CN112620673A - 基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具及其制造方法，内部中空的刀杆及位于刀杆一端的刀头，导杆的内腔内设置有金属橡胶，空腔背离刀头一端具有冷却液进口，空腔的另一端朝向刀头方向延伸有冷却液出料通孔。当本使发明的刀具在切削工作中产生冲击振动时，圆柱金属橡胶和颗粒金属橡胶与刀杆内壁发生摩擦，产生摩擦阻尼；冷却液流经金属橡胶，并在金属橡胶多孔结构中流动，间隙中的流道复杂多变，当外部产生高频振动，冷却液和金属橡胶内部耦合作用使振动波幅发生变化，避免共振，同时对冷却液的流动具有节流阻尼效果，有效减轻振动且增加了冷却液与刀杆的接触面积，将刀具工作产生的热量带走。

Description

基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具及其制造方法

技术领域

发明属于机械加工领域，具体涉及一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具及其制造方法。

背景技术

随着制造业的快速发展，对机械加工技术的要求越来越高，加工的速度和精度十分重要。而镗削加工中，高速加工导致镗刀承受较高温度，刀具与工件间也出现的剧烈的振动现象，容易导致刀片磨损，如何解决高温和振动的问题，成为提高加工性能的关键。

专利号为CN206065451U的发明发明了一种颗粒阻尼及磁流变复合减振镗刀，利用了颗粒阻尼效果，其结构复杂且磁流变技术尚不成熟；专利号为CN207188813U的发明发明了一种加工阀壳锥孔用减振镗刀，减振组件包括硬质合金棒和两个橡胶垫，无法达到较好的减振效果，在恶劣的加工环境中橡胶垫不耐用。

金属橡胶（metal rubber）是一种多孔结构的均质弹性金属材料，是由金属螺旋丝经过编织、模压等特殊工艺制备而成的。既具有金属特性，又具有橡胶的弹性和阻尼特性，处于冲击振动状态下的金属橡胶，通过金属丝之间相对滑移作用产生摩擦力来消耗一定程度的冲击振动能量，金属橡胶内部具有很多孔洞且所有的孔都是连通的，可供高压气体或冷却液通过。金属橡胶具有耐高温、高压、超低温等特点具有极强的环境适应性。

在目前的技术中，将金属橡胶应用在刀具方面还鲜有报道。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的高速加工导致镗刀承受较高温度，刀具与工件间也出现的剧烈的振动现象，容易导致刀片磨损。

本发明的具体实施方案是：基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，内部中空的刀杆及位于刀杆一端的刀头，所述导杆的内腔内设置有金属橡胶，所述空腔背离刀头一端具有冷却液进口，空腔的另一端朝向刀头方向延伸有冷却液出料通孔。

进一步的，所述冷却液进口处插入有截面呈环形的调节环，所述调节环与冷却液进口侧螺纹连接，调节环的外侧固定有环形螺母以利于调节调节环在空腔内的深度。

进一步的，所述金属橡胶包括纵向的圆柱形金属橡胶及颗粒状金属橡胶。

进一步的，所述空腔内的颗粒状金属橡胶位于圆柱形金属橡胶之间，所述圆柱形金属橡胶分别竖向位于冷却液进口及冷却液出料通孔内侧以防止颗粒状金属橡胶露出。

进一步的，位于冷却液出料通孔的一侧的圆柱形金属橡胶与导杆空腔内壁过盈配合。

进一步的，导杆一端具有嵌入刀头的缝口。

进一步的，所述颗粒状金属橡胶位于圆柱形金属橡胶之间。

本发明还包括一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具制造方法，包括以下步骤：

（1）制造圆柱形金属橡胶及颗粒金属橡胶：

制造圆柱形金属橡胶：将金属丝经过绕丝、拉伸、编织、冲压成型圆柱形金属橡胶，圆柱形金属橡胶内部金属丝相互嵌合勾连；

制造颗粒金属橡胶：经过绕丝、拉伸及编织制成直径为3~5mm左右的小球状颗粒形态；

（2）将若干颗粒金属橡胶填充在中空的刀杆中，不同填充密度具有不同效果，颗粒金属橡胶可有效降低振动响应3~8倍；

（3）刀杆内部空腔背离刀头一端具有冷却液进口，空腔的另一端朝向刀头方向延伸有冷却液出料通孔；

（4）冷却液进口处插入有截面呈环形的调节环，所述调节环与冷却液进口侧螺纹连接，调节环的外侧固定有环形螺母以利于调节调节环在空腔内的深度进而调节内部颗粒金属橡胶布局区域密度。

