CN102228998B - 一种钛合金切削用刀具及其制作方法 - Google Patents

一种钛合金切削用刀具及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钛合金切削用刀具及其制作方法。在刀具的前刀面上分布微V槽阵列,微V槽阵列位于刀尖的两侧;微V槽为在前刀面上间隔开设的多条“V”形槽,微V槽高度为50~300微米,V槽的间距为50~300微米,V槽的角度为50~65度,微V槽长度方向与主切削刃成25~45度;微V槽阵列在刀尖左右两侧穿过主切削刃和副切削刃,微V槽在主切削刃和副切削刃的长度为6~10毫米。切削时,本发明在硬质合金刀具的前刀面上加工出微V槽阵列结构,取代传统的光滑表面,利用微V槽阵列结构降低切屑对前刀面的摩擦力,将切屑从切削区域内快速排出,延长刀具寿命,提高加工效率。

Description

一种钛合金切削用刀具及其制作方法
技术领域
本发明涉及制造技术领域的切削用刀具,具体涉及一种钛合金切削用刀具及其制造方法。
背景技术
钛合金具有比强度高、耐热性强、耐蚀性好等优良的机械性能,逐渐用于航空、医疗器件、汽车部件等领域。在钛合金切削加工中,通常采用YG硬质合金刀具,主要成分为WC和Co,刀具由前刀面、主后刀面和副后刀面组成,切削主要依赖于刀尖、主切削刃和副切削刃。
钛合金材料的低导热性、高化学侵蚀性和低弹性模数使得切削温度过高,且钛合金工件易对刀具产生腐蚀,因此,在切削中,刀具的磨损较快,导致加工效率低,加工成本高。传统的硬质合金刀具前刀面是光滑的,而且占总切削热量70~80%的切屑与前刀面近刀尖附件与工件接触,因与前刀面的摩擦和化学粘附,导致排屑困难,大量的热量无法从切削区快速排除,这使得刀具磨损较快的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种前刀面带有微V槽阵列结构的钛合金切削用刀具,在钛合金切削加工时可以利用微V槽阵列结构快速将占总切削热量70~80%的切屑排除,降低切削温度,延长刀具寿命,提高加工效率。
本发明另一目的在于提供上述钛合金切削用刀具的制作方法。
本发明在硬质合金刀具前刀面的刀尖附近加工出微V槽阵列结构,在不改变刀具几何形状尺寸的情况下,该V槽阵列产生新的排屑功能和散热功能,可以在切削过程中从切削区域内快速排除切屑和切削热,减小刀具的磨损,提高切削效率。本发明采用青铜金属基的微细金刚石砂轮V形尖端在硬质合金刀具的光滑前刀面上加工出具有高精度的微细V槽阵列结构,该加工方法是机械加工方式,也可以弥补光、化学等微细加工的效率低、腐蚀液难处理等不足。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
一种钛合金切削用刀具,包括前刀面、主后刀面和副后刀面,在刀尖的两侧分别为主后刀面和副后刀面,与主后刀面和副后刀面都垂直的上侧水平面为前刀面;其中前刀面与主后刀面和副后刀面相交的线分别为主切削刃和副切削刃;刀具的前刀面上被分布有微V槽阵列,微V槽阵列位于刀尖的两侧;微V槽为在前刀面上间隔开设的多条“V”形槽,微V槽高度为50~300微米,V槽的间距为50~300微米,V槽的角度为50~65度,微V槽长度方向与主切削刃成25~45度;微V槽阵列在刀尖左右两侧穿过主切削刃和副切削刃,微V槽在主切削刃和副切削刃的总长度为6~10毫米。
为进一步实现本发明目的,所述微V槽尖端为圆弧形,圆弧半径小于50微米。
所述微V槽关于刀尖两侧对称分布。
所述钛合金切削用刀具为YG硬质合金刀具,主要成分为WC和Co。
上述钛合金切削用刀具的制作方法:先将青铜金属基的600~1200目金刚石砂轮修整成V形,V形角度50~65度,利用旋转的金刚石砂轮的V形尖端在钛合金切削用刀具前刀面上作直线往复运动,进给速度为100-800毫米/分钟,每次进给深度控制在1~5微米,逐渐加工工件,最终在前刀面上加工出微V槽阵列。
加工时,金刚石砂轮转速优选为2000-4000转/分钟。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
(1)与普通硬质合金刀具的光滑前刀面相比,本发明刀具前刀面的微V槽阵列结构可以在加工钛合金材料时产生排屑和散热功能,减小金属切屑在前刀面的摩擦力,提高刀具寿命和切削效率。
(2)采用金刚石砂轮V形尖端可以在硬质合金刀具的前刀面上进行微V槽的机械加工,与光、化学等腐蚀微细加工方法相比,具有生产效率高、加工成本低、无难处理的腐蚀液等优点。
附图说明
图1为本发明带有微V槽的钛合金切削用刀具结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
