CN111168156A - 一种切削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种切削刀具，其包括刀片、刀柄及将刀片固定在刀柄上的焊料，该刀片包括切削部及与切削部同轴连接的第一固定部，该刀柄包括与第一固定部通过真空焊接方式固定的第二固定部。该第一固定部包括平行于该切削刀具中心线且相对设置的两第一焊接面及连接第一焊接面的第二焊接面，该第二固定部包括沿着该切削刀具中心线从一端向另一相对端延伸的凹部，该凹部包括相对设置且分别与第一焊接面对应的第一、第二面，以及连接在第一、第二面之间并对应第二焊接面的第三面，该第一焊接面与第一面之间，及第二焊接面与第三面之间分别填充有焊料，该两个第一焊接面沿垂直于该切削刀具中心线的宽度D与第一面与第二面之间的距离d满足下述条件：0≤D‑d≤0.04mm。

Description

一种切削刀具

技术领域

本发明涉及机械精加工领域，尤其涉及一种用于切削航空领域的蜂窝材料的切削刀具。

背景技术

随着航空装备技术的发展，对航空装备的性能提出了更高的要求，因此，引入了大量的新型高性能材料，复合材料凭借其得天独厚的优势在新一代航空装备中得到广泛应用，尤其是蜂窝芯复合材料，因其具有密度小、质量轻、高的比强度与比刚度、很强的抗冲击能力等特点而在改善飞机的性能方面起到重要作用。因此，优化蜂窝芯材料零件的加工技术是新型高性能飞机研制的重要环节。

蜂窝芯材料零件的加工与一般金属材料零件的加工存在本质的区别，其切削刃产生切屑并非像大多数金属那样通过剪切而生成，而是通过折断来去除多余的复合材料。一般情况下，蜂窝芯材料是一种由蜂窝芯纸粘接拉伸形成的弱刚度多孔材料，在切削成型过程中，因其受力与变形情况复杂，在加工过程中容易产生过切、压塌、撕裂、变形和毛边多等质量问题，导致零件的加工效率及良品率较低。

因此，为了减少上述问题的出现，用于切割蜂窝材料的刀具材料、结构和性能等就显得尤为重要。在蜂窝芯材料的加工中，研究发现刀具的选用占据非常重要的作用，传统的刀具很难满足蜂窝芯材料零件的高效高精度加工，因此，蜂窝芯材料的加工对新型加工刀具提出迫切的需求。

现有刀具加工蜂窝芯的轮廓，常采用高速铣削和传统插切两种方法。高速铣削加工蜂窝芯轮廓时，加工刀具采用专用的带有切削刃和粉碎刃的蜂窝芯高速铣刀，刀具在机床主轴的带动下高速旋转切削，刀具转速一般在10000r/min到20000r/min；高速铣削过程中，高速铣刀在垂直于蜂窝芯孔格轴线的平面上，按照所需的蜂窝芯轮廓进给切削，刀具在加工过程中对蜂窝芯材料施加侧向力，而蜂窝芯材料的侧向刚度较弱，同时由于材料的各向异性，加工过程中受力情况复杂，在刀具的粉碎和切削作用下经常出现蜂窝芯变形压溃等现象，很难保证蜂窝芯材料的轮廓加工质量。

采用传统插切方式加工蜂窝芯轮廓时，一般采用专用的蜂窝芯插切刀具，该类刀具为带有整个圆弧切削刃的圆筒形刀具。刀具在机床主轴的带动下做旋转运动，转速在1000r/min左右，并沿蜂窝芯孔格的轴线方向进给插切，其主要切削作用依靠刀刃的旋转切削实现。这种加工方法沿蜂窝芯孔格轴向即材料刚度最大的方向加工，虽然可以有效避免蜂窝芯垂直于孔格轴线方向的变形，但是由于转速的存在，回转的刀具与蜂窝芯相互接触摩擦，使蜂窝芯产生倒伏、压塌与撕裂现象，严重影响了蜂窝芯轮廓的加工质量。