进一步的，所述金属丝材料为奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti，金属丝径为0.1～0.5mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：当本使发明的刀具在切削工作中产生冲击振动时，圆柱金属橡胶和颗粒金属橡胶与刀杆内壁发生摩擦，产生摩擦阻尼；冷却液流经金属橡胶，并在金属橡胶多孔结构中流动，间隙中的流道复杂多变，当外部产生高频振动，冷却液和金属橡胶内部耦合作用使振动波幅发生变化，避免共振，同时对冷却液的流动具有节流阻尼效果，一是增加了振动能量的消耗，达到有效减轻振动的目的，二是冷却液在多变的节流通道中流动，增加了与刀杆的接触面积，将刀具工作产生的热量带走，达到大幅度减小刀具的热变形。冷却液从刀头尖部位喷出，及时冲走切削加工产生的铁屑，带走大量热量，进一步增强了降温效果。通过调整螺母调节调整环进而调节颗粒金属橡胶的填充密度。

附图说明

图1为基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具的结构示意图；

图2为基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具的立体结构图；

图3为不含颗粒金属橡胶与含颗粒金属橡胶镗刀的在同等条件下的振动响应幅值对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～3所示，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1、图2，一种基于金属橡胶的减振冷却刀具，包括：刀头1，中空的刀杆2，所述刀头1固定在所述中空的刀杆2一端。

刀杆2内部的空腔背离刀头一端具有冷却液进口，空腔的另一端朝向刀头方向延伸有冷却液出料通孔9，刀杆内设置有圆柱金属橡胶（3、5）和颗粒金属橡胶4，冷却液进口螺纹配合有螺纹连接的调整环6，调整环6外侧固定有调整螺母7。

所述空腔内的颗粒状金属橡胶4位于两个圆柱形金属橡胶之间，所述圆柱形金属橡胶分别竖向位于冷却液进口及冷却液出料通孔内侧以防止颗粒状金属橡胶露出。

所述调整螺母7安装在所述刀杆2远离刀头的一端，通过旋转调节调整环6进而调节所述颗粒金属橡胶4的填充密度。

圆柱金属橡胶5防止颗粒金属橡胶漏出。所述刀杆2远离刀头的一端为冷却液进口8；调整环6中部具有以供冷却液进入的通道，所述冷却液进口8与颗粒金属橡胶4一端连通；所述圆柱金属橡胶3另一端与开设在所述刀杆刀头一端冷却液出料通孔9连通，所述圆柱金属橡胶3与空腔的内壁过盈配合。所述圆柱金属橡胶5与调节环内侧贴合。

调节环调节时能够推动圆柱金属橡胶5挤压颗粒金属橡胶4，从而提高颗粒金属橡胶4所在区域的密度。不同填充密度具有不同效果，颗粒金属橡胶4可有效降低振动响应3~8倍。

所述圆柱金属橡胶3、5，将金属丝经过绕丝、拉伸、编织、冲压成型等工艺方法制成，并经过表面物理化学处理，其内部金属丝相互嵌合勾连。优选地，金属丝材料为奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti，金属丝径为0.1~0.5mm，对成型后的圆柱金属橡胶3、5进行超声波清洗或烧结等物理化学处理。

