CN102717138A

CN102717138A - 轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀

Info

Publication number: CN102717138A
Application number: CN2012101796599A
Authority: CN
Inventors: 陈明; 刘志强; 王呈栋; 邱坤贤; 安庆龙
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-10-10

Abstract

一种轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，包括有刀柄部和切削部，该切削部具有四个螺旋槽刃口，每个螺旋槽刃口自切削部的刀尖处至刀柄部依次分成四个工作段且可拆卸地固定有六片分离式刀片，各分离式刀片的外边缘与所述螺旋槽刃口的外轮廓型线重合且形状匹配，并且从刀尖处至刀柄部依次使用性能渐强的差异化涂层，所述成形铣刀内部设置有贯穿刀柄部和切削部的内冷通道，并且在每一分离式刀片附近设有与该内冷通道连通的切削液出口。本发明结构具有可重构性，便于更换磨损失效刀片，实现了刀具切削性能的均匀一致性，减缓了刀具的磨损，降低了生产成本，适用于第三代核电常规岛机组中1200MW汽轮机低压转子轮盘圆弧曲线榫槽的成形精加工。

Description

轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀

技术领域

本发明涉及的是一种切削加工刀具，尤其涉及的是一种用于汽轮机机组低压转子轮盘圆弧曲线榫槽精加工的可重构成形铣刀，属于机械制造技术领域。

背景技术

第三代核电装备是当前电力行业发展的主流趋势，其1200MW的常规岛汽轮机机组是汽轮机行业目前最大配置。该汽轮机低压转子轮盘榫槽是圆弧曲线型榫槽，其制造工艺尚不成熟，加工所用的成形刀具一直是生产中的瓶颈。目前1200MW汽轮机低压转子轮盘的圆弧曲线榫槽尺寸规格最宽处达到91毫米，切削加工中面临着尺寸和形状精度不易保证、加工效率偏低、刀具成本较高的问题；国内尚没有针对1200MW级汽轮机低压转子轮盘榫槽的精加工刀具。

汽轮机转子榫槽精加工的铣刀直接保证榫槽的最终型面，所以精加工刀具对于榫槽的加工质量至关重要。1200MW汽轮机低压转子轮盘采用圆弧曲线型榫槽，只能采用成形铣削加工，因而成形铣刀成为汽轮机制造行业备受关注的刀具装备，其直接反映大尺寸圆弧曲线型榫槽的加工水平。圆弧曲线榫槽成形加工时，刀具的切削工作刃上每点的切削速度、切削稳定、磨损均不相同，因此圆弧曲线型榫槽铣刀的切削状态比普通铣刀复杂得多，从而导致刀具寿命短、损耗量大；此外，严重的磨损不均匀现象引起局部磨损，从而导致刀具的频繁修磨或更换。因此不断改进圆弧曲线榫槽成形铣刀往往是推动榫槽加工技术进步的最直接动力。

经过对现有技术文献的检索发现，中国发明专利《枞树型叶根轮槽加工的复合铣刀》（公开号：CN101804478A）自述该复合铣刀包括柄部和切削部，其中：柄部末端固定切削部，切削部上设有螺旋槽和切削刃，其实现了原工艺V型粗铣刀、加深铣刀和半精铣刀三刀合一，能够完成粗加工和半精加工。中国实用新型专利《波形刃轮槽半精铣刀》（授权公告号：CN201300239Y）自述该轮槽半精铣刀包括锥柄，锥柄由锥柄端部将铣刀刃部连接，刃部的刃沟为等螺旋角的螺旋沟，刃部的齿背上为正弦波形的断屑槽，相邻两排齿波形错开的距离为齿距除以齿数，刃部的齿形为圣诞树形。中国实用新型专利《波形刃轮槽粗铣刀》授权公告号（CN2810832Y）自述该轮槽粗铣刀是一种波形刃轮槽粗铣刀，铣刀为杆式结构，刃沟为等螺旋角的螺旋沟，铣刀的齿背上为错排列的正弦波形的断屑槽，前后断屑槽相错开的距离为齿距／齿数，铣刀刃部齿形为Ｖ形。