除了传统的切削加工方式外，还有一种切削蜂窝芯材料的新技术---超声波切割，超声波切割方法通过超声振动而实现蜂窝芯材料的高质量切割。此种技术的基本原理是给蜂窝芯材料沿一定方向施加振动频率为20KHZ～30KHZ的超声频振动，从而使施加在切割刀具上的振动可以轻易打开蜂窝芯材料的内部分子结构，从而将材料分割开。目前，常用的超声波切割刀具按照刀具与超声波发生器驱动的工具头(即刀柄)是否一体分成两种：

一种是刀具与超声波工具头一体成型的超声波切割刀具，其通过超声波发生器、换能器、变幅杆(可配可不配)、工具头最终实现超声波的振动输出，此时的切割刀具与超声波工具头是一体加工成型的，即超声波工具头的切削端面加工成所需的刀片形状。该种超声波切割刀具可参中国实用新型专利CN203863039U。此种一体式超声波切割刀具的机械振动的传递效率几乎没有损耗，在工作时，不会因为振动传递损耗而导致刀头发热。但是，为保证超声振动的效果，一体式超声波切割刀具通常采用钛合金材料，钛合金的耐磨性能相比白钢等材料的切削刀具差，而且一体加工的超声波工具头在损耗后需要整体更换，大大增加了使用成本。

另一种是超声波工具头与切割刀片呈分体设置的超声波切削刀具，其通过超声波发生器、换能器、变幅杆(可配可不配)、工具头、切割刀片、夹具等实现超声波振动输出，此时的切割刀片既可以通过特定的装夹结构与超声波工具头连接，也可以通过焊接工艺与超声波工具头连接。该种超声波切削刀具可参中国实用新型专利CN203510255U，其装夹结构包括工具头、固定夹块、刀片和螺钉，固定夹块与工具头套装且间隙配合，刀片与固定夹块间隙配合。此种超声波切削刀具的切削刀片可以更换，大大降低了使用成本。但是装夹结构包括多个部件，超声振动是一种高频机械振动，部件数量越多，装夹结构越复杂，各部件间存在较大间隙出现接触不良的可能性越高，连接处就越容易发热，能量传递效率就越低。超声波工具头、夹具、切削刀片一般均采用金属材料制作，金属材料在发热后，极易导致机械强度、耐磨性等各方面性能下降，限制输出功率，能量利用率低，并影响使用寿命。此外，采用焊接工艺将切削刀片与超声波工具头连接的超声波切削刀具，其在超声振动的过程中，容易出现因切削刀片与工具头的焊接强度与焊接精度的不足而导致此种超声波切削刀具在使用工程中产生断裂、脱焊、刀片出现裂纹及刀片断裂的问题，从而影响超声波切削刀具的加工效率和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种用于加工蜂窝芯材料的切削刀具，其在超声波振动作用下对蜂窝材料进行插切，在有效减少刀具与蜂窝芯材料的切削力的同时，减小了刀具与蜂窝壁之间的摩擦力，降低蜂窝材料的加工缺陷，防止刀具在加工过程中出现裂纹及脱焊，进而延长刀具使用寿命，提高加工精度及加工效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种切削刀具，包括刀片及与所述刀片同轴连接的刀柄，其特征在于，所述切削刀具还包括将所述刀片以真空焊接方式固定在所述刀柄上的银钎焊料，所述刀片包括切削部及与所述切削部同轴连接的第一固定部，所述刀柄包括与所述第一固定部通过真空焊接方式固定的第二固定部；所述第一固定部包括平行于所述切削刀具的中心线且相对设置的两个第一焊接面及连接所述两个第一焊接面的第二焊接面，所述第二固定部包括垂直于所述切削刀具的中心线且相对设置的第一端及第二端，及沿所述切削刀具的中心线方向从所述第一端向所述第二端延伸的凹部，所述凹部包括相对设置且分别与所述两个第一焊接面对应的第一面及第二面，以及连接在所述第一面与所述第二面之间并与所述第二焊接面对应的第三面，所述第一焊接面与所述第一面之间，及所述第二焊接面与所述第三面之间分别填充有所述银钎焊料；所述切削部的刃口楔角γ的角度范围为28°～31°；所述两个第一焊接面之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述第一面与所述第二面之间的平行度公差小于或等于0.02mm；所述两个第一焊接面沿垂直于所述切削刀具的中心线方向的宽度D1与所述第一面与所述第二面之间的距离D2满足下述条件：0≤D1-D2≤0.04mm。

