CN101306476A - 用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片 - Google Patents

Abstract

用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，包括夹持部分和切削部分，切削部分有上表面、前表面和两侧表面，上表面与前表面相交成主切削刃，上表面与两侧表面相交成两侧切削刃，主切削刃与两侧切削刃间分别由圆角切削刃过渡，上表面包括前刀面和槽形结构曲面，前刀面从主切削刃沿侧切削刃延伸并与槽形结构曲面连接，槽形结构曲面由至少四条沿纵向延伸的脊峰和脊峰间的凹槽构成，靠侧切削刃的脊峰自侧切削刃与圆角切削刃交接处向夹持部分延伸、并逐渐提升突起高度，形成侧切屑导向脊线，位于中部的脊峰从前刀面与槽形结构曲面相接处向夹持部分延伸、并逐渐提升突起高度，形成主切屑导向脊线。该刀片对切削温度有效控制，具有优良的切屑排导功能。

Description

用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片

技术领域

本发明涉及金属切削刀片，尤其涉及用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片。

背景技术

在金属车削行业中，特别是航空发动机零件的加工，有大量需要进行轴向车削和径向切槽的加工。由于工件材料中含有大量的合金元素，在加工过程中，切削温度高，切削力大，刀片磨损剧烈，可加工性小于0.2(正火状态下45号钢的相对可加工性为1)，机械加工的难度非常大。在加工由高粘性、耐高温金属材料制成的工件时，切屑的成形和折断对于工件的连续切削加工也是相当重要的。刀具良好的断屑、导屑和排屑能力，对于避免切屑刮伤工件表面具有及其重要的意义，也可使刀具表面的应力、温度分布更趋合理，因此，良好的刀片断屑槽型能有效改善加工状况，可获得理想的切屑形状、合理的切削温度和较高的切削效率。现有技术中，如专利号为ZL88106921.3的发明专利公开了一种用于切断、切槽和轴向车削加工用的刀片，虽然基本能够在径向切槽和轴向车削中实现切屑的成形和折断，但其断屑装置的凸台为强制断屑台，这样，在进行车削时，切削力较大，在加工时容易产生让刀，增大了后刀面的摩擦和切削力，影响加工表面的质量，使机床容易出现振动，尤其不适用于工艺系统刚性较差或机床功率不足的工况；特别是切屑与断屑装置的接触为面接触，在断屑的过程中切屑将大量的热量传递到刀片上，切削温度较高，对刀具的使用寿命造成不良影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可对切削温度进行有效控制，具有优良切屑排导功能的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，包括夹持部分和位于夹持部分端部的切削部分，所述切削部分具有一上表面、一前表面和两个侧表面，上表面与前表面相交形成主切削刃，上表面与两个侧表面相交形成两个侧切削刃，主切削刃与两个侧切削刃之间分别由圆角切削刃过渡，所述上表面包括前刀面和槽形结构曲面，前刀面从主切削刃沿侧切削刃延伸并与槽形结构曲面连接，所述槽形结构曲面由至少四条沿刀片纵向延伸的脊峰以及相邻脊峰之间的凹槽构成，靠近侧切削刃的脊峰自侧切削刃与圆角切削刃交接的部位向夹持部分延伸、并逐渐提升突起高度，形成侧切屑导向脊线，位于中部的脊峰从前刀面与槽形结构曲面相接的部位向夹持部分延伸、并逐渐提升突起高度，形成主切屑导向脊线。

所述脊峰设有偶数条，位于中部的两条脊峰在靠近夹持部分的一端通过一凸起部连接，由该凸起部与中部的两条脊峰所围成的槽体为一可积聚冷却液的聚液凹槽。

所述主切削刃由一段圆弧刃、两段水平直线刃和两段斜线刃构成，圆弧刃位于中部，水平直线刃一端通过斜线刃与圆弧刃相连，另一端与圆角切削刃相连，所述斜线刃在垂直于刀片侧表面的侧纵向中心截面上的投影与刀片的横向中心截面成夹角α，α为2°～5°。

