[实用新型]一种利用表面微沟槽减阻降噪的高速面铣刀

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种切削技术，尤其是一种利用表面微沟槽减阻降噪的高速面铣刀。

背景技术

目前，高速面铣刀作为高速铣削加工的常用刀具已经广泛应用于汽车、航空航天、模具等制造领域，目前直径80mm的铝合金刀体高速面铣刀，其转速可到30000转/分钟，线速度达到7500米/分。高速面铣刀在高速旋转时，由于面铣刀与空气的相互作用，诱发周围空气的非稳态流动，产生较大的噪声和空气阻力，影响到操作人员的身体健康并增大能耗。目前，高速面铣刀降噪的主要方法有不等齿距铣刀设计、机床防护罩采用隔音设计等，而对于高速铣刀减阻方面未见有相关报道。

高速面铣刀在高速旋转时诱发周围空气的非稳态流动，产生气动噪声，面铣刀高速旋转时产生的噪声级可高达100～110dB；同时，高速旋转的铣刀表面、容屑槽与空气剧烈摩擦，阻力较大。

刘战强,吉春辉,刘鲁宁,艾兴.高速面铣刀气动噪声及其频谱分析.机械工程学报.2011.Vol.47(11),p163-168.吉春辉,刘战强.面铣刀气动噪声数值模拟及不等齿距面铣刀的降噪方法.科学通报.2011.Vol.56(23),pp1940-1946，其对高速面铣过程中的气动噪声进行了研究，基于声类比的FW-H方程建立铣刀气动噪声预测模型。在该预测模型的基础上对面铣刀气动噪声特性进行研究，采用CFD方法模拟计算高速旋转面铣刀表面及其周围的瞬时流场，流场分析指出，刀片前刀面，容屑槽前端面，容屑槽后端面，刀片及容屑槽后侧区域处均是噪声源，同时设计出不等齿距的高速面铣刀来降低噪声。

张春华.基于信鸽体表的减阻降噪功能表面耦合仿生.吉林大学博士学位论文.2008年，其进行了基于信鸽体表的减阻降噪功能表面耦合仿生研究，用于汽车冷却风扇的减阻降噪。

胡海豹，宋保维，毛昭勇，陈少强.随行波表面减阻降噪机理探索.火力与指挥控制.2007Vol.32(12),p28-30，其研究了水下航行器表面微结构减阻降噪的机理是随行波的作用。

目前减阻技术在生产科研的众多领域都有应用，它不仅可以减少能源消耗，具有可观的经济效益。目前常见的减阻方法有：外形优化设计、聚合物涂层（或喷射）、边界层吸入、柔性壁面、壁面加温及气幕屏蔽等方法。

人们对环境噪声和节能环保的要求逐渐提高，在高速面铣刀设计的过程中不仅要满足切削性能及安全性能的要求，还要符合噪声和节能方面的要求。目前对于高速面铣刀的研究主要集中在安全性、动平衡、轻量化和高速化方面的研究，对于高速面铣刀的减阻降噪研究较少，尤其是将微结构沟槽应用在高速铣刀减阻降噪方面的研究尚未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用表面微沟槽减阻降噪的高速面铣刀，其在完成切削加工的同时，利用刀体表面的微结构沟槽，在每个沟槽顶点两侧存在一对反向的“二次涡”。这些反向涡对使得湍流的猝发强度被大大消弱，从而实现了湍流减阻降噪的目的，可以降低高速加工过程中的空气阻力和对环境的噪音影响。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种利用表面微沟槽减阻降噪的高速面铣刀，包括刀体，所述刀体上设有若干微沟槽，所述微沟槽的方向与刀体旋转方向平行。

所述微沟槽为在刀体外圆面上采用精密车刀加工出的与刀体旋转方向平行的若干微结构沟槽。

所述微沟槽为在刀体外圆面上黏贴的微结构聚合物薄膜层，所述薄膜层与刀体之间结合强度足够克服高转速下的离心力。

所述微沟槽的截面形状为V形，V形微沟槽的齿高h和间距S，为了计算方便，将其无量纲化，也叫做无因次化，即其数值是一个比值，没有单位，计算公式如下：