CN101972870A - 汽轮机叶片叶根铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮机叶片叶根铣刀，所述汽轮机叶片的叶根型线是枞树形或菌形，铣刀的刃口型线与汽轮机叶片的叶根型线一致，所述铣刀包括合金钢刀体和硬质合金刀片，两者焊接连接，该铣刀具有多个切削齿，呈周向等分或不等分分布，相邻切削齿之间是容屑槽，所述容屑槽是螺旋槽，硬质合金刀片的容屑面是螺旋曲面。本发明将大截面硬质合金螺旋刀片及焊接技术应用于大直径型线叶根铣刀上，是一种螺旋槽结构的焊接铣刀，加工平稳、连续切削、切削力小、能有效提高加工表面的质量和加工效率；可以大范围地运用在各种直径的铣刀上，较直沟槽的硬质合金焊接刀具，加工的工件的表面粗糙度提高一个等级以上，加工效率提高一倍。

Description

汽轮机叶片叶根铣刀

技术领域

本发明涉及机械加工的切削刀具，具体是透平机械中汽轮机叶片叶根型线的机械切削加工使用的铣刀。

背景技术

目前，透平机械中汽轮机叶片叶根的形式主要有T型、菌型、叉型及枞树型。而枞树型叶根具有强度高，精度高及连接可靠的特点。目前越来越广泛的应用到汽轮机、燃气轮机及各种风机等动力机械中。但是该结构的加工难度相对于其他形式的叶根来说难度要大得多，其难度主要体现在叶根型线精度高，刀具制作困难。而制造该刀具的原材料普遍采用高速钢进行制造，刀具耐磨性差，寿命较短，刀具消耗很大，刀具费用居高不下。

与此同时，随着大功率机组的设计与制造，叶片材料也在进行着相应的改进：叶片材料向着高合金化、高强度方向改进。有些叶片的抗拉强度已经达到了1100MPa，其硬度也达到了HRC36以上，更为严重的是该类材料均有严重的加工硬化倾向，硬化后，已加工面硬度能达到HRC50以上，使刀具发生严重磨损及崩刃现象。同时叶片材料中加入了大量的W、Mo等高速钢合金元素，产生强烈的化学扩散，进一步加剧了刀具的磨损，缩短了刀具寿命。

以上现象的出现严重制约了叶片的产出，同时对刀具生产商提出了更严格的要求，有必要对刀具进行进一步的改进。

以下是现有技术的几种铣刀用于切削汽轮机叶片叶根型线的缺点：

硬质合金具有高硬度、高耐磨性的特点。硬质合金刀具的种类有机夹刀具，焊接刀具，整体刀具。机夹刀具由于定位精度无法保证，不适用于精加工刀具；整体硬质合金刀具由于硬质合金材料价格昂贵，成本太高，不适合用于大直径的铣刀。因此，只适用于小尺寸的汽轮机叶片叶根型线的加工。

高速钢刀具价格低廉，适合用于大直径的铣刀；但是刀具磨损较快、寿命较短，对于目前越来越高合金化、高强度的叶片材料甚至无法加工。因此，渐渐被市场淘汰。

焊接硬质合金的合金钢刀具，可用于精加工和粗加工，而且可用于大直径的铣刀。现有的焊接刀具的容屑槽是直沟槽结构，直沟槽结构的焊接刀具结构简单、易制造。但是，采用这种直沟槽结构的叶根铣刀，刀具在切削时容易产生振动、加工表面有振纹、表面粗糙度无法达到要求，加工时为断续切削，切削力大，用于高进给速度的切削时刀具振动大，叶根表面的振纹十分明显，无法达到叶根所要求的表面质量。本案申请人于2007年11月16就一种《硬质合金叶根型线铣刀》申请了我国的实用新型专利(申请号：200720082010.X)，公开了一种直沟槽结构的焊接硬质合金刀片的叶根铣刀，该刀具可以采用较高线速度进行切削，使叶根加工面具有较高的表面质量，其使用寿命也得到了一定的提高；但是，其切削时为断续切削，用于高进给速度切削时产生的振动大、加工表面仍有振纹存在、表面粗糙度无法达到叶根表面粗糙度为Ra0.8的表面质量要求。

如果把焊接铣刀的容屑槽制成螺旋槽，其焊接刀片的容屑面也是个螺旋曲面，切削时为连续切削，可降低振动情况，提高叶根表面质量。但是该刀片的加工难度非常大，当时未研制出螺旋槽的硬质合金刀片。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种容屑槽是螺旋型线的焊接硬质合金刀片的汽轮机叶片叶根铣刀。

本发明采用的技术方案是：

一种汽轮机叶片叶根铣刀，所述汽轮机叶片的叶根型线是枞树形或菌形，铣刀的刃口型线与汽轮机叶片的叶根型线一致，所述铣刀包括合金钢刀体和硬质合金刀片，两者焊接连接，该铣刀具有多个切削齿，呈周向等分或不等分分布，相邻切削齿之间是容屑槽，所述容屑槽是螺旋槽，硬质合金刀片的容屑面是螺旋曲面。