所述侧切削刃由一段侧向圆弧刃、一段侧向水平直线刃和一段侧向斜线刃构成，侧向圆弧刃位于侧切削刃末端，侧向水平直线刃一端通过侧向斜线刃与侧向圆弧刃相连，另一端与圆角切削刃相连，所述侧向斜线刃在垂直于刀片前表面的前纵向中心截面上的投影与刀片的横向中心截面成夹角β，β为3°～8°。

所述夹持部分的两端各设有一个切削部分。

所述两个切削部分对称布置于侧纵向中心截面两侧。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

1、具有主切削刃和侧切削刃，是一种既能用于径向切槽又能用于横向车削的刀片，在主切削刃工作时，产生的切屑首先流经刀片的前刀面再与位于槽形结构曲面中部的脊峰接触，在高度逐渐提升的主切屑导向脊线的作用下，切屑逐渐自然卷曲、断裂，在侧切削刃工作时，产生的切屑先流经刀片的前刀面再与位于两侧的脊峰接触，由于位于两侧的脊峰自侧切削刃与圆角切削刃交接的部位向夹持部分延伸、并逐渐提升突起高度，故在侧切屑导向脊线的作用下，切屑流动方向随侧切屑导向脊线的走向改变，并逐渐自然卷曲、断裂。以上两种工作状态下，切屑都是先流经前刀面再与起断屑作用的脊峰接触，相比传统的强行断屑形式，本发明的断屑形式使该刀片具有既锋利，强度又高的刀尖结构，能有效减小切削力，使切削轻快，尽量避免加工过程中的振动现象，使其能够适用于工艺系统刚性差或机床功率不足的工况。同时，将切屑与断屑部位的接触成功地由面接触转变为线接触，减少由断屑传递给刀片的温度，抑制切削温度升高，使刀片在一个理想的温度下对工件进行切削，实现刀片的高效率加工。

2、在设有四条脊峰时，位于中部的两条脊峰在靠近夹持部分的一端通过一凸起部连接，并与凸起部围成一聚液凹槽，刀片工作时该聚液凹槽内可积聚部分冷却液，有利于降低加工时刀片的温度，可有效提高刀片的使用寿命。同时，该凸起部将中部的两条脊峰连接在一起，可提高中部两条脊峰的强度，避免其在切屑的冲击下损坏。

3、本发明的刀片可以是单头，也可以在夹持部分的两端各设置一个切削部分，形式多样、灵活。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的K向的放大视图；

