手槽，靠近錐形槽底的圓柱形孔的一端設有至少一個從刀具主體外壁穿出的出屑口，圓柱形孔的靠近錐臺形孔的孔段內壁設有至少一個從刀具主體外壁穿出的斜槽。本發明減小了蜂窩芯插切加工的切削力，有效抑制了蜂窩芯孔格壓潰變形損傷，保證加工質量和加工精度。

技術領域

本發明涉及一種機械加工刀具，具體涉及一種超聲插切加工刀具。

背景技術

NOMEX蜂窩芯復合材料因密度小質輕、高的比強度與比剛度、抗沖擊能力強、良好的自熄性等特點而被廣泛應用于航空航天、高速列車等諸多領域。構成蜂窩芯構件，需要對蜂窩芯進行機械加工。蜂窩芯復雜型面加工中，涉及大量小曲率半徑圓弧和孔的加工。目前主要有2種方法加工蜂窩芯材料，一種是在高速機床上采用銑刀高速銑削方法加工，采用高速銑削加工小曲率蜂窩芯結構特征時，由于整體蜂窩孔格結構被破壞，半孔格蜂窩強度非常低，在銑刀銑削力的作用下經常出現蜂窩壁壓潰缺陷，加工質量差。第二種是采用超聲波機床以直刃尖刀或圓盤刀切削加工蜂窩芯，超聲波切削加工蜂窩芯切削力小，表面質量很高，但對于小曲率半徑圓弧的加工則只能采用直刃尖刀，而直刃尖刀在切除材料過程中由于回轉半徑小，刀面兩側對被加工材料的推擠嚴重，也會導致壓潰等質量問題。因此，對蜂窩芯小曲率圓弧特征的加工目前是航空制造領域的一個難題。

插切加工是采用中空的管狀刀具插入被加工材料，切除中心圓柱材料，完成中心孔的加工。目前已有采用高速回轉的插切刀具加工蜂窩芯的技術報道，加工過程中，中空刀具繞其軸線旋轉的同時垂直于蜂窩芯單元格軸線進給，從而進行蜂窩芯材料的去除。但加工效果并不理想，存在的主要問題為：①蜂窩芯材料由較難加工的芳綸纖維等材料構成，加工過程中刀具磨損嚴重。為了保證加工質量，需要頻繁更換刀具，而此類刀具成本較高，增加了蜂窩芯材的制造成本；②已有的中空蜂窩芯插切刀具不具備排屑功能，蜂窩芯切屑很快堆積在刀具內孔，需要頻繁停機清理切屑，加工效率極低，可用性差；③蜂窩芯插切材料去除仍為高速銑削原理，筒狀刀具內外表面與已切削表面及切削的摩擦嚴重，切削力大，也容易導致蜂窩芯塌邊等缺陷，加工的圓弧特征精度和質量差。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種用于蜂窩芯小曲率圓弧特征加工的超聲插切加工刀具。本發明的原理是，將超聲切削加工與插切加工相結合，利用超聲振動能夠極大減小摩擦力和切削力的優勢，在插切工具上施加超聲振動，實現蜂窩芯小曲率圓弧特征的高精度加工。為了實現上述原理，需要解決的難點包括：①考慮刀具材料和結構，綜合運用超聲波的傳遞原理和規律，發明一種能夠傳遞超聲振動的插切刀具；②超聲振動經刀體傳播至前端切削刃，保證切削刃出的振幅最大；③為了有效減小超聲振動的界面衰減，保證超聲振動效果，刀具必需與刀柄可靠連接；④解決插切加工的排屑問題。本發明采用的技術手段如下：

一種超聲插切加工刀具，包括刀具主體；

所述刀具主體的一端具有定位面(以實現刀具與超聲變幅桿同軸)，所述定位面上設有與超聲變幅桿相連的螺紋段，所述刀具主體的另一端具有凹槽，所述凹槽包括錐形槽底、圓柱形孔和位于所述凹槽槽口的錐臺形孔(以減小所述超聲插切加工刀具外壁與蜂窩芯材料的摩擦)，所述錐形槽底和所述圓柱形孔之間設有圓弧過渡孔(以避免超聲作用下的應力集中)，所述錐臺形孔的小端與所述圓柱形孔連通；

所述錐臺形孔和所述刀具主體遠離所述定位面一端的外壁構成喇叭形切削刃，所述刀具主體遠離所述定位面一端的外壁呈錐臺形，所述刀具主體遠離所述定位面一端的外壁的小端位于所述圓柱形孔兩端之間；

位于所述定位面與所述錐形槽底之間的所述刀具主體外壁上設有扳手槽，靠近所述錐形槽底的所述圓柱形孔的一端設有至少一個從所述刀具主體外壁穿出的出屑口，所述圓柱形孔的靠近所述錐臺形孔的孔段內壁設有至少一個從所述刀具主體外壁穿出的斜槽。