CN105642925A - 一种超声刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声刀具，包括刀具连接座和直柄刀具，所述直柄刀具包括刀柄和刀头，所述刀具连接座的一端为刀具夹持部，另一端为与超声变幅杆连接的连接部，所述刀具夹持部的端部设有与刀柄配合的夹持孔，所述夹持孔与刀柄过盈配合，所述刀具夹持部的侧面设有使夹持孔与外部连通的散热通孔。本发明解决了现有超声刀具可更换性不好的问题，降低了超声刀具制造和超声加工的成本；同时，通过设置散热孔和散热扇叶，能有效对连接处进行散热；结构简单实用，能够满足用户利用超声辅助加工技术加工材料的实际需求。

Description

一种超声刀具

技术领域

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种超声刀具。

背景技术

超声辅助加工技术作为一种重要的先进复合加工技术，目前应用在航空航天、光学、精密机械和医疗等领域。

超声辅助加工是在传统机械加工中加工工具与工件相对运动的基础上，在加工工具或工件上施加以超声振动辅助，以获得更好加工性能的加工方法。

超声加工与普通加工最大的区别在于加工过程中超声刀具上存在每秒钟数万次的轴向高频振动。由于超声振动的引入，改变了刀具切削刃对被切削材料的作用方式，从而改变了材料去除机理，降低了刀具与工件之间的摩擦力，减小了刀具与工件的作用时间，增强了刀具对工件的切削去除作用，从而有效提高了材料去除率，减小了切削力，提高了加工精度和质量。

超声刀具是用于超声辅助加工中的刀具。和普通刀具不同的是，超声加工中刀具沿轴向高频振动。为了有效传递振动并且不被振断，对制作超声刀具的材料和超声刀具的结构有严格的要求。这些要求导致现有的超声刀具存在制造周期长，加工难度大，刀刃需要二次刃磨，价格昂贵，可更换性不好等许多问题。造成这种情况的原因是超声刀具为刀具连接座和刀具一体设置，一般需要根据特定的加工需求进行定制，且刀刃难以加工，精度难以保证。且在使用超声切割刀具时，还存在刀具磨损快、易出现疲劳断裂等现象。作为一种易耗件，频繁的更换刀具使得用户的使用成本不断提高。另外，在超声刀具使用过程中，一方面，由于材料内部存在阻尼，超声波在传递的过程中会有能量损耗。另一方面，超声波在刀具连接座和直柄圆片刀连接处传递的时候也会有能量损耗。这些能量损耗会有一部分转化为热能，尤其在大功率超声能量传递时，发热问题显得尤为突出。为了解决刀具发热问题，一般可采用喷淋冷却液进行冷却，但是超声切割多用于弱刚度材料如蜂窝、皮革、食品等的加工，由于工件材料的特殊性和加工现场的特殊要求，加工过程中一般不允许喷淋冷却液进行冷却。

发明内容

本发明针对以上问题，研究设计了一种超声刀具。本发明采用的技术手段如下：

一种超声刀具，包括刀具连接座和直柄刀具，所述直柄刀具包括刀柄和刀头，所述刀具连接座的一端为刀具夹持部，另一端为与超声变幅杆连接的连接部，所述刀具夹持部的端部设有与刀柄配合的夹持孔，所述夹持孔与刀柄过盈配合，所述刀具夹持部的侧面设有使夹持孔与外部连通的散热通孔。

进一步地，所述刀具夹持部的侧面设有周向均布的两个以上的散热通孔。

进一步地，所述散热通孔为长边平行于刀具连接座中心轴的矩形或长轴平行于刀具连接座中心轴的椭圆形。

进一步地，所述连接部为螺纹连接部，所述连接部与刀具夹持部之间设有六角形的预紧部。

进一步地，所述刀具夹持部上设有均布周向的散热扇叶。

进一步地，所述散热扇叶设置在散热通孔的远离直柄刀具的一侧，所述散热扇叶的两个侧边均垂直于刀具夹持部的中心轴。

与现有技术比较，本发明所述的一种超声刀具为分体设置，解决了现有超声刀具可更换性不好的问题，降低了超声刀具制造和超声加工的成本；同时，通过设置散热孔和散热扇叶，能有效对连接处进行散热；结构简单实用，能够满足用户利用超声加工技术加工材料的实际需求。

附图说明

图1是本发明实施例所述的超声刀具的立体结构示意图。

图2是本发明实施例所述的超声刀具的主视结构示意图。

图3是图2的A-A剖视图。

图4是矩形散热通孔的刀具连接座的结构示意图。

图5是椭圆形散热通孔的刀具连接座的结构示意图。

图6是月牙形散热通孔的刀具连接座的结构示意图。

图7是图4-图6的右视图。

图8是直柄圆片刀的结构示意图。

图9是直柄尖刀的结构示意图。

图10是直柄磨棒的结构示意图。

图11是直柄铣刀的结构示意图。

图12是本发明实施例所述的扇叶的结构示意图。

图13是图12的左视图。

图14是图12的俯视图。

具体实施方式

如图1-图7所示，一种超声刀具，包括刀具连接座1和直柄刀具2，所述直柄刀具2包括刀柄和刀头，所述刀具连接座1的一端为刀具夹持部13，另一端为与超声变幅杆连接的连接部11，所述连接部11为螺纹连接部，所述连接部11与刀具夹持部13之间设有六角形的预紧部12。所述刀具夹持部13的端部设有与刀柄配合的夹持孔14，所述夹持孔14与刀柄过盈配合，所述刀具夹持部13的侧面设有使夹持孔14与外部连通的散热通孔15。散热通孔15的数量可以在保证散热效果和刀具夹持部13强度的前提下根据需要设定。