图3为采用金刚石砂轮V形尖角进行微V槽机械加工的原理图。
具体实施方式
为更好理解本发明,下面结合实施例对本发明做进一步的说明,但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
如图1、2所示,一种带有微V槽的钛合金切削用刀具包括前刀面1、主后刀面2和副后刀面3,其形状与普通的硬质合金刀具形同,在刀尖4的两侧分别为主后刀面2和副后刀面3,与主后刀面2和副后刀面3都垂直的上侧水平面为前刀面1;其中前刀面1与主后刀面2和副后刀面3相交的线分别为主切削刃5和副切削刃6;微V槽阵列7分布在刀具的前刀面1上,对称位于刀尖4的两侧;微V槽为在前刀面1上间隔开设的多条“V”形槽,微V槽高度h为50~300微米,V槽的间距为50~300微米,V槽的角度为50~65度,V槽尖端为圆弧形,圆弧半径小于50微米;微V槽长度方向与与主切削刃成25~45度;微V槽阵列7以刀尖4为中心左右两侧穿过主切削刃5和副切削刃6,微V槽在主切削刃5和副切削刃6的总长度为6~10毫米;微V槽优选关于刀尖4两侧对称分布。带有微V槽的钛合金切削用刀具为YG硬质合金刀具,主要成分为WC和Co。切削主要利用刀尖4、主切削刃5和副切削刃6。
如图2所示,刀具前刀面上的V槽阵列7中的微V槽界定如下:微V槽高度h为从V槽底部尖端8到前刀面1的距离;微V槽的间距f为相邻两“V”形槽尖端间的距离;微V槽的角度α为“V”形槽两侧面9间的夹角;微V沟槽尖端8近似一圆弧,其圆弧半径定义为微V槽尖端半径。微V槽的长度与从主切削刃5和副切削刃6延伸到前刀面的后端。
在采用前刀面1上具有微V槽阵列结构的刀具加工钛合金时,因为占切削热比例70~80%的切屑与刀尖4附近的前刀面1接触,与前刀面剧烈摩擦,使得刀具前刀面磨损较快,且切屑不能快速排除。因此,在前刀面1的刀尖4附件制作出微V槽阵列,可以快速排除切屑,带走切削刃,延长刀具寿命。
如图3所示,一种带有微V槽的钛合金切削用刀具的制造方法,包括如下步骤:
(1)将青铜金属基的600-1200目金刚石砂轮10与GC磨石进行数控对磨,最后修整成V形尖端11且同时达到修锐的效果,其V形尖端角度为50~65度,高度5~7毫米。
(2)将转速为2000~4000转/分的金刚石砂轮V形尖端在硬质合金刀具水平的前刀面1上沿着平行于前刀面的直线行走轨迹12作直线往复运动,进给速度vf为100-800毫米/分钟,每次进给深度a为1~5微米,直到加工出高度为50~300微米的微V槽。
(3)以水平间距f重复加工微V槽,微V槽切穿主刀刃5和副刀刃6,最终形成高精度的微细V槽阵列7,微V槽高度h为50~300微米,微V槽的角度α为35~65度,微V槽的间距f为40~300微米,微V沟槽尖端圆弧半径小于50微米,微细V槽阵列方向与主切削刃5的夹角为25~45度,微细V槽阵列幅度为6~10毫米。
实施例
在CNC精密磨床上采用直径150毫米的600目金刚石砂轮,先修整成角度为60.3度的V形尖角,并保证微细金刚石磨粒足够的出刃。砂轮V形尖角的圆弧半径为28微米。如图2所示,刀具的材料为硬质合金YG8(HRC80-90),在刀具的微V槽功能表面的制造中,金刚石砂轮11的转速n=3000转/分,进给速度vf为100毫米/分,金刚石砂轮的V形尖角进给深度为3微米,每个V槽的累计切除深度200微米,零磨削2次,用BM2作为磨削液。如图1所示,加工的V槽阵列方向与主切削刃5成30度夹角,V槽角度为61.5度,V槽尖端圆弧半径为35微米。
在钛合金(Ti-6Al-4V)的干切削加工中,采用CNC数控车床,车床主轴转速n=2000转/分,进给量f=0.14毫米/转,进给深度为1.0毫米,传统的光滑表面的硬质合金刀具会产生大量火星及烧红部分,切屑为连续的卷屑,刀尖有崩裂,刀具前刀面和后刀面的磨损面积分别为1.76和1.17平方毫米,但是,采用前刀面有微V槽功能表面的硬质合金刀具加工时,不产生火星及烧红现象,尖端没有崩裂现象,切屑为断屑,刀具的前刀面和后刀面的磨损面积分别为1.49和0.99平方毫米,与光滑前刀面的刀具相比本实施例带有微V槽的钛合金切削用刀具磨损面积分别减小了15.3%和15.4%。
当采用硬质合金刀具对钛合金进行切削时,占切削热比例70~80%的切屑与硬质合金刀具的光滑前刀面接触,产生剧烈摩擦,使得刀具前刀面磨损较快,且切屑不能快速排除,使得加工热量很难排出,也使得钛合金工件更容易与刀具发生化学腐蚀,导致刀具磨损较快,加工效率较低。因此,本发明在硬质合金刀具的前刀面上加工出微V槽阵列结构,取代传统的光滑表面,利用微V槽阵列结构降低切屑对前刀面的摩擦力,将切屑从切削区域内快速排出,延长刀具寿命,提高加工效率。

