[发明专利]涂层阻尼减振刀杆及其减振测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种切削加工刀具，尤其是一种涂层阻尼减振刀杆及其减振测试方法。

背景技术

目前，在机械加工中内孔加工或内腔加工是一种常见而应用广泛的加工方法，而深孔或深腔加工往往是内孔或内腔加工中一个最大的难点。在深孔或深腔加工过程中由于通常采用细长的内圆车刀或者大长径比的铣杆、镗杆，这样往往会出现加工刀具的动刚度太低，因而很容易发生切削颤振而无法满足加工要求。一般来说当刀杆的长径比小于4时，在加工过程中不会产生振动或者振动一般不会对加工质量造成影响。但当长径比大于4时，刀杆在深孔或深腔加工过程中将产生颤振，对加工产生影响甚至造成加工根本无法进行。

就刀杆减振措施，目前在使用上主要有两大类，一是被动控制方法，二是主动控制方法。被动控制方法主要是在刀杆上装入吸振部件或是采取抑制振动的部件来控制振动。现在主要的措施有:减小切削刚度或是提高加工系统的结构刚度;使用新型材料提高刀杆的静刚度;还有就是使用冲击耗能的方法来减振，包括动力作用减振、摩擦作用减振、冲击减振、阻尼减振等。主动控制方法主要是在减振系统中加入反馈控制系统，通过反馈系统检测出振动系统中产生振动的相关状态量的变化，由反馈系统调节减振系统中控制振动的相关结构参数，从而在外界环境发生变化的情况下，也能够使减振系统控制振动结构，使振动结构的振动响应保持最小、最稳定。

中国专利申请201110221380.8公开了一种阻尼减振刀杆，其包括刀柄和设置于刀柄下端的刀头，所述刀柄内同轴设置有圆柱形空腔，在所述圆柱形空腔中密封填充有阻尼颗粒。颗粒阻尼减振属于被动控制减振技术的一种，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产生能量，达到减振的效果。但该减振刀杆具有一定意义上的不足。首先，刀杆必须是空心刀杆，这在一定程度上限制了刀杆的选择性。其次，刀杆的空腔容积是固定的，从而内部颗粒数是限定的，产生的阻尼效应也就限制在一定的范围。

中国专利ZL200920061678.5公开了一种减振镗刀杆，包括圆柱形杆体，所述杆体下端设有安装镗刀刀片的安装座，上端设置有刀杆夹持部，所述杆体内设置有与杆体同心设置的夹层，所述夹层内填充有弹性层。该减振镗杆利用弹性体层来吸收镗杆振动过程中的振动能，弹性体层起到减振阻尼的作用。夹层是空腔层，可以减小杆体的自身挠曲。但该减振刀杆具有一定意义上的不足。首先，刀杆必须是空心刀杆，这在一定程度上限制了刀杆的选择性。其次，夹层内的弹性层厚度只能限制在一定的范围，从而产生的阻尼减振效应是有限的，并不能满足机械加工过程中复杂多变的加工条件。

中国专利申请200910263580.2公开了一种减小深孔加工镗杆自激振动的方法及其动力减振镗杆，采用动力减振器理论设计了一种动力减振镗杆。减振器由减振棒、阻尼液和橡胶圈组成。利用减振棒的动力作用来平衡一些镗杆振动过程中的振动能量。但该减振刀杆具有一定意义上的不足，减振块材料的选择是整个减振系统的关键。一般只能选择高密度的重合金材料来做减振块。这是因为减振块在镗杆内部的容积有限，一般必须要求减振块的质量尽量大，因而必须要求减振块材料的密度要大。

鉴于以上综合考虑，需要设计一种结构简单，减振效果好，适用性广泛的减振刀杆。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有减振刀杆结构复杂、减振效果和适应性差、无法满足多变的加工条件的不足，提供一种涂层阻尼减振刀杆及其减振测试方法，利用涂层阻尼材料内耗将刀杆的振动动能转化为热能，从而达到减振、提高加工效率、改善加工质量的目的。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种涂层阻尼减振刀杆，在所述刀杆的基体材料上涂覆一层减振阻尼材料层，与刀杆的基体材料形成叠层结构。

所述刀杆是铣刀杆或车刀杆或镗刀杆。

所述刀杆是圆柱或方形。

所述刀杆的基体材料为45号钢或40Cr或硬质合金。

所述减振阻尼材料层涂敷在空心刀杆的内壁，或涂敷在空心或实心刀杆的外围，或涂敷在空心刀杆的内壁及外围。

所述减振阻尼材料层的材料为Mn-Cu合金或Ni-Ti合金或Fe-Cr合金。

一种涂层阻尼减振刀杆的减振测试方法，步骤如下：

1）根据切削加工过程中刀杆的边界条件和受力情况，将涂层阻尼减振刀杆简化为悬臂梁，考虑损耗因子η对刀杆振动的影响，建立涂层阻尼减振刀杆的等效阻尼模型，求出涂层阻尼减振刀杆的整体阻尼比；