(10)申请公布号 CN 102275086 A
(43)申请公布日 2011.12.14C N 102275086 A
*CN102275086A*
(21)申请号 201110221380.8
(22)申请日 2011.08.04
B23Q 11/00(2006.01)
(71)申请人中国科学院过程工程研究所
地址100190 北京市海淀区中关村北二条1
号
申请人唐山市三川钢铁机械制造有限公司
北京科技大学
中国科学院唐山高新技术研究与转
化中心
(72)发明人肖望强 段东平 边贺川 李威
邓乐
(74)专利代理机构北京法思腾知识产权代理有
限公司 11318
代理人杨小蓉
高宇(54)发明名称
(57)摘要
本发明涉及一种阻尼减振刀杆。所述刀杆包
括：刀柄(2)和设置于刀柄(2)下端的刀头(1)，
所述的刀柄(2)内同轴设置有圆柱形空腔(4)，在
所述圆柱形空腔(4)中密封填充有阻尼颗粒(5)。
本发明的优点在于：1)减振刀杆采用颗粒阻尼减
振系统的防振刀具，它可以在造价相对比较低的
情况下，实现较大长径比，使加工过程更简捷、加
工效率更高。2)本发明的减振刀杆可以提高刀具
加工的精度、延长刀具的寿命。3)同时在机械加
工中，利用减振刀具，可以提高表面加工质量、大
大提高工作效率，特别是在镗刀中运用此减振刀
杆，对深孔镗切，提高内表面质量以及加快镗切速
度都会有很大的帮助。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页
1.一种阻尼减振刀杆，所述刀杆包括：刀柄(2)和设置于刀柄(2)下端的刀头(1)，其特征在于，所述的刀柄(2)内同轴设置有圆柱形空腔(4)，在所述圆柱形空腔(4)中密封填充有阻尼颗粒(5)。
2.根据权利要求1所述的阻尼减振刀杆，其特征在于，所述刀柄(2)的上端通过密封件
(3)进行密封。
3.根据权利要求1所述的阻尼减振刀杆，其特征在于，所述圆柱形空腔(4)中还密封填充有体积分数为10～15％的粘性液体。
4.根据权利要求1所述的阻尼减振刀杆，其特征在于，所述刀头(1)为铣刀、车刀、刨刀或镗刀。
5.根据权利要求1所述的阻尼减振刀杆，其特征在于，所述锥形刀杆(2)的长径比为4～6时，所采用的阻尼颗粒(5)材料为SiCp/Al复合材料，粒径为0.02毫米～5毫米，其中SiCp的体积百分数为12％。
6.根据权利要求1所述的阻尼减振刀杆，其特征在于，所述锥形刀杆(2)的长径比为7～9时，所采用的阻尼颗粒(5)材料为互穿网络聚合物，粒径范围为0.5毫米～8毫米。
7.根据权利要求1所述的阻尼减振刀杆，其特征在于，所述锥形刀杆(2)的长径比为10～12时，所采用的阻尼颗粒(5)材料为钨基合金，其极根杭拉强度大于650Mpa、冲击强度大于15J/cm2，延伸率大于6.5％，粒径范围为0.5毫米～8毫米。
一种阻尼减振刀杆
技术领域
[0001] 本发明涉及用于机械加工的刀具的技术领域，具体地，本发明涉及一种阻尼减振刀杆。
背景技术
[0002] 在金属切削加工中，切削力的作用会使得刀杆产生弯曲和振颤。在一定力的作用下，刀杆的弯曲程度主要取决于刀杆的静刚度，而刀杆的振颤的幅度和频率取决于刀杆的静刚度和动刚度。对于一股的刀杆，在长径比(L/D)超过4倍时刀具自身将产生颤振，使得加工无法进行。也就是说，在刀杆的长径比大于4倍时，刀具本身的刚度已经明显达不到加工的要求。减少刀杆悬伸长度和增加刀杆的直径对于减少刀杆的变形量是有利的。[0003] 但是，由于受加工工件尺寸的限制，改变这两个参数是不现实的。另外，通过减少切削量来降低切削力也可以达到减少刀杆变形量的目的，但这样势必会导致生产效率下降，而且在某些情况下，即使减小切削力也不能达到加工要求，所以这也不是最好的方法。目前，比较常用的减小刀杆在切削过程中产生颤振方法是增加静刚度的方法是采用硬质合金钢、陶瓷或氮化硼等材料来增加刀杆的弹性模量，从而减少刀杆弯曲变形，另外一种方法就是对金属等材料的加工过程进行改进。利用硬质合金钢作为刀具材料的方法现在被大量使用，他们主要是用来代替常规一股的刀杆，但对于更大长径比的刀具这种方法并不能起到很好的减振效果，特别是在要求工具具有比较复杂的形状结构