图3是图1的N向的放大视图；

图4是本发明切削部分的俯视图；

图5是图4的A-A剖面视图；

图6是将本发明的刀片安装于刀杆上对工件作轴向车削的示意图；

图7是将本发明的刀片安装于刀杆上对工件作径向切槽的示意图。

图中各标号表示：

1、夹持部分                2、切削部分

3、上表面                  4、前表面

5、侧表面                  6、主切削刃

7、侧切削刃                8、圆角切削刃

9、斜面                    10、小平面

11、侧纵向中心截面         12、前纵向中心截面

13、横向中心截面           14、轴向车削专用刀杆

15、螺钉                   16、绕中心轴旋转的工件

17、径向切槽专用刀杆       31、前刀面

32、槽形结构曲面           321、脊峰

322、凹槽                  323、凸起部

3211、主切屑导向脊线       3212、侧切屑导向脊线

3221、聚液凹槽             61、圆弧刃

62、水平直线刃             63、斜线刃

71、侧向圆弧刃             72、侧向水平直线刃

73、侧向斜线刃

具体实施方式

如图1、图4和图5所示，本发明的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，包括沿纵向延伸的夹持部分1和位于夹持部分1端部的切削部分2，切削部分2具有一上表面3、一前表面4和两个侧表面5，上表面3与前表面4相交形成主切削刃6，上表面3与两个侧表面5相交形成两个侧切削刃7，主切削刃6与两个侧切削刃7之间分别由圆角切削刃8过渡，同时圆角切削刃8为平刃，增大了刀尖的强度。上表面3包括前刀面31、槽形结构曲面32、两个斜面9和两个小平面10，从主切削刃6沿侧切削刃7方向延伸并与槽形结构曲面32连接，槽形结构曲面32通过两斜面9与夹持部分1连接。前刀面31与槽形结构曲面32的交界线为一段圆弧，该圆弧的直径D为主切削刃6宽度L的1～1.5倍；槽形结构曲面32为刀片的断屑部位，它位于由前刀面31、两个侧切削刃7和两斜面9所围成的区域内。槽形结构曲面32由四条脊峰321以及相邻脊峰321之间的凹槽322构成，四条脊峰321沿刀片纵向延伸，并对称布置在垂直于刀片前表面4的前纵向中心截面12两侧，各条脊峰321从刀片的上表面3向上突起，从刀片的纵向看去，这些脊峰321最高点的连线处在一支双曲线上。位于中部的脊峰321呈半月牙形，从前刀面31向夹持部分1延伸、并逐渐提升突起高度，形成主切屑导向脊线3211。靠近侧切削刃7的脊峰321自侧切削刃7与圆角切削刃8交接的部位向夹持部分1延伸、并逐渐提升突起高度，形成侧切屑导向脊线3212，两侧切削刃7分别通过一小平面10与邻近的脊峰321连接。在主切削刃6工作时，由主切削刃6切下的与所加工沟槽同宽的切屑，首先流经刀片的前刀面31再与位于槽形结构曲面32中部脊峰321的前端接触，在高度逐渐提升的主切屑导向脊线3211的作用下，切屑被向上引导并逐渐自然卷曲、断裂；在侧切削刃7工作时，由侧切削刃7切下的切屑与位于两侧的脊峰321接触，由于位于两侧的脊峰321自侧切削刃7与圆角切削刃8交接的部位向夹持部分1延伸、并逐渐提升突起高度，故在侧切屑导向脊线3212的作用下，切屑流动方向随侧切屑导向脊线3212的走向改变，并逐渐自然卷曲、断裂。以上两种工作状态下，切屑都是先流经前刀面31再与起断屑作用的脊峰321接触，相比传统的强行断屑形式，本发明的断屑形式使该刀片具有既锋利，强度又高的刀尖结构，能有效减小切削力，使切削轻快，尽量避免加工过程中的振动现象。同时，将切屑与断屑部位的接触成功地由面接触转变为线接触，减少由断屑传递给刀片的温度，抑制切削温度升高，使刀片在一个理想的温度下对工件进行切削，实现刀片的高效率加工。位于中部的两条脊峰321在靠近夹持部分1的一端通过一凸起部323连接，并与凸起部323围成一聚液凹槽3221，刀片工作时该聚液凹槽3221内可积聚部分冷却液，有利于降低加工时刀片的温度，可有效提高刀片的使用寿命。同时，该凸起部323将中部的两条脊峰321连接在一起，可提高中部两条脊峰321的强度，避免其在切屑的冲击下损坏。如图1和图2所示，主切削刃6由一段圆弧刃61、两段水平直线刃62和两段斜线刃63构成，圆弧刃61位于中部，水平直线刃62一端通过斜线刃63与圆弧刃61相连，另一端与圆角切削刃8相连，斜线刃63在垂直于刀片侧表面5的侧纵向中心截面11上的投影与刀片的横向中心截面13成夹角α，α为2°～5°。如图1和图3所示，侧切削刃7由一段侧向圆弧刃71、一段侧向水平直线刃72和一段侧向斜线刃73构成，侧向圆弧刃71位于侧切削刃7末端，侧向水平直线刃72一端通过侧向斜线刃73与侧向圆弧刃71相连，另一端与圆角切削刃8相连，侧向斜线刃73在垂直于刀片前表面4的前纵向中心截面12上的投影与刀片的横向中心截面13成夹角β，β为3°～8°。以上角度设置与前刀面31的配合，可以保证刀片在径向切槽时具有3°～8°的正前角，在轴向车削加工时具有2°～5°的正前角，使刃部锋利，切削层的塑性变形和摩擦阻力减小，从而降低了切削力，切削更轻快，减少了加工过程中的振动现象的发生，能应用于工艺系统刚性较差或机床功率不足的工况。本实施例中，前刀面31与槽形结构曲面32的交界线的圆弧直径D为主切削刃6宽度L的1.5倍，夹角α选用2°，夹角β选用4°。如图6所示，本发明的刀片可安装于轴向车削专用刀杆14上，并用螺钉15固定，绕中心轴旋转的工件16作轴向车削加工；如图7所示，本发明的刀片可安装于径向切槽专用刀杆17上，并用螺钉15固定，对绕中心轴旋转的工件16作径向切槽加工。