上述三份文献都涉及到轮槽铣削刀具，但均针对火电机组1000MW及以下功率的汽轮机，并且均用于榫槽的粗加工或半精加工，而非用于榫槽精加工的有效刀具，更不涉及可方便更换刀片式（可重构式）的精加工刀具。随着第三代核电机组中常规岛汽轮机单机容量的攀升到功率1200MW，采用的低压转子轮盘榫槽由直榫槽演变为大规格圆弧曲线榫槽（最宽处91毫米），对粗加工、半精加工到精加工提出了更高的要求。然而精加工刀具若仍沿用传统的榫槽铣削用的整体成形铣刀，则加工中不可避免地存在磨损不均匀导致刀具整体修复或更换所带来的成本高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分体刀片式的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其配有交错布置的分离式差异化涂层的切削刀片，具有便于刀片更换或修复、重构性好、成本低的优点，能够满足第三代核电常规岛机组中1200MW汽轮机低压转子轮盘大规格榫槽的高效、低成本的加工要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，包括有刀柄部和切削部，该切削部具有四个螺旋槽刃口，其特征在于，每个所述螺旋槽刃口自所述切削部的刀尖处至所述刀柄部依次分成四个工作段：第一工作段、第二工作段、第三工作段和第四工作段，所述第一工作段上可拆卸地固定有第一分离式刀片，所述第二工作段上可拆卸地固定有第二分离式刀片和第三分离式刀片，所述第三工作段上可拆卸地固定有第四分离式刀片和第五分离式刀片，所述第四工作段上可拆卸地固定有第六分离式刀片，各分离式刀片的外边缘与所述螺旋槽刃口的外轮廓型线重合且形状匹配。

本发明所述的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其第一分离式刀片覆有纳米结构TiAlN涂层，所述第二分离式刀片和第三分离式刀片覆有富铝AlTiN硬质涂层，所述第四分离式刀片、第五分离式刀片和第六分离式刀片均覆有纳米复合相结构AlTiN+Si₃N₄涂层；所述第二分离式刀片与第三分离式刀片的接缝位置以及第四分离式刀片与第五分离式刀片的接缝位置在相邻的螺旋槽刃口上相错开，而在相对的螺旋槽刃口上相一致；所述螺旋槽刃口的外轮廓型线为枞树形；所述切削部的基体材料为细晶粒粉末冶金高钴含钒高速钢，硬度为HRC65～67；所述成形铣刀内部设置有贯穿所述刀柄部和切削部的内冷通道，并且在每一分离式刀片附近设有与该内冷通道连通的切削液出口。

本发明与现有技术相比具有以下优点：由于采用了可更换式的刀片结构，因此刀具可重构性和互换性好；通过在刀具螺旋槽刃口上配置具有性能差异化涂层的分离式刀片，实现了刀具切削性能的均匀一致性和可重构性；刀具配有内冷通道且在每个分离式刀片附近有切削液贯穿出口，从而减缓了刀具的磨损。本发明解决了整体式刀具成本居高不下的问题，从而降低了生产成本，适用于第三代核电常规岛机组中1200MW汽轮机低压转子轮盘圆弧曲线榫槽的成形精加工。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的左视图。

图中，1刀柄部，2切削部，3内冷通道，4第四工作段，5第三工作段，6第二工作段，7第一工作段，8第六分离式刀片，9第五分离式刀片，10第四分离式刀片，11第三分离式刀片，12第二分离式刀片，13第一分离式刀片，14第一螺旋槽刃口，15第二螺旋槽刃口，16第三螺旋槽刃口，17第四螺旋槽刃口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明所述轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀包括有刀柄部1和切削部2，其中，切削部2固定于刀柄部1的末端，其呈枞树状，顶部指向刀尖；所述切削部2的基体材料为细晶粒粉末冶金高钴含钒高速钢，硬度为HRC65～67。所述成形铣刀内部设置有刀具安装孔和内冷通道3，该内冷通道3贯穿所述刀柄部1和切削部2。

所述的切削部2沿环周共设有四个纵向的螺旋槽刃口（见图2）：第一螺旋槽刃口14、第二螺旋槽刃口15、第三螺旋槽刃口16和第四螺旋槽刃口17。自所述切削部2的刀尖处至所述刀柄部1，每个螺旋槽刃口依次分成四个工作段：第一工作段7、第二工作段6、第三工作段5和第四工作段4（见图1），其中前三工作段7、6和5横向（即径向）截面相似，且从刀尖处开始截面横径依次按照10%的规律递增，第三工作段5横径最宽处为90.655毫米，第四工作段4的横向截面为圆形，直径为91毫米。

每个螺旋槽刃口上安装有六片不同形状的分离式刀片，其中：所述第一工作段7的槽边安装面上通过螺钉可拆卸地固定有第一分离式刀片13，所述第二工作段6的槽边安装面上通过螺钉可拆卸地固定有第二分离式刀片12和第三分离式刀片11，所述第三工作段5的槽边安装面上通过螺钉可拆卸地固定有第四分离式刀片10和第五分离式刀片9，所述第四工作段4的槽边安装面上通过螺钉可拆卸地固定有第六分离式刀片8。所述各分离式刀片13、12、11、10、9和8的外边缘与其所在的螺旋槽刃口的外轮廓型线重合且形状协调匹配，该螺旋槽刃口的外轮廓型线为枞树形。所有的分离式刀片13、12、11、10、9和8能够随着磨损程度的加大而方便地分别进行更换，从而达到可重构的效果，以降低刀具使用成本。采用分离式刀片的结构使得本发明所述成形铣刀具有可重构性。