优选地，所述刀片为硬质合金材质，所述刀柄为白钢材质，所述刀柄与所述刀片的同轴度公差小于或等于0.01mm，所述第一焊接面与所述第二焊接面之间的垂直度公差小于或等于0.03mm；所述第二焊接面与所述第三面之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述述第一面及所述第二面分别与所述第三面之间的垂直度公差小于或等于0.03mm，所述切削部的刃口楔角γ等于30°。

优选地，所述切削部沿所述中心线方向的长度为56cm且包括一端与所述第一固定部连接的第一切削部、与所述第一切削部的另一相对端连接的第二切削部及与所述第二切削部连接的顶部，所述顶部与所述切削部及所述第一固定部同轴设置，所述顶部与所述第二切削部之间形成过渡夹角，所述过渡夹角的角度范围为19°～21°。

优选地，所述顶部沿垂直于所述中心线方向的宽度的取值范围为1.45mm～1.55mm；所述第一切削部及所述第二切削部在垂直于所述中心线及所述顶部的宽度方向上的厚度的取值范围为1.75mm～1.85mm；所述两个第一焊接面和/或所述第一面，所述第二面和/或所述第二焊接面和/或所述第三面的表面粗糙度的取值范围为0.8mm～1.2mm。

优选地，所述第一切削部包括第一基部及设置在所述第一基部的相对两侧的两个第一切削刃，所述两个第一切削刃沿所述第一基部的纵长方向且平行于所述中心线对称设置；所述第二切削部包括与所述第一基部连接的第二基部及设置在所述第二基部相对两侧的两个第二切削刃，所述两个第二切削刃的一端分别与对应的第一切削刃连接，另一相对端分别连接至所述顶部。

优选地，所述第一切削部呈长方体结构，所述第二切削部呈等腰三角形结构，所述第一切削刃与所述第二切削刃具有相同的所述刃口楔角γ及刃口钝圆半径R，所述刃口钝圆半径R的取值范围为2.4um～4.1um。

优选地，所述第一固定部还包括与所述第二焊接面相对设置的连接端，所述连接端通过圆弧过渡连接所述第一固定部与所述切削部。

优选地，所述刀柄还包括与所述第二固定部连接的连接部，所述第二固定部连接在所述刀片与所述连接部之间，所述连接部为螺纹结构，所述第二固定部呈六面体结构。

优选地，所述第一固定部平行于所述中心线方向的长度为L1，所述凹部沿平行于所述中心线方向的长度为L2，所述第一固定部的长度L1与所述凹部的长度L2满足以下条件：1/2≤L2/L1<1。

优选地，所述凹部为U型结构，所述第三面为圆弧面且分别与所述第一面及所述第二面相切连接；所述第二焊接面为与所述第三面相对应的圆弧面且分别与所述两个第一焊接面相切连接，所述第二焊接面与所述第三面的圆心同轴设置。

本发明的切削刀具，采用真空焊接方式将硬质合金材质的刀片与白钢材质的刀柄通过银钎焊料焊接，同时采用超声波振动方式对蜂窝材料进行插切，不仅可以有效减少所述切削刀具与蜂窝材料的切削力，而且可以减小切削刀具与蜂窝壁之间的摩擦力，降低蜂窝材料的加工缺陷；另外，采用真空焊接方式将刀片焊接在刀柄的凹部，可以防止所述切削刀具在后续的加工及使用过程中出现裂纹及脱焊，从而延长所述切削刀具的使用寿命，提高所述切削刀具切削蜂窝材料的加工精度及加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的切削刀具的立体结构示意图。