本发明可以在刀片的上表面3设置四条以上脊峰321；可以在夹持部分1的两端分别设置一个切削部分2，两个切削部分2对称布置于侧纵向中心截面11两侧，也可以将两个切削部分2设置在夹持部分1的对角上。此类变换均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，包括夹持部分(1)和位于夹持部分(1)端部的切削部分(2)，所述切削部分(2)具有一上表面(3)、一前表面(4)和两个侧表面(5)，上表面(3)与前表面(4)相交形成主切削刃(6)，上表面(3)与两个侧表面(5)相交形成两个侧切削刃(7)，主切削刃(6)与两个侧切削刃(7)之间分别由圆角切削刃(8)过渡，其特征在于：所述上表面(3)包括前刀面(31)和槽形结构曲面(32)，前刀面(31)从主切削刃(6)沿侧切削刃延伸并与槽形结构曲面(32)连接，所述槽形结构曲面(32)由至少四条沿刀片纵向延伸的脊峰(321)以及相邻脊峰(321)之间的凹槽(322)构成，靠近侧切削刃(7)的脊峰(321)自侧切削刃(7)与圆角切削刃(8)交接的部位向夹持部分(1)延伸、并逐渐提升突起高度，形成侧切屑导向脊线(3212)，位于中部的脊峰(321)从前刀面(31)与槽形结构曲面(32)相接的部位向夹持部分(1)延伸、并逐渐提升突起高度，形成主切屑导向脊线(3211)。

2、根据权利要求1所述的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，其特征在于：所述脊峰(321)设有偶数条，位于中部的两条脊峰(321)在靠近夹持部分(1)的一端通过一凸起部(323)连接，由该凸起部(323)与中部的两条脊峰(321)所围成的槽体为一可积聚冷却液的聚液凹槽(3221)。

3、根据权利要求1或2所述的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，其特征在于：所述主切削刃(6)由一段圆弧刃(61)、两段水平直线刃(62)和两段斜线刃(63)构成，圆弧刃(61)位于中部，水平直线刃(62)一端通过斜线刃(63)与圆弧刃(61)相连，另一端与圆角切削刃(8)相连，所述斜线刃(63)在垂直于刀片侧表面(5)的侧纵向中心截面(11)上的投影与刀片的横向中心截面(13)成夹角α，α为2°～5°。

4、根据权利要求1或2所述的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，其特征在于：所述侧切削刃(7)由一段侧向圆弧刃(71)、一段侧向水平直线刃(72)和一段侧向斜线刃(73)构成，侧向圆弧刃(71)位于侧切削刃(7)末端，侧向水平直线刃(72)一端通过侧向斜线刃(73)与侧向圆弧刃(71)相连，另一端与圆角切削刃(8)相连，所述侧向斜线刃(73)在垂直于刀片前表面(4)的前纵向中心截面(12)上的投影与刀片的横向中心截面(13)成夹角β，β为3°～8°。

5、根据权利要求3所述的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，其特征在于：所述侧切削刃(7)由一段侧向圆弧刃(71)、一段侧向水平直线刃(72)和一段侧向斜线刃(73)构成，侧向圆弧刃(71)位于侧切削刃(7)末端，侧向水平直线刃(72)一端通过侧向斜线刃(73)与侧向圆弧刃(71)相连，另一端与圆角切削刃(8)相连，所述侧向斜线刃(73)在垂直于刀片前表面(4)的前纵向中心截面(12)上的投影与刀片的横向中心截面(13)成夹角β，β为3°～8°。

6、根据权利要求5所述的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，其特征在于：所述夹持部分(1)的两端各设有一个切削部分(2)。

7、根据权利要求6所述的用于加工高粘性、耐高温金属材料的切削刀片，其特征在于：所述两个切削部分(2)对称布置于侧纵向中心截面(11)两侧。

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