在每一分离式刀片附近均设有与所述内冷通道3连通的切削液出口，以便输出切削液，达到冷却的效果，从而减缓刀具的磨损，延长刀具的寿命。

相邻的螺旋槽刃口上位于第二工作段6和第三工作段5上的分离式刀片的形状及安装位置互不相同，具体地说，在相邻的螺旋槽刃口14与15、15与16、16与17以及17与14上，第二分离式刀片12和第三分离式刀片11以及第四分离式刀片10和第五分离式刀片9的形状和安装位置互不相同，请参阅图1，换言之，所述第二分离式刀片12与第三分离式刀片11的接缝位置以及第四分离式刀片10与第五分离式刀片9的接缝位置在相邻的螺旋槽刃口14与15上相互错开，其余相邻螺旋槽刃口的情况以此类推。相邻螺旋槽刃口交错布置分离式刀片有利于消除刀片相接处的切削痕，即接刀痕。而在相对的螺旋槽刃口上位于第二工作段6和第三工作段5上的分离式刀片的形状及安装位置相同，具体地说，在相对的螺旋槽刃口14与16、15与17上，第二分离式刀片12和第三分离式刀片11以及第四分离式刀片10和第五分离式刀片9的形状和安装位置互相一致。

每个螺旋槽刃口上安装的六个分离式刀片上均覆有涂层，其共覆有三种性能差异化的涂层，该涂层自所述切削部2的刀尖处至所述刀柄部1依次性能逐渐增强，即涂层硬度和强度逐渐递增。由于从刀尖到刀柄其切削负载和切削速度是逐渐递增的，这样特性差异化的涂层就可以保证从刀尖到刀柄的各分离式刀片达到承载的均匀性和磨损的均匀性，为实现高速高效切削提供保证。具体地说，所述第一分离式刀片13覆有纳米结构TiAlN涂层（Al约50%），涂层的纳米硬度大于35GPa，抗氧化温度高于800℃，摩擦系数约0.5；所述第二分离式刀片12和第三分离式刀片11覆有富铝AlTiN硬质涂层（Al>50%），涂层的纳米硬度大于38GPa，抗氧化温度高于900℃，摩擦系数约0.7；所述第四分离式刀片10、第五分离式刀片9和第六分离式刀片8均覆有纳米复合相结构AlTiN+Si₃N₄涂层，涂层的纳米硬度大于40GPa，抗氧化温度高于1100℃，摩擦系数约0.45。上述所有涂层结合力高于德国标准DIN50103/1HF2的水平。

本发明具有刀片分离式可重构、涂层差异化的特点，使用过程中大幅减少了刀具成本，提高了加工精度，延长了刀具寿命，适用于汽轮机低压转子轮盘圆弧曲线榫槽的成形精加工。

Claims

1.一种轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，包括有刀柄部和切削部，该切削部具有四个螺旋槽刃口，其特征在于，每个所述螺旋槽刃口自所述切削部的刀尖处至所述刀柄部依次分成四个工作段：第一工作段、第二工作段、第三工作段和第四工作段，所述第一工作段上可拆卸地固定有第一分离式刀片，所述第二工作段上可拆卸地固定有第二分离式刀片和第三分离式刀片，所述第三工作段上可拆卸地固定有第四分离式刀片和第五分离式刀片，所述第四工作段上可拆卸地固定有第六分离式刀片，各分离式刀片的外边缘与所述螺旋槽刃口的外轮廓型线重合且形状匹配。

2.根据权利要求1所述的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其特征在于，所述第一分离式刀片覆有纳米结构TiAlN涂层，所述第二分离式刀片和第三分离式刀片覆有富铝AlTiN硬质涂层，所述第四分离式刀片、第五分离式刀片和第六分离式刀片均覆有纳米复合相结构AlTiN+Si₃N₄涂层。

3.根据权利要求1或2所述的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其特征在于，所述成形铣刀内部设置有贯穿所述刀柄部和切削部的内冷通道，并且在每一分离式刀片附近设有与该内冷通道连通的切削液出口。

4.根据权利要求1或2所述的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其特征在于，所述第二分离式刀片与第三分离式刀片的接缝位置以及第四分离式刀片与第五分离式刀片的接缝位置在相邻的螺旋槽刃口上相错开，而在相对的螺旋槽刃口上相一致。

5.根据权利要求1或2所述的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其特征在于，所述螺旋槽刃口的外轮廓型线为枞树形。

6.根据权利要求1或2所述的轮盘圆弧曲线榫槽精加工可重构成形铣刀，其特征在于，所述切削部的基体材料为细晶粒粉末冶金高钴含钒高速钢，硬度为HRC65～67。