图2是本发明的切削刀具的立体分解结构示意图。

图3是图1中的切削刀具的主视图。

图4是本发明的切削刀具另一角度的结构示意图。

图5是图4的切削刀具的A处的放大结构示意图。

图6是本发明的切削刀具沿图3的I-I线的剖视图。

图7是图6的切削刀具的B处的放大结构示意图。

图8是本发明的切削刀具沿图3的II-II线的剖视图。

图9是本发明第二实施例提供的切削刀具的结构示意图。

图10是是本发明的切削刀具在真空设备中进行真空焊接的温度与时间变化图。

图11a-图11g是本发明的切削刀具的不同厚度切削刃的固有频率的模态振型示意图。

图12a-图12f是本发明的切削刀具的不同刃口钝圆半径R切割蜂窝材料时的最大切削力的模态分析示意图。

图13是本发明的切削刀具用于插切蜂窝材料的示意图。

主要元件符号说明

切削刀具 100、100a

刀片 1

切削部 10

第一切削部 10a

第一基部 102

第一切削刃 103

第二切削部 10b

第二基部 104

第二切削刃 105

顶部 101

第一固定部 11

第一焊接面 110

第二焊接面 111

连接端 112

刀柄 2

连接部 21

第二固定部 22

第一端 220

第二端 221

凹部 222

第一面 2220

第二面 2221

第三面 2222

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参考图1至图8所示，本发明第一实施例提供的切削刀具100通过超声波振动切削蜂窝材料。所述切削刀具100包括刀片1及与所述刀片1同轴连接的刀柄2。在本实施例中，所述刀片1与所述刀柄2通过焊接技术焊接成一体，所述刀片1采用硬质合金材料制成，所述刀柄2采用高速白钢材质制成。

优选地，所述刀柄2与所述刀片1胚件的同轴度公差小于或等于0.01mm。

所谓同轴度，是指所述刀柄2的轴线与所述刀片1胚件的轴线之间的位置偏差，通过控制同轴度，即可实现所述刀柄2与所述刀片1胚件之间的精确定位，保证二者对位精确，从而确保焊接质量，提升所述切削刀具100的加工品质及使用寿命。

所述刀片1大致呈匕首状结构，其包括切削部10及与所述切削部10连接的第一固定部11。在所述刀柄2与所述刀片1胚件的同轴度公差范围之内，所述切削部10及所述第一固定部11具有共同的中心线O。所述切削部10包括一端与所述第一固定部11连接的第一切削部10a、与所述第一切削部10a的另一相对端连接的第二切削部10b及与所述第二切削部10b连接的顶部101，所述顶部101与所述切削部10及所述第一固定部11共轴设置，即，所述顶部101的中心线也为中心线O。

在本实施例中，所述切削部10沿所述中心线O方向的长度L为56cm，所述顶部101与所述第二切削部10b之间形成有过渡夹角θ，所述过渡夹角θ的角度范围为19°～21°，所述顶部101沿垂直于所述中心线O的方向上的宽度d的取值范围为1.45mm～1.55mm，所述第一切削部10a及所述第二切削部10b在垂直于所述中心线O及所述顶部101的宽度方向上的厚度H的取值范围为1.75mm～1.85mm。在本实施例中，所述过渡夹角θ＝20°，所述顶部101的宽度d＝1.5mm，所述第一切削部10a及所述第二切削部10b的厚度H＝1.8mm。

所述第一切削部10a包括第一基部102及设置在所述第一基部102的相对两侧的两个第一切削刃103，所述两个第一切削刃103沿所述第一基部102的纵长方向且平行于所述中心线O对称设置。所述第二切削部10b包括与所述第一基部102连接的第二基部104及设置在所述第二基部104相对两侧的两个第二切削刃105，所述两个第二切削刃105的一端分别与对应的第一切削刃103连接，另一相对端分别连接至所述顶部101。在本实施例中，所述第一切削部10a呈长方体结构，所述第二切削部10b呈等腰三角形结构，所述第一切削刃103与所述第二切削刃105具有相同的刃口楔角γ及刃口钝圆半径R，所述刃口楔角γ的角度范围为28°～31°，所述刃口钝圆半径R的取值范围为2.4um～4.1um。在本实施例中，所述刃口楔角γ＝30°，所述刃口钝圆半径R＝3.2um。

所述第一固定部11包括用于与所述刀柄2焊接且对称的两个第一焊接面110、连接在所述两个第一焊接面110之间且垂直于所述中心线O的第二焊接面111，及与所述第二焊接面111相对设置的连接端112。在本实施例中，所述连接端112用于所述第一固定部11与所述切削部10过渡连接，所述连接端112为圆弧过渡。

所述刀柄2包括连接部21及连接在所述刀片1与所述连接部21之间的第二固定部22。在本实施例中，所述第二固定部22沿所述刀片1的中心线O方向设置在所述刀片1与所述连接部21的相对两端，所述连接部21为螺纹结构用于与超声波变幅结构连接，所述第二固定部22呈六面体结构。

