CN109773977B - 一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，包括刀柄外壳和超声振子，其特征在于：所述刀柄外壳沿其圆周方向设有凸环，所述凸环为中空结构，凸环内设有与凸环同心设置的环形磁罐，所述凸环与环形磁罐均通过环氧树脂与刀柄外壳固定连接；所述刀柄外壳内通过螺纹连接有内冷管，所述内冷管前端面设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内设有第一密封圈；所述内冷管通过内冷针座与内冷针连接。本发明的超声波内冷刀柄可在加工过程中对刀柄进行中心通水/气，从而提高超声波加工技术的加工性能；同时采用激光焊接的方式将换能器前盖板和超声刀柄外壳进行刚性连接，提高内冷刀柄的制造精度及加工可靠性。
Description
技术领域
本发明属于超声加工技术领域，具体涉及一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄。
背景技术
随着3C产品、航空航天等高新技术的快速发展，市场对产品的外观及性能要求越来越高，因此，对其应用的材料加工质量要求也越来越苛刻。玻璃、陶瓷和陶瓷基复合材料等硬脆材料由于其具有良好的透波性和耐温性，因而成为5G通信时代手机和超高速飞行器必不可替代的材料。孔作为手机玻璃和航空飞行器的典型结构特征，在加工过程中通常会因为玻璃、陶瓷和陶瓷基复合材料的硬度大、脆性高的特点，极易出现出口崩边破碎现象，降低产品良率和使用性能；同时，由于在钻孔时钻削区的冷却润滑不足，会使工具快速磨损，提高加工成本。
目前的超声波刀柄结构紧凑，体积小，超声波刀柄不含有中心通水/通气的功能，在针对陶瓷、玻璃、陶瓷基复合材料钻孔时，往往面临着钻削出口崩边大，工具在钻削时由于没有切削液的冷却润滑作用，使得工具端面的磨粒极易出现堵塞，从而降低工具的切削能力，加快工具的磨损；降低了加工效率，提高了加工成本。为了提高3C玻璃、陶瓷基复合材料等产品的加工效率、加工质量，降低其加工成本，需要一种中心冷却的超声波内冷刀柄来解决如上的加工问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，解决了3C玻璃、陶瓷及陶瓷基复合材料在钻削加工过程中出现出口崩边破碎现象，降低产品良率和使用性能，以及冷却润滑不足，使工具快速磨损提高加工成本的问题。
技术方案：本发明一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，刀柄外壳和超声振子，其特征在于：所述刀柄外壳沿其圆周方向设有凸环，所述凸环为中空结构，凸环内设有与凸环同心设置的环形磁罐，所述凸环与环形磁罐均通过环氧树脂与刀柄外壳固定连接；所述刀柄外壳内通过螺纹连接有内冷管，所述内冷管前端面设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内设有第一密封圈；所述内冷管通过内冷针座与内冷针连接，所述内冷针座与刀柄外壳之间通过螺纹连接且内冷针座后端面设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内设有第二密封圈；
所述超声振子包括换能器前盖板，所述换能器前盖板的法兰通过过盈配合固定安装在刀柄外壳的前端，换能器前盖板的中心处设有通孔，所述内冷针伸入到换能器前盖板的通孔内；所述换能器前盖板的后端面中心处设有内螺纹孔，所述内螺纹孔的底部设有第三环形凹槽，所述第三环形凹槽内设有第三密封圈，内螺纹孔与密封螺钉通过螺纹连接。
进一步的，所述超声振子还包括压电陶瓷片、电极片和换能器后盖板，所述压电陶瓷片、电极片设于换能器前盖板和换能器后盖板之间，且所述换能器前盖板和换能器后盖板通过螺纹连接，所述压电陶瓷片、电极片与换能器前盖板之间均设有绝缘层。
进一步的，所述环形磁罐内设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有副边线圈，所述副边线圈的两个引线端穿过环氧树脂与超声振子的电极片连接。环形磁罐使副边线圈能获得较大的电感，几乎不漏磁，效果好。
进一步的，所述内螺纹孔的直径大于通孔的直径。
进一步的，所述凸环为铝材质的凸环。
进一步的，所述换能器前盖板的法兰与刀柄外壳的接触处通过激光焊接连接，提高超声振子与刀柄外壳的连接强度。
进一步的，所述换能器前盖板的法兰上设有两个环形隔振槽，可减小超声振子振动给刀柄外壳带来的影响。
有益效果：本发明的超声波内冷刀柄可在加工过程中对刀柄中心进行通水/气，通过第一至第三密封圈和密封螺钉实现通水密封的作用，从而提高超声波加工技术的加工性能；同时采用激光焊接的方式将换能器前盖板和超声刀柄外壳进行刚性连接，提高内冷刀柄的制造精度及加工可靠性；换能器前盖板的法兰上设有两个环形隔振槽，以减小超声振子振动给刀柄外壳带来的影响。
附图说明
图1为本发明剖视图；
图2为图1中A处放大图；
图3为图1中B处放大图；
图4为超声振子剖视图；
图5为内冷针座与内冷针连接结构示意图；
图6为凸环结构示意图；
图7为第一密封圈结构示意图；
图8为换能器前盖板结构示意图；
图9为换能器前盖板俯视图；
图10为环形磁罐结构示意图；
图11为本发明工作状态图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1至图10所示，本发明一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，包括刀柄外壳1和超声振子2，刀柄外壳1沿其圆周方向设有凸环3，凸环3为铝材质的凸环，其中凸环3为中空结构，凸环3内设有与凸环3同心设置的环形磁罐4，凸环3与环形磁罐4均通过环氧树脂5与刀柄外壳1固定连接；环形磁罐4内设有环形凹槽6，环形凹槽6内设有副边线圈7，副边线圈7的两个引线端穿过环氧树脂5与超声振子2的电极片20连接，环形磁罐4使副边线圈7能获得较大的电感，几乎不漏磁，效果好。