的情况下，其造价特别高。因此，目前所采用的减小刀杆在切削过程中产生颤振的方法都存在效果较差，而且使加工过程复杂成本提高的弊端。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于，为了克服上述问题，从而提供一种阻尼减振刀杆，用来降低铣削工作时的振动和噪声，以提高加工精度。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明的阻尼减振刀杆包括：刀柄2和设置于刀柄2下端的刀头1，所述的刀柄2内同轴设置有圆柱形空腔4，在所述圆柱形空腔4中密封填充有阻尼颗粒5。
[0006] 所述刀柄2内同轴设置一圆柱形空腔4，位于刀柄的中央位置，圆柱形空腔4内填充阻尼颗粒5，由于切削、铣削工作属于中频、模态密集的高度非线性振动系统，颗粒的材质必须选择具有一定形貌的高减振特性的颗粒，颗粒的粒度分布需根据机床的型号和工况确定，同时填充10％～15％的粘性液体。
[0007] 所述刀柄2的上端有一密封件3用来密封圆柱形空腔。
[0008] 所述阻尼颗粒5需依据刀杆长径比来进行选择：
[0009] 在长径比(L/D)为4～6时，阻尼颗粒5材料为SiC体积百分数为12％的SiC p/ Al复合材料，粒径范围为0.02毫米～5毫米；
[0010] 在长径比(L/D)为7～9时，阻尼颗粒5材料为互穿网络型聚合物，所述互穿网络
聚合物是通过双网络之间相互交叉渗透、机械缠结而产生强迫互容和协同效应作用形成的一类综合性能良好的高分子材料。该聚合物通过双网络之间相互交叉渗透、机械缠结而产生强迫互容和协同效应，达到颗粒阻尼减振的效果，粒径范围为0.5毫米～8毫米；[0011] 在长径比(L/D)为10～12时，阻尼颗粒5材料为钨基合金材料，且需满足力学性能：极根杭拉强度大于650Mpa、冲击强度大于15J/cm2，延伸率大于6.5％，粒径范围为0.8毫米～6毫米。
[0012] 所述的阻尼颗粒5可以为单一粒径的颗粒，也可以为混合粒径的颗粒材质，颗粒的粒度分布需根据刀杆的型号和工况确定。
[0013] 颗粒阻尼减振属于被动减振技术的一种，通过颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间的相对运动而产生阻尼效应的，通过这些碰撞和摩擦消耗能量，达到减振效果，目前多用于土木工程中混凝土封砂结构减震中。
[0014] 本发明的特点在于，将颗粒阻尼技术应用在减振刀杆上，铣削、切削工作时刀柄内的颗粒处于离心场中，受到离心力的作用，更能充分发挥其碰撞和摩擦耗能机理；此减振刀杆同时利用了粘性液体的粘弹性和颗粒的阻尼效应进行减振。
[0015] 本发明的特点在于，减振刀杆可以应用在多种刀具上，如铣刀刀杆、车刀刀杆、镗刀刀杆等。
[0016] 本发明为了提高机械加工的精度，提供的应用颗粒阻尼技术的新型阻尼减振刀杆，所述刀杆的优点为：
[0017] 1)本发明的减振刀杆采用颗粒阻尼减振系统的防振刀具，它可以在造价相对比较低的情况下，实现较大长径比，使加工过程更简捷、加工效率更高。
[0018] 2)本发明的减振刀杆可以提高刀具加工的精度、延长刀具的寿命。