所述第二固定部22包括相对设置的第一端220及第二端221，及从所述第一端220向所述第二端221沿所述中心线O方向延伸的凹部222。所述第一端220与所述第一固定部11连接，所述第二端221与所述连接部21连接。所述第一固定部11通过焊料与所述凹部222焊接在一起，从而将所述刀片1与所述刀柄2固定。所述第一固定部22沿平行于所述切削刀具100的中心线O方向的长度为L₁，所述凹部222沿平行于所述切削刀具100的中心线O方向的长度为L₂，所述第一固定部22的长度L₁与所述凹部222的长度L₂满足以下条件：1/2≤L₂/L₁<1。在本实施例中，L₂/L₁＝2/3。

在本实施例中，所述凹部222为U型结构，其包括相对平行设置的第一面2220、第二面2221及连接所述第一面2220与所述第二面2221的第三面2222。所述第一面2220与所述第二面2221关于所述中心线O呈对称设置。所述两个第一焊接面110及所述第二焊接面111均为平面结构，所述第一面2220、所述第二面2221及所述第三面2222亦均为平面结构。在本实施例中，所述第一面2220与所述第二面2221在垂直于所述中心线O的方向上的距离为D₁，即，此距离D₁为所述凹部222在垂直于所述中心线O的方向上的宽度，而所述第一固定部11在垂直于所述中心线O的方向上的宽度为D₂，则需要填充在所述凹部222内的焊料的焊缝间隙a＝(D₁-D₂)/2，在本实施例中，所述焊料的厚度m与所述焊缝间隙a满足以下等式：m＝a＝0.02mm。

请参图9所示，其为本发明第二实施例的切削刀具100a，在本实施例中，所述凹部222的第三面2222为圆弧面，所述第三面2222分别与所述第一面2220及所述第二面2221相切连接。对应地，所述第一固定部11的第二焊接面111也为与所述第三面2222相对应的圆弧面，且所述第二焊接面111分别与所述两个第一焊接面110相切连接。其中，所述第一面2220与所述第二面2221在垂直于所述中心线O的方向上的距离为D₁，即，此距离D₁等于所述凹部222在垂直于所述中心线O的方向上的宽度，而所述第一固定部11在垂直于所述中心线O的方向上的宽度为D₂，所述第二焊接面111与所述第三面2222的圆心同轴设置，且所述第二焊接面111的直径d₁与所述第三面2222的直径d₂及焊缝间隙a、焊料厚度m满足以下关系：m＝a＝(D₁-D₂)/2＝(d₂-d₁)/2。

可以理解，所述刀片1与所述刀柄2之间的焊接方式众多，常见地焊接方式包括熔焊、压焊、钎焊等类型。作为本发明一种优选的实施例，所述刀片1与所述刀柄2之间通过真空焊接方式焊接在一起，且焊料为银钎焊料。

具体地，银钎焊料以银作为基体材料与其他合金结合而成。银钎焊料于焊接过程熔融而使所述第一固定部11与所述凹部222实现连接，并于固化后形成银钎焊层而使后二者固定。其中，真空钎焊是在真空环境下进行的钎焊，钎焊则指低于焊件熔点的焊料和焊件同时加热到焊料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。

请参图10所示，当所述刀片1与所述刀柄2进行焊接时，先将所述刀片1的表面清洗干净，并在所述第一固定部11的表面涂上焊膏，再将所述刀片1及所述刀柄2放入真空焊接设备中，并在所述真空焊接设备的腔室内将所述刀片1及所述刀柄2分别进行装夹，以所述刀片1与所述刀柄2进行定位对位，使二者装夹定位至可供焊接的状态。随即于腔室内实现真空，并于真空环境下通过真空焊接设备的温控器控制卤素灯均匀加热至560℃后，并将温度保持在560℃一段时间以对所述第一固定部11及所述凹部222进行均匀加热，直至所述第一固定部11与所述凹部222温度达到一致；此时，再通过所述温控器控制卤素灯快速加热至865℃以使所述第一固定部11上的焊料充分融化并填充满整个焊缝间隙a，进而将所述凹部222与所述第一固定部11焊接在一起，使之形成一整体结构。待所述凹部222与所述第一固定部11焊接充分后，将所述切削刀具100按照图10中所示的冷却时间均匀地冷却至200℃后，再自然冷却至常温即可。其中，在865℃的焊接温度下，所述焊料能快速均匀地填充整个焊缝间隙a并能快速持续焊接2分钟，可使所述刀柄2与所述刀片1充分焊接到位，从而使所述切削刀具100具有较佳的连接强度。