所述硬质合金刀片刃部的前角为-20～15°、后角为6～12°。

所述容屑槽的螺旋角为5～30°。

所述合金钢刀体和硬质合金刀片的焊接方式为铜焊或银焊。

根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，所述枞树形轮廓形状的铣刀的容屑槽螺旋方向为左旋或右旋。

所述菌形轮廓形状的铣刀的容屑槽螺旋方向为左旋或右旋。

所述铣刀的加工方法是：

(1)分别加工加工合金钢刀体和螺旋型线硬质合金刀片；

(2)切削加工合金钢刀体上等分或不等分分布的容屑槽；

(3)将硬质合金刀片焊接在合金钢刀体上；

(4)磨削加工硬质合金刀片上的刃口，使铣刀的前刀面形成螺旋方向为左旋或右旋的螺旋曲面，铣刀多个切削刃间为周向等分分布或不等分分布结构。

本发明产生的有益效果是：

本发明的汽轮机叶片叶根铣刀将大截面硬质合金螺旋刀片及焊接技术应用于大直径型线叶根铣刀上，是一种螺旋型线的焊接刀具，加工平稳、连续切削、切削力小、能有效提高加工表面的质量和加工效率，可以大范围地运用在各种直径的铣刀上。在高进给速度的切削场合下，刀具振动小，加工的叶根表面无振纹产生，叶根表面粗糙度可以达到Ra0.8以上，达到叶根所要求的表面质量。同时，较直沟槽的硬质合金焊接刀具相比较，加工的工件的表面粗糙度提高一个等级以上，加工效率提高一倍。

附图说明

图1为枞树型汽轮机叶片叶根铣刀的主视示意图；

图2为枞树型汽轮机叶片叶根铣刀的侧视示意图；

图3为枞树型汽轮机叶片叶根铣刀的合金钢刀体的主视示意图；

图4为枞树型汽轮机叶片叶根铣刀的合金钢刀体的侧视示意图；

图5为枞树型汽轮机叶片叶根铣刀的硬质合金刀片的主视示意图；

图6为枞树型汽轮机叶片叶根铣刀的硬质合金刀片的侧视示意图；

图7为菌形汽轮机叶片叶根铣刀的主视示意图；

图8为菌形汽轮机叶片叶根铣刀的侧视示意图；

图9为菌形汽轮机叶片叶根铣刀的合金钢刀体的主视示意图；

图10为菌形汽轮机叶片叶根铣刀的合金钢刀体的侧视示意图；

图11为菌形汽轮机叶片叶根铣刀的硬质合金刀片的主视示意图；

图12为菌形汽轮机叶片叶根铣刀的硬质合金刀片的侧视示意图。

图中代号含义：1-刀体；2-刀片；3-焊料；4-刀柄；5-刀片槽；6-容屑槽。

具体实施方式

如图1～图12所示：本发明的汽轮机叶片叶根铣刀具有两大组成部分：包括合金钢刀体1和硬质合金刀片2，两者采用铜焊或银焊连接。该铣刀具有多个切削齿，即焊接在合金钢刀体1上的多个硬质合金刀片2，呈周向等分分布或不等分分布，相邻切削齿之间是容屑槽6。本发明的关键在于将刀片槽5与容屑槽6设计为螺旋槽，并且使得刀片槽5与容屑槽6的螺旋角为5～30°，设计时，螺旋角优选10～30°。

合金钢刀体1呈锥体状，其侧面具有等分或不等分分布的刀片槽5和容屑槽6，由于容屑槽6为螺旋槽，刀片2也为螺旋刀片，刀片槽5也设计为螺旋结构。由于，硬质合金刀片2配合刀片槽5焊接，其容屑面与容屑槽6配合安装，因此，硬质合金刀片2的容屑面也设计为螺旋曲面。同时，硬质合金刀片2刃部的前角设计为-20～15°、后角设计为6～12°。同时，铣刀的前刀面及刀片2靠近容屑槽6的面为螺旋曲面。由于前刀面为螺旋曲面，刀具刃口型线又为复杂的枞树型与菌形型线，所以刀具前角将形成逐渐变化的过程，有部份型线处的法向前角将为负前角，负前角小于-20°，设计时法向前角优选0～15°。

本发明的汽轮机叶片叶根铣刀的加工方法是：

(1)分别加工加工合金钢刀体1和螺旋型线硬质合金刀片2；

(2)切削加工合金钢刀体1上等分或不等分分布的刀片槽5和容屑槽6；

(3)将硬质合金刀片2焊接在刀片槽5上；

(4)磨削加工硬质合金刀片2上的刃口，使所有硬质合金刀片2上的刃口为螺旋型线。

一般需要采用本发明的铣刀进行切削加工的汽轮机叶片的叶根型线是枞树型或菌形，铣刀的刃口型线与汽轮机叶片的叶根型线一致，因此，该铣刀的轮廓形状是枞树型或菌形。下面由以下两种具体实施例，分别详述：