所述颗粒金属橡胶4，经过绕丝、拉伸及编织等工艺即可制成直径为3~5mm左右的小球状颗粒形态，不需要冲压成型。优选地，金属丝材料为奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti，金属丝径为0.1~0.2mm，对编织完成的颗粒金属橡胶4进行超声波清洗等物理处理。当本使发明的刀具在切削工作中产生冲击振动时，圆柱金属橡胶3、5和颗粒金属橡胶4与刀杆2内壁发生摩擦，产生摩擦阻尼；冷却液流经金属橡胶，并在金属橡胶多孔结构中流动，间隙中的流道复杂多变，当外部产生高频振动，冷却液和金属橡胶内部耦合作用使振动波幅发生变化，避免共振，同时对冷却液的流动具有节流阻尼效果，一是增加了振动能量的消耗，达到有效减轻振动的目的，二是冷却液在多变的节流通道中流动，增加了与刀杆的接触面积，将刀具工作产生的热量带走，达到大幅度减小刀具的热变形。

冷却液从刀头尖部位的冷却液出料通孔9喷出，及时冲走切削加工产生的铁屑，带走大量热量，进一步增强了降温效果。通过调整螺母7调节调整环6进而调节颗粒金属橡胶4的填充密度。

如图3所示，实施效果试验如下：

取镗刀刀杆外径为40mm，整体长度为300mm，中空的刀杆内径为34mm，低密度圆柱金属橡胶和颗粒金属橡胶的填充长度为210mm，同时通以冷却液，进行振动仿真。调整金属橡胶各项参数达到合适的减振阻尼。得到填充金属橡胶与不填充金属橡胶的振动响应幅值的对比图如图3所示。对比两者的最大振动幅值可以发现，填充金属橡胶可有效降低振动响应的75%左右。综上，本发明具有减振和冷却的双重效果。

实际设计中可以选择不同形式的金属橡胶，包括金属丝材料、直径，螺旋卷直径，毛坯螺距；也可以调节调整螺母，改变摩擦阻尼、节流作用，以及增加刀杆的刚度。以此达到减振冷却的目的，保证刀具寿命和加工精度。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，内部中空的刀杆及位于刀杆一端的刀头，所述导杆的内腔内设置有金属橡胶，所述空腔背离刀头一端具有冷却液进口，空腔的另一端朝向刀头方向延伸有冷却液出料通孔。

2.根据权利要求1所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，所述冷却液进口处插入有截面呈环形的调节环，所述调节环与冷却液进口侧螺纹连接，调节环的外侧固定有环形螺母以利于调节调节环在空腔内的深度。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，所述金属橡胶包括纵向的圆柱形金属橡胶及颗粒状金属橡胶。

4.根据权利要求3所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，所述空腔内的颗粒状金属橡胶位于圆柱形金属橡胶之间，所述圆柱形金属橡胶分别竖向位于冷却液进口及冷却液出料通孔内侧以防止颗粒状金属橡胶露出。

5.根据权利要求4所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，位于冷却液出料通孔的一侧的圆柱形金属橡胶与导杆空腔内壁过盈配合。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，导杆一端具有嵌入刀头的缝口。

7.根据权利要求2所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具，其特征在于，所述颗粒状金属橡胶位于圆柱形金属橡胶之间。

8.一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制造圆柱形金属橡胶及颗粒金属橡胶：

制造圆柱形金属橡胶：将金属丝经过绕丝、拉伸、编织、冲压成型圆柱形金属橡胶，圆柱形金属橡胶内部金属丝相互嵌合勾连；

制造颗粒金属橡胶：经过绕丝、拉伸及编织制成直径为3~5mm左右的小球状颗粒形态；

（2）将若干颗粒金属橡胶填充在中空的刀杆中，不同填充密度具有不同效果，颗粒金属橡胶可有效降低振动响应3～8倍；

（3）刀杆内部空腔背离刀头一端具有冷却液进口，空腔的另一端朝向刀头方向延伸有冷却液出料通孔；

（4）冷却液进口处插入有截面呈环形的调节环，所述调节环与冷却液进口侧螺纹连接，调节环的外侧固定有环形螺母以利于调节调节环在空腔内的深度进而调节内部颗粒金属橡胶布局区域密度。

9.根据权利要求8所述的一种基于金属橡胶的减振冷却镗刀刀具制造方法，其特征在于：所述金属丝材料为奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti，金属丝径为0.1～0.5mm。

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