[0019] 3)同时在机械加工中，利用减振刀具，可以提高表面加工质量、大大提高工作效率，特别是在镗刀中运用此减振刀杆，对深孔镗切，提高内表面质量以及加快镗切速度都会有很大的帮助。
[0020] 4)可以简化生产工艺、降低加工成本，可以有效降低刀具加工工作时的振动和噪声，提高加工制造精度，尤其适用于在汽车生产线、军工产品的生产线以及其他一些特殊的生产现场。
附图说明
[0021] 图1为阻尼减振刀杆整体结构的全剖视图；
[0022] 图2为阻尼减振刀杆整体结构的立体图；
[0023] 图3为阻尼减振刀杆应用在铣刀刀杆的整体结构的局部剖视图；
[0024] 图4为阻尼减振刀杆应用在镗刀刀杆的整体结构的局部剖视图；
[0025] 图5为本发明的阻尼减振刀杆加工的工件表面示意图；
[0026] 图6为不含阻尼颗粒的刀杆加工的工件表面示意图。
[0027] 1、刀头 2、刀柄 3、密封件
[0028] 4、圆柱形空腔 5、阻尼颗粒
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明的阻尼减振刀杆做进一步的说明。
[0030] 如阻尼减振刀杆的结构示意图1和图2所示：刀柄2内加工成一个圆柱形空腔4，位于铣刀刀柄的中心位置，保证旋转时不能偏心；刀柄2的上端有一通孔，用于阻尼颗粒的填充，密封件3用来密封锥形空腔。
[0031] 阻尼减振刀杆的刀柄内腔内填充适当的阻尼颗粒5，在铣削、切削工作时，腔体内的颗粒之间以及颗粒与腔体内壁之间相互碰撞和摩擦，这些碰撞和摩擦消耗能量，达到减振效果；刀杆旋转工作时，颗粒处于离心场中，受到离心力的作用，更能充分发挥其碰撞和摩擦耗能机理。
[0032] 上述阻尼颗粒5需依据刀杆长径比来进行选择，在长径比(L/D)为4～6时，阻尼颗粒5材料为SiC体积百分数为12％的SiC
/Al复合材料，粒径范围为0.02毫米～5毫米；
p
在长径比(L/D)为7～9时，阻尼颗粒5材料为互穿网络型聚合物，该聚合物通过双网络之间相互交叉渗透、机械缠结而产生强迫互容和协同效应，达到颗粒阻尼减振的效果，粒径范围为0.5毫米～8毫米；在长径比(L/D)为10～12时，阻尼颗粒5材料为钨基合金材料，且需满足力学性能：极根杭拉强度大于650Mpa、冲击强度大于15J/cm2，延伸率大于6.5％，粒径范围为0.8毫米～6毫米。颗粒的粒度分布需根据机床的型号和工况确定，同时填充10％～15％的粘性液体。
[0033] 实施例1
[0034] 将具有一定形状的外部高减振特性、芯部高韧性的复合材质的颗粒，粒径范围从0.02毫米到5毫米，依据刀杆空腔的容积，取用一定量的颗粒按照80％～85％的填充率填充到铣刀刀杆空腔内；同时填充10％～15％的粘性液体；按照图3所示密封后形成颗粒阻尼减振刀杆，主要用于铣刀刀杆的减振降噪。
[0035] 实施例2
[0036] 一种颗粒阻尼减振刀杆实例2：在对500mm×500mm×400mm空心工件进行铣削时，将具有一定形状的外部高减振特性、芯部高韧性的复合材质的颗粒，粒径范围从0.02毫米到5毫米，依据刀杆空腔的容积，取用一定量的颗粒按照80％～85％的填充率填充到铣刀刀杆空腔内；同时填充10％～15％的粘性液体；按照图3所示密封后形成颗粒阻尼减振刀杆，刀杆振动很小，平均振动位移(无量纲化)为37，被加工工件表面非常光滑，如图5所示。
[0037] 对比实施例1
[0038] 在对500mm×500mm×400mm空心工件进行铣削时，传统铣刀刀杆振动很大，平均振动位移(无量纲化)为234，被加工工件表面非常粗糙，如图6所示。
[0039] 该发明还可以应用在其他多种刀具的刀杆减振上，如车刀、刨刀，都在本发明保护范围内。
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