刀具连接座1和直柄刀具2采用两种材料制造，利用材料的热胀冷缩原理，由于两种材料之间的热膨胀系数之差，在加热后，夹持孔14膨胀后的尺寸大于刀柄的尺寸，直柄刀具2可以顺利装入刀具连接座1；冷却后，夹持孔14收缩后的尺寸小于刀柄的尺寸，实现二者之间的过盈配合，进而实现刀具的快速更换和强力夹持。

所述刀具夹持部13的侧面设有均布周向的两个以上的散热通孔15，所述散热通孔15为长边平行于刀具连接座1中心轴的矩形或长轴平行于刀具连接座1中心轴的椭圆形，也可以为月牙形等各种长条式的形状。

所述刀具夹持部13上设有均布周向的散热扇叶16，所述散热扇叶16设置在散热通孔15的远离直柄刀具的一侧，也就是散热通孔15和预紧部之间，所述散热扇叶16的两个侧边均垂直于刀具夹持部13的中心轴。如图12-图14所示，扇叶16与刀具夹持部13的连接线为弧线形，散热扇叶16的截面的一边为直线，另一边为样条曲线，此处散热扇叶截面的直线垂直于刀具连接座1的轴线。散热扇叶16在高速旋转时，能够加速附近空气流动，使空气从散热扇叶16快速流经散热通孔15并最终流向直柄刀具2，形成风冷效果，起到冷却刀具夹持部13和直柄刀具2的作用。

如图8-图11所示，直柄刀具2可以是直柄圆片刀，直柄尖刀，直柄磨棒，直柄铣刀或其他类型的直柄刀具。

本实施例所述的超声刀具制造周期短，当定制整体超声刀具时，其定制周期长；相比之下，此超声刀具的制造周期短。这种超声刀具制造成本低，因为整体式超声刀具制造难度大，其刀刃需要二次刃磨；而当单独制造直柄刀具时，其刀刃精度容易保证。与整体定制超声刀具相比，此超声刀具成本会下降一半以上。另外，当加工不同的加工材料或需要满足不同的加工要求而需要更换刀具时，只需要更换直柄刀具即可，这种更换刀具形式成本低，容易实现。当直柄刀具损坏时，可以更换直柄刀具，当刀具连接座损坏时，可以更换刀具连接座，所以，此超声刀具的可更换性好。所以，此超声刀具有制造周期短，成本低，可更换性好，制造方便，刀刃的结构和尺寸容易调节等优点。

关于刀具连接座材料的选择，采用耐高温，超声波内耗系数低的经过调质的合金钢。这样，进行多次热装夹和热取出操作，材料性能也基本不受影响，保证刀具精度不会变差。直柄刀具采用高硬度，耐磨损的硬质合金或者高速钢材料。刀具连接座采用了耐高温，超声波内耗系数低的经过调质的合金钢，从刀具材料选择方面就降低了超声振动引起的发热量，本实施例还在刀具夹持部上开有五个长方形的冷却通孔，形成风冷，可以保证刀具得到充分散热、冷却。由于刀具连接座采用耐高温材料，经过散热之后，超声刀具可以正常工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超声刀具，其特征在于：包括刀具连接座和直柄刀具，所述直柄刀具包括刀柄和刀头，所述刀具连接座的一端为刀具夹持部，另一端为与超声变幅杆连接的连接部，所述刀具夹持部的端部设有与刀柄配合的夹持孔，所述夹持孔与刀柄过盈配合，所述刀具夹持部的侧面设有使夹持孔与外部连通的散热通孔。

2.根据权利要求1所述的超声刀具，其特征在于：所述刀具夹持部的侧面设有均布周向的两个以上的散热通孔。

3.根据权利要求2所述的超声刀具，其特征在于：所述散热通孔为长边平行于刀具连接座中心轴的矩形或长轴平行于刀具连接座中心轴的椭圆形。

4.根据权利要求1所述的超声刀具，其特征在于：所述连接部为螺纹连接部，所述连接部与刀具夹持部之间设有六角形的预紧部。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的超声刀具，其特征在于：所述刀具夹持部上设有均布周向的散热扇叶。

6.根据权利要求5所述的超声刀具，其特征在于：所述散热扇叶设置在散热通孔的远离直柄刀具的一侧，所述散热扇叶的两个侧边均垂直于刀具夹持部的中心轴。