为增强所示刀片1与所述刀柄2之间的焊接强度，以便获得二者之间更好的面接触效果，所述凹部222的宽度为D₁，第一固定部11的宽度为D₂，所述凹部222的宽度为D₁与第一固定部11的宽度为D₂之间的差值D₁-D₂的公差范围小于或等于0.005mm。现有的超声波切割刀具的刀片1与刀柄2之间发热严重的一个主要原因就是两者之间的焊接精度不高存在间隙配合所致。所述第一固定部11与所述凹部222之间的宽度公差小于或等于0.02mm，这样可以保证熔融的焊料充分流入所述第一固定部11与所述凹部222之间的焊缝间隙a直至完全填满整个缝间隙a，从而可以获得很好的面接触效果，实现所述刀片1与所述刀柄2之间的焊接强度。当然公差越小，效果更好。

为使各接触面获得更好的接触效果，所述两个第一焊接面110之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述第一焊接面110与所述第二焊接面111之间的垂直度公差小于或等于0.03mm；所述第一面2220与所述第二面2221之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述第二焊接面112与所述第三面2222之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述述第一面2220及所述第二面2221分别与所述第三面2222之间的垂直度公差小于或等于0.03mm。当各接触平面间的平行度公差均小于或等于0.02mm，且垂直度公差均小于或等于0.03mm时，效果最佳。

为使各接触面获得更好的接触效果，所述两个第一焊接面110和/或所述第一面2220，所述第二面2221和/或所述第二焊接面111和/或所述第三面2222的表面粗糙度Ra的取值范围为0.8mm～1.2mm。在本实施例中，各接触平面的表面粗糙度均为1mm时，既可以让焊料充分填充并附着在所述第一固定部11与所述凹部22，从而获得可靠的焊接强度。

在本实施例中，所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的刃宽的取值范围为3.31mm～3.41mm。刃宽是指所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的刃口宽度，其处于前述理想范围，既保证所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的强度充足，使之具有较佳的使用寿命，又保证较佳的切削效率。所述第一切削刃103的刃长为27.54mm～27.64mm，所述第二切削刃105的刃长为28.36mm～28.46mm。刃长是指所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的刃口长度，其处于前述理想范围，保证所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的有效作用范围，使之具有理想的切削效率。优选地，所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的刃宽均为3.36mm，所述第一切削刃103的刃长为27.64mm，所述第二切削刃105的刃长为28.36mm。优选地，所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的刃口表面粗糙度Ra为2.5μm。表面粗糙度(surface roughness)是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，其值越小，则表明越光滑。在前述表面粗糙度下，所述第一切削刃103与所述第二切削刃105的刃口光滑锋锐，使被切削的工件的表面精度得以保证。

所述切削刀具100焊接好之后，把所述切削刀具100放在与X射线装置相距500mm～1000mm的位置处，把胶片紧贴在所述切削刀具100的背面，让所述X射线装置的X射线照射所述切削刀具100十分钟以进行曝光，把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、水沈和干燥。将干燥的底片放在观片灯的显示屏上观察，根据底片的黑度和图像来判断存在缺陷的种类、大小和数量。通过上述检测，所述切削刀具100焊接区域之焊缝缺陷检测对比实验数据请参表1所示。

表1

说明：焊缝间隙a＝(D1-D2)/2，D1是所述凹部222在垂直于所述中心线O的方向上的宽度，D2是所述第一固定部11在垂直于所述中心线O的方向上的宽度。

由以上检测结果可知，本发明的切削刀具100，当其长度为56mm时，所述焊缝间隙a＝0.02mm时，所述焊缝里出现的气孔数量最少，所述切削刀具100的焊接强度最稳定。