Claims (5)

1.一种钛合金切削用刀具,包括前刀面、主后刀面和副后刀面,刀尖的两侧分别为主后刀面和副后刀面,与主后刀面和副后刀面都垂直的上侧水平面为前刀面;其中前刀面与主后刀面和副后刀面相交的线分别为主切削刃和副切削刃;其特征在于:刀具的前刀面上被分布有微V槽阵列,微V槽阵列对称位于刀尖的两侧;微V槽为在前刀面上间隔开设的多条“V”形槽,微V槽高度为50~300微米,V槽的间距为50~300微米,V槽的角度为50~65度,微V槽长度方向与主切削刃成25~45度;微V槽阵列在刀尖左右两侧穿过主切削刃和副切削刃,微V槽在主切削刃和副切削刃的总长度分别为6~10毫米。
2.根据权利要求1所述的钛合金切削用刀具,其特征在于:所述微V槽尖端为圆弧形,圆弧半径小于50微米。
3.根据权利要求1所述的钛合金切削用刀具,其特征在于:所述钛合金切削用刀具为YG硬质合金刀具,主要成分为WC和Co。
4.权利要求1所述的钛合金切削用刀具的制作方法,其特征在于:先将青铜金属基的600~1200目金刚石砂轮修整成V形,V形角度50~65度,利用旋转的金刚石砂轮的V形尖端在钛合金切削用刀具前刀面上作直线往复运动,进给速度为100-800毫米/分钟,每次进给深度控制在1~5微米,逐渐加工工件,最终在前刀面上加工出微V槽阵列。
5.根据权利要求4所述的钛合金切削用刀具的制作方法,其特征在于:加工时,金刚石砂轮转速为2000-4000转/分钟。
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