实施例一

如图1～图6所示，是枞树型轮廓形状的汽轮机叶片叶根铣刀，由刀体1和刀片2构成，刀体1的材料为合金钢，刀片2的材料为硬质合金。合金钢刀体1呈锥体状，前端侧面具有等分或不等分分布的刀片槽5和容屑槽6，硬质合金刀片2通过焊料3焊接在刀片槽5上，本实施例中使用的焊料3为铜焊材料。合金钢刀体1的末端具有刀柄4，在实际使用时，刀柄4夹持在机床上，通过机床主轴带动铣刀旋转，使得合金钢刀体1前端的硬质合金刀片2对工件进行切削加工。

本发明的关键在于将硬质合金刀片2设计为螺旋型线的刀片，同时，将刀片槽5和容屑槽6设计为螺旋型线的沟槽。硬质合金刀片2和刀片槽5的型线、大小和规格对应，使得刀片槽5能够配合硬质合金刀片2安装连接，而容屑槽6设计为螺旋型线槽，有利于排屑顺畅。硬质合金刀片刃部的前角可设计为-20～15°、后角可设计为6～12°，容屑槽6的螺旋角可设计为5～30°。本实施例中，硬质合金刀片2刃部的前角设计为10°、后角设计为8°，容屑槽6的螺旋角设计为右旋15°。加工时，先将硬质合金刀片2焊接在合金钢刀体1的刀片槽5内，再通过一般的磨削方法将所有刃口磨出，使之成为螺旋型线的枞树型轮廓形状的硬质合金焊接铣刀。

并且，枞树形轮廓形状的汽轮机叶片叶根铣刀的容屑槽的螺旋方向为左旋或右旋。本实施例中枞树形轮廓形状的汽轮机叶片叶根铣刀的容屑槽的螺旋方向为右旋。

实施例二

如图7～图12所示，是菌形轮廓形状的汽轮机叶片叶根铣刀，由刀体1和刀片2构成，刀体1的材料为合金钢，刀片2的材料为硬质合金。合金钢刀体1呈锥体状，前端侧面具有均匀分布的刀片槽5和容屑槽6，硬质合金刀片2通过焊料3焊接在刀片槽5上，本实施例中使用的焊料3为银焊材料。合金钢刀体1的末端具有刀柄4，在实际使用时，刀柄4夹持在机床上，通过机床主轴带动铣刀旋转，使得合金钢刀体1前端的硬质合金刀片2对工件进行切削加工。

本发明的关键在于将硬质合金刀片2设计为螺旋型线的刀片，同时，将刀片槽5和容屑槽6设计为螺旋型线的沟槽。硬质合金刀片2和刀片槽5的型线、大小和规格对应，使得刀片槽5能够配合硬质合金刀片2安装连接，而容屑槽6设计为螺旋槽，有利于排屑顺畅。硬质合金刀片刃部的前角可设计为-20～15°、后角可设计为6～12°，容屑槽6的螺旋角可设计为5～30°。本实施例中，硬质合金刀片2刃部的前角设计为15。、后角设计为8。，容屑槽6的螺旋角设计为左旋20°。加工时，先将硬质合金刀片2焊接在合金钢刀体1的刀片槽5内，再通过一般的磨削方法将所有刃口磨出，使之成为螺旋型线的菌形轮廓形状的硬质合金焊接铣刀。

并且，菌形轮廓形状的汽轮机叶片叶根铣刀的容屑槽的螺旋方向为左旋或右旋。本实施例中菌形轮廓形状的汽轮机叶片叶根铣刀的容屑槽的螺旋方向为左旋。

硬质合金刀片2根据待加工的具体型线设计，一般情况下是非标件。需要说明的是：以上实施例是描述性的，不是限定性的，不能以此来限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种汽轮机叶片叶根铣刀，所述汽轮机叶片的叶根型线是枞树形或菌形，铣刀的刃口型线与汽轮机叶片的叶根型线一致，所述铣刀包括合金钢刀体和硬质合金刀片，两者焊接连接，该铣刀具有多个切削齿，呈周向等分或不等分分布，相邻切削齿之间是容屑槽，其特征在于：所述容屑槽是螺旋槽，硬质合金刀片的容屑面是螺旋曲面。

2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，其特征在于：所述硬质合金刀片刃部的前角为-20～15°、后角为6～12°。

3.根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，其特征在于：所述容屑槽的螺旋角为5～30°。

4.根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，其特征在于：所述合金钢刀体和硬质合金刀片的焊接方式为铜焊或银焊。

5.根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，其特征在于：所述枞树形轮廓形状的铣刀的容屑槽螺旋方向为左旋或右旋。

6.根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，其特征在于：所述菌形轮廓形状的铣刀的容屑槽螺旋方向为左旋或右旋。

7.根据权利要求1所述的汽轮机叶片叶根铣刀，其特征在于：所述铣刀的加工方法是：

(1)分别加工合金钢刀体和螺旋型线硬质合金刀片；

(2)切削加工合金钢刀体上等分或不等分分布的容屑槽；

(3)将硬质合金刀片焊接在合金钢刀体上；

(4)磨削加工硬质合金刀片上的刃口，使铣刀的前刀面形成螺旋方向为左旋或右旋的螺旋曲面，铣刀多个切削刃间为周向等分分布或不等分分布结构。

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