请参图11a至图11g所示，本发明的所述切削刀具用于超声波切割蜂窝材料时，其所要求的超声波加载频率为20kHz，当所述切削刀具工作时，所述切削刀具的振动频率只有与加载频率一致或者相近时才会引起刀具共振。在确定本发明的所述切削刀具的结构形状的情况下，主要研究该刀具的长度(L)及其切削刃的厚度(H)对刀具振动模态的影响，选定最佳固有频率和振型状态下的刀具几何尺寸，以保证刀具固有频率与加载频率(20KHZ)接近，从而是刀具产生谐振。本申请人采用ANSYS Workbench技术分别对本发明的长度L为56mm且具有不同厚度的切削刀具进行模态分析，其分析结果可参表2及图11a至图11g所示。

表2

由表2及图11a至图11g可知，所述切削刀具在长度不变的情况下，随着刀具厚度的增加，刀具的固有频率增大，其增大规律基本呈线性平稳上升趋势。在本发明中，所述切削刀具的厚度H＝1.8mm时，所述切削刀具的固有频率与超声波的加载频率最接近，可以产生最稳定的共振。

请参图12a至图12f所示，所述切削刀具100是否能锋利快速的切削蜂窝材料的决定因素在于其刃口是否光滑，而刃口的光滑程度除了与其加工工艺有关外，还与刃口钝圆半径R有关。所述刃口钝圆半径R的大小会影响所述切削刀具在使用工程中的切削力的大小。为了保证所述切削刀具能以合适的切削力切削蜂窝材料时减小蜂窝材料出现变形的问题，而且满足所述切削刀具的使用寿命要求，以所述切削刀具100切削蜂窝材料800m作为刀具使用寿命符合标准的基础上，本申请人采用AdvantEdge软件对所述切削刀具100具有不同刃口钝圆半径R时的切削力进行模态分析。具体分析可参表3及图12a至图12f所示。

表3

由表3及图12a至图12f可知，所述切削刀具的刃口钝圆半径R值越大，所述切削刀具的最大切削力越大，而切削的蜂窝材料的长度越短。在本发明中，所述切削刀具的刃口钝圆半径R＝3.2mm时，所述切削刀具不仅切削力满足切削蜂窝材料的要求，而且可以使所述切削刀具的使用寿命(即切削蜂窝材料的长度)最长。

请参图13所示，所述切削刀具100用于对蜂窝材料进行超声插切加工的加工过程为：(1)所述切削刀具100根据蜂窝材料的轮廓在安全平面之上进行坐标调整，包括绕所述切削刀具100的轴心的转角调整及水平方向的坐标调整(如图13中V2方向)，以确定所述切削刀具100与蜂窝芯的初始插切位置；(2)所述切削刀具100在超声作用下产生轴向振动A，并沿图13中所示的V1方向做整体轴向进给，对蜂窝芯进行插切，超声作用能有效减少切削力，同时减少刀具和蜂窝芯材料间的摩擦力，从而提高加工质量，延长刀具寿命；(3)插切蜂窝芯达到指定深度后，所述切削刀具100沿V1反方向退出蜂窝芯到安全平面之上；(4)所述切削刀具100在安全平面之上根据加工路径进行下一步坐标调整，包括绕刀具轴心的转角调整及水平方向的坐标调整(如图13中V2方向)，到下一个插切位置后再次进行轴向进给插切。

综上所述，本发明的所述切削刀具采用真空焊接方式将硬质合金材质的刀片与白钢材质的刀柄通过银钎焊料焊接，同时采用超声波振动方式对蜂窝材料进行插切，不仅可以有效减少所述切削刀具与蜂窝材料的切削力，而且可以减小切削刀具与蜂窝壁之间的摩擦力，降低蜂窝材料的加工缺陷；另外，采用真空焊接方式将刀片焊接在刀柄的凹部，可以防止所述切削刀具在后续的加工及使用过程中出现裂纹及脱焊，从而延长所述切削刀具的使用寿命，提高所述切削刀具切削蜂窝材料的加工精度及加工效率。

