CN103084594B