刀柄外壳1内通过螺纹连接有内冷管8，内冷管8前端面设有第一环形凹槽24，第一环形凹槽24内设有第一密封圈9，刀柄外壳1与内冷管8的螺纹连接压紧第一密封圈9，保证刀柄外壳1与内冷管8之间的密封性；内冷管8通过内冷针座10与内冷针11连接，内冷针座10与刀柄外壳1之间通过螺纹连接且内冷针座10后端面设有第二环形凹槽25，第二环形凹槽25内设有第二密封圈12，同样的内冷针座10与刀柄外壳1的螺纹连接压紧第二密封圈12，保证内冷针座10与刀柄外壳1之间的密封性；
超声振子2包括换能器前盖板13，换能器前盖板13的法兰14通过过盈配合固定安装在刀柄外壳1的前端，同时换能器前盖板13的法兰14与刀柄外壳1的接触处通过激光焊接连接，提高超声振子2与刀柄外壳1的连接强度，也提高内冷刀柄的制造精度及加工可靠性；换能器前盖板13的法兰14上设有两个环形隔振槽28，以减小超声振子2振动给刀柄外壳1带来的影响；换能器前盖板13的中心处设有通孔15，内冷针11伸入到换能器前盖板13的通孔15内；换能器前盖板13的后端面中心处设有内螺纹孔16，内螺纹孔16的直径大于通孔15的直径，内螺纹孔16的底部设有第三环形凹槽26，第三环形凹槽26内设有第三密封圈17，同时内螺纹孔16与密封螺钉18通过螺纹连接，这样将第三密封圈17置于内螺纹孔16的底部，再通过密封螺钉18拧紧，使第三密封圈17产生一定量的形变，然后内冷针11与变形的第三密封圈17形成紧密连接，可达到密封作用。
超声振子2还包括压电陶瓷片19、电极片20和换能器后盖板21，压电陶瓷片19、电极片20设于换能器前盖板13和换能器后盖板21之间，且换能器前盖板13和换能器后盖板21通过螺纹连接，换能器前盖板13和换能器后盖板21之间的螺纹连接压紧压电陶瓷片19、电极片20固定，其中压电陶瓷片19材料为PZT-8，压电陶瓷片19的片数为4，压电陶瓷片19、电极片20与换能器前盖板13之间均设有绝缘层27。
工作原理：如图11所示，超声波电源22通电与原边线圈23连接，超声波电源22给原边线圈23提供高频的电信号，原边线圈23将高频的电信号转换为高频磁场，此时与原边线圈23平行相对的副边磁线圈7将高频磁场再次转换为高频电信号，并将高频的电信号传输给与副边线圈7相连的超声振子2，超声振子2在谐振的电信号频率条件下产生机械振动，从而带动刀具振动，其中在刀具振动的过程中，内冷管8将冷却液通过内冷针11送入到刀柄中，可在加工过程中对刀柄中心通冷却液，通过第一至第三密封圈和密封螺钉18实现通冷却液密封的作用，提高钻削区的冷却及润滑，提高刀具的散热及排屑功能，从而提高超声波加工技术的加工性能以及提高工具的使用寿命。
Claims (5)
1.一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，包括刀柄外壳和超声振子，其特征在于：所述刀柄外壳沿其圆周方向设有凸环，所述凸环为中空结构，凸环内设有与凸环同心设置的环形磁罐，所述环形磁罐内设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有副边线圈，所述副边线圈的两个引线端穿过环氧树脂与超声振子的电极片连接，所述凸环与环形磁罐均通过环氧树脂与刀柄外壳固定连接；所述刀柄外壳内通过螺纹连接有内冷管，所述内冷管前端面设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内设有第一密封圈；所述内冷管通过内冷针座与内冷针连接，所述内冷针座与刀柄外壳之间通过螺纹连接且内冷针座后端面设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内设有第二密封圈；
所述超声振子包括换能器前盖板，所述换能器前盖板的法兰通过过盈配合固定安装在刀柄外壳的前端，换能器前盖板的中心处设有通孔，所述内冷针伸入到换能器前盖板的通孔内；所述换能器前盖板的后端面中心处设有内螺纹孔，所述内螺纹孔的底部设有第三环形凹槽，所述第三环形凹槽内设有第三密封圈，内螺纹孔与密封螺钉通过螺纹连接；
所述超声振子还包括压电陶瓷片、电极片和换能器后盖板，所述压电陶瓷片、电极片设于换能器前盖板和换能器后盖板之间，且所述换能器前盖板和换能器后盖板通过螺纹连接，所述压电陶瓷片、电极片与换能器前盖板之间均设有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，其特征在于：所述内螺纹孔的直径大于通孔的直径。
3.根据权利要求1所述的一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，其特征在于：所述凸环为铝材质的凸环。
4.根据权利要求1所述的一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，其特征在于：所述换能器前盖板的法兰与刀柄外壳的接触处通过激光焊接连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于中心冷却钻孔的超声波内冷刀柄，其特征在于：所述换能器前盖板的法兰上设有两个环形隔振槽。
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