在上述所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本发明实施例不再多加赘述。

应当理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本发明实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本发明实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种切削刀具，包括刀片及与所述刀片同轴连接的刀柄，其特征在于，所述切削刀具还包括将所述刀片以真空焊接方式固定在所述刀柄上的银钎焊料，所述刀片包括切削部及与所述切削部同轴连接的第一固定部，所述刀柄包括与所述第一固定部通过真空焊接方式固定的第二固定部；所述第一固定部包括平行于所述切削刀具的中心线且相对设置的两个第一焊接面及连接所述两个第一焊接面的第二焊接面，所述第二固定部包括垂直于所述切削刀具的中心线且相对设置的第一端及第二端，及沿所述切削刀具的中心线方向从所述第一端向所述第二端延伸的凹部，所述凹部包括相对设置且分别与所述两个第一焊接面对应的第一面及第二面，以及连接在所述第一面与所述第二面之间并与所述第二焊接面对应的第三面，所述第一焊接面与所述第一面之间，及所述第二焊接面与所述第三面之间分别填充有所述银钎焊料；所述切削部的刃口楔角γ的角度范围为28°～31°；所述两个第一焊接面之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述第一面与所述第二面之间的平行度公差小于或等于0.02mm；所述两个第一焊接面沿垂直于所述切削刀具的中心线方向的宽度D₁与所述第一面与所述第二面之间的距离D₂满足下述条件：0≤D₁-D₂≤0.04mm。

2.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，所述刀片为硬质合金材质，所述刀柄为白钢材质，所述刀柄与所述刀片的同轴度公差小于或等于0.01mm，所述第一焊接面与所述第二焊接面之间的垂直度公差小于或等于0.03mm；所述第二焊接面与所述第三面之间的平行度公差小于或等于0.02mm，所述述第一面及所述第二面分别与所述第三面之间的垂直度公差小于或等于0.03mm，所述切削部的刃口楔角γ等于30°。

3.根据权利要求2所述的切削刀具，其特征在于，所述切削部沿所述中心线方向的长度为56cm且包括一端与所述第一固定部连接的第一切削部、与所述第一切削部的另一相对端连接的第二切削部及与所述第二切削部连接的顶部，所述顶部与所述切削部及所述第一固定部同轴设置，所述顶部与所述第二切削部之间形成过渡夹角，所述过渡夹角的角度范围为19°～21°。

4.根据权利要求3所述的切削刀具，其特征在于，所述顶部沿垂直于所述中心线方向的宽度的取值范围为1.45mm～1.55mm；所述第一切削部及所述第二切削部在垂直于所述中心线及所述顶部的宽度方向上的厚度的取值范围为1.75mm～1.85mm；所述两个第一焊接面和/或所述第一面，所述第二面和/或所述第二焊接面和/或所述第三面的表面粗糙度的取值范围为0.8mm～1.2mm。

5.根据权利要求4所述的切削刀具，其特征在于，所述第一切削部包括第一基部及设置在所述第一基部的相对两侧的两个第一切削刃，所述两个第一切削刃沿所述第一基部的纵长方向且平行于所述中心线对称设置；所述第二切削部包括与所述第一基部连接的第二基部及设置在所述第二基部相对两侧的两个第二切削刃，所述两个第二切削刃的一端分别与对应的第一切削刃连接，另一相对端分别连接至所述顶部。

6.根据权利要求5所述的切削刀具，其特征在于，所述第一切削部呈长方体结构，所述第二切削部呈等腰三角形结构，所述第一切削刃与所述第二切削刃具有相同的所述刃口楔角γ及刃口钝圆半径R，所述刃口钝圆半径R的取值范围为2.4um～4.1um。

7.根据权利要求6所述的切削刀具，其特征在于，所述第一固定部还包括与所述第二焊接面相对设置的连接端，所述连接端通过圆弧过渡连接所述第一固定部与所述切削部。

8.根据权利要求7所述的切削刀具，其特征在于，所述刀柄还包括与所述第二固定部连接的连接部，所述第二固定部连接在所述刀片与所述连接部之间，所述连接部为螺纹结构，所述第二固定部呈六面体结构。

9.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，所述第一固定部平行于所述中心线方向的长度为L₁，所述凹部沿平行于所述中心线方向的长度为L₂，所述第一固定部的长度L₁与所述凹部的长度L₂满足以下条件：1/2≤L₂/L₁<1。

10.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，所述凹部为U型结构，所述第三面为圆弧面且分别与所述第一面及所述第二面相切连接；所述第二焊接面为与所述第三面相对应的圆弧面且分别与所述两个第一焊接面相切连接，所述第二焊接面与所述第三面的圆心同轴设置。

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