CN101983810B - 高强度不等螺旋角立铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度不等螺旋角立铣刀，包括切削部和柄部，所述整个切削部设有多个自底端向柄部螺旋延伸的排屑槽，各排屑槽朝向切削旋转方向的面为前刀面，所述前刀面与切削部的外周面相交形成外周刃，至少一个外周刃的螺旋角不同于其他外周刃的螺旋角，所述切削部的外周面中与外周刃相接的面为第一后刀面、与所述第一后刀面相接的面为第二后刀面，所述切削部的总长为Ap，所述第一后刀面自切削部底端延伸至柄部，所述第二后刀面自切削部底端至少延伸至距柄部Ap/3处。该高强度不等螺旋角立铣刀具有可整体提高各外周刃强度和刚性、切削效率高、使用寿命长的优点。

Description

高强度不等螺旋角立铣刀

技术领域

本发明涉及金属切削领域，尤其涉及高强度不等螺旋角立铣刀。

背景技术

近年来，在进行难加工材料（如不锈钢316、钛合金TA15）的切削加工中，为了提高刀具强度和刚性，同时保证切屑排出性和工件表面质量，广泛采用不等螺旋角立铣刀。不等螺旋角立铣刀形成有呈螺旋状扭转的多个外周刃，各外周刃的螺旋角与其它外周刃的螺旋角不同，从而外周刃在立铣刀旋转方向上的铣削时间间隔不相等，各外周刃切入工件的时间间隔也不等，各外周刃之间的夹角以及从底部外周刃到柄部的有效切削长度不相同，这样可防止在立铣刀主体上产生与其固有频率相同的周期性振动，从而避免引起共振，同时提高工件表面质量以及防止刀具过度磨损甚至崩刃。

但是，在这些不等螺旋角立铣刀中，由于各外周刃彼此在立铣刀旋转方向上的作用时间间隔不等，各外周刃切入工件的时间间隔也不等，各外周刃之间的夹角以及从底部切削刃到柄部的有效切削长度不相同，由此这些外周刃产生的切屑的厚度与变形也不同，因此各外周刃所受的切削负荷和切屑形状也是变化的，而且立铣刀的外周刃的强度和刚性各处也不相等，必定存在一处强度薄弱部分，尤其是螺旋角较大的外周刃，比其它外周刃的有效刃长更短，而且外周刃的强度也更差，对外周刃作用的切削负荷较大，从而比其它外周刃更可能发生磨损和破损。

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，提供一种可整体提高各外周刃强度和刚性、切削效率高、使用寿命长的高强度不等螺旋角立铣刀。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高强度不等螺旋角立铣刀，包括切削部和柄部，所述整个切削部设有多个自底端向柄部螺旋延伸的排屑槽，各排屑槽朝向切削旋转方向的面为前刀面，所述前刀面与切削部的外周面相交形成外周刃，至少一个外周刃的螺旋角不同于其他外周刃的螺旋角，所述切削部的外周面中与外周刃相接的面为第一后刀面、与所述第一后刀面相接的面为第二后刀面，所述切削部的总长为Ap，所述第一后刀面自切削部底端延伸至柄部，所述第二后刀面自切削部底端至少延伸至距柄部Ap/3处。

所述切削部的外径为D，所述第一后刀面与第二后刀面的总宽度为A，0.08D≤A≤0.2D。

所述切削部的外周面上设有圆弧背，所述排屑槽包括主槽和副槽，在正交于立铣刀旋转轴线的平面上，所述主槽自前刀面呈凹弧状延伸并与切削部的芯厚圆相切于N点，主槽延伸过N点后与所述副槽平滑连接，副槽另一端与所述圆弧背相接于M点。

所述圆弧背的外径为E，所述芯厚圆的直径为d，所述主槽的半径为R1，所述副槽的半径为R2，0.94D≤E≤0.97D，0.5D≤d≤0.6D，R1＜R2，所述主槽的弧长为0.5πR1～πR1。

所述N点和所述M点到切削部中心点的连线形成夹角θ，15°≤θ≤40°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的高强度不等螺旋角立铣刀的外周刃设有第一后刀面和第二后刀面，其中第一后刀面自切削部底端延伸至柄部，将其作为保证外周刃强度的基础，第二后刀面自切削部底端至少延伸至距柄部Ap/3处，使各外周刃在实际加工中常用到的一部分得到了整体加强，避免立铣刀个别薄弱部位磨损过快，提高了立铣刀的切削效率和使用寿命。切削部的外径为D，第一后刀面与第二后刀面的总宽度为A，通过合理设定A与D的比值关系可使外周刃强度得到保证，实验证明A的取值范围在0.08D≤A≤0.2D时，外周刃强度可靠，抗磨损能力强。排屑槽包括主槽和副槽，其结构独特，具有良好的导屑、断屑和排屑性能，适用于高速、高效率铣削。将圆弧背外径E设定为0.94D≤E≤0.97D，芯厚圆的直径d设定为0.5D≤d≤0.6D，保证了立铣刀的整体刚性，有利于高效率铣削；将主槽的弧长设为0.5πR1～πR1，保证主槽具有足够的容屑空间，确保顺畅排屑。主槽自前刀面呈凹弧状延伸并与切削部的芯厚圆相切于N点，副槽与圆弧背相接于M点，N点和M点到切削部中心点的连线形成夹角θ，通过合理设定θ角的大小可以在保证立铣刀强度的同时确保排屑性，实验证明θ的取值范围在15°≤θ≤40°时，可使立铣刀的切削效率和耐用度达到最佳平衡，同时可抑制切削加工时的振动，提高被加工工件的表面质量。

附图说明

图1是本发明的侧视结构示意图；

图2是图1中X－X的剖面放大图；

图3是图1中Y－Y的剖面放大图；

图4是图1中Z－Z的剖面放大图；

图5是用本发明立铣刀进行侧铣后的磨损图案的20倍放大图；

图6是用对比产品进行侧铣后的破损图案的20倍放大图。

图中各标号表示：

1、切削部；2、柄部；3、外周刃；4、排屑槽；11、第一后刀面；12、第二后刀面；13、圆弧背；14、芯厚圆；21、前刀面；22、主槽；23、副槽。

具体实施方式

图1至图4示出了本发明的一种高强度不等螺旋角立铣刀实施例，该立铣刀包括切削部1和柄部2，整个切削部1设有多个自底端向柄部2螺旋延伸的排屑槽4，各排屑槽4朝向切削旋转方向（图2中箭头T所示方向）的面为前刀面21，前刀面21与切削部1的外周面相交形成外周刃3，至少一个外周刃3的螺旋角不同于其他外周刃3的螺旋角，切削部1的外周面中与外周刃3相接的面为第一后刀面11、与第一后刀面11相接的面为第二后刀面12，切削部1的总长为Ap，第一后刀面11自切削部1底端延伸至柄部2，将其作为保证外周刃3强度的基础，二后刀面12自切削部1底端至少延伸至距柄部2的距离为Ap/3处，使各外周刃3在实际加工中常用到的一部分得到了整体加强，避免立铣刀个别薄弱部位磨损过快，提高了立铣刀的切削效率和使用寿命。

本实施例中，切削部1的外径为D，第一后刀面11与第二后刀面12的总宽度为A，通过合理设定A与D的比值关系可使外周刃3强度得到保证，实验证明A的取值范围在0.08D≤A≤0.2D时，外周刃3强度可靠，抗磨损能力强，本实施例中A＝0.12D。切削部1的外周面上设有圆弧背13，排屑槽4包括主槽22和副槽23，在正交于立铣刀旋转轴线的平面上，主槽22自前刀面21呈凹弧状延伸并与切削部1的芯厚圆14相切于N点，主槽22延伸过N点后与副槽23平滑连接，副槽23另一端与圆弧背13相接于M点。这种排屑槽4结构独特，具有良好的导屑、断屑和排屑性能，适用于高速、高效率铣削。将圆弧背13外径E设定为0.94D≤E≤0.97D，芯厚圆14的直径d设定为0.5D≤d≤0.6D，保证了立铣刀的整体刚性，有利于高效率铣削，本实施例中，E＝0.94D，d＝0.6D；将主槽22的弧长设为0.5πR1～πR1，同时R1＜R2，保证主槽22具有足够的容屑空间，确保顺畅排屑，本实施例中，主槽22的弧长设为πR1。N点和M点到切削部1中心点的连线形成夹角θ，通过合理设定θ角的大小可以在保证立铣刀强度的同时确保排屑性，实验证明θ的取值范围在15°≤θ≤40°时，可使立铣刀的切削效率和耐用度达到最佳平衡，同时可抑制切削加工时的振动，提高被加工工件的表面质量，本实施例中，θ＝25°。

本发明除了可以应用于本实施例的直角立铣刀外，还可以应用于球头立铣刀、圆弧头立铣刀等。此外，本发明的立铣刀可以用高速钢、硬质合金钢、陶瓷等硬材料制成，在外周刃3的表面可TiAlN或AlTiN等硬质材料构成覆膜，这样可大大提高切削刃部的耐磨性和抗氧化性，使立铣刀的使用寿命得到进一步延长。

此外，铣刀可以做成高速钢、整体硬质合金、陶瓷、硬材料等，切削刃115的表面上可以由TiAlN或AlTiN等硬质材料构成的覆膜。这样可大大提高切削刃部的耐磨性或抗氧化性，使立铣刀的寿命得到进一步的延长。

以下结合对比试验对本发明的立铣刀的性能作进一步说明。

本发明的立铣刀与普通立铣刀对比，在如下切削条件下进行对比试验：

切削参数：Vc=120m/min，fz=0.05mm/z，Ap=18mm，Ae=0.8mm；

工件材料：TA15钛合金 ；

冷却方式：水冷；

刀具寿命标准：外周刃后刀面的磨损或破损。

用本发明的立铣刀和普通立铣刀分别对TA15钛合金工件侧铣150分钟，侧铣完成后对比外周刃后刀面，如图5所示，本发明的立铣刀磨损很小，如图6所示，对比产品大面积破损，由此可见本发明的立铣刀的刀具寿命明显高于对比产品。另外，用本发明的立铣刀加工的工件表面波纹分布都非常好，纹路清晰，没有明显的振纹，用对比产品加工的工件表面粗糙度较差，由此可见本发明的立铣刀能够获得更高的工件表面质量。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种高强度不等螺旋角立铣刀，包括切削部（1）和柄部（2），所述整个切削部（1）设有多个自底端向柄部（2）螺旋延伸的排屑槽（4），各排屑槽（4）朝向切削旋转方向的面为前刀面（21），所述前刀面（21）与切削部（1）的外周面相交形成外周刃（3），至少一个外周刃（3）的螺旋角不同于其他外周刃（3）的螺旋角，其特征在于：所述切削部（1）的外周面中与外周刃（3）相接的面为第一后刀面（11）、与所述第一后刀面（11）相接的面为第二后刀面（12），所述切削部（1）的总长为Ap，所述第一后刀面（11）自切削部（1）底端延伸至柄部（2），所述第二后刀面（12）自切削部（1）底端至少延伸至距柄部（2）Ap/3处，所述切削部（1）的外径为D，所述第一后刀面（11）与第二后刀面（12）的总宽度为A，0.08D≤A≤0.2D。

2.根据权利要求1所述的高强度不等螺旋角立铣刀，其特征在于：所述切削部（1）的外周面上设有圆弧背（13），所述排屑槽（4）包括主槽（22）和副槽（23），在正交于立铣刀旋转轴线的平面上，所述主槽（22）自前刀面（21）呈凹弧状延伸并与切削部（1）的芯厚圆（14）相切于N点，主槽（22）延伸过N点后与所述副槽（23）平滑连接，副槽（23）另一端与所述圆弧背（13）相接于M点。

3.根据权利要求2所述的高强度不等螺旋角立铣刀，其特征在于：所述圆弧背（13）的外径为E，所述芯厚圆（14）的直径为d，所述主槽（22）的半径为R1，所述副槽（23）的半径为R2，0.94D≤E≤0.97D，0.5D≤d≤0.6D，R1＜R2，所述主槽（22）的弧长为0.5πR1～πR1。

4.根据权利要求3所述的高强度不等螺旋角立铣刀，其特征在于：所述N点和所述M点到切削部（1）中心点的连线形成夹角θ，15°≤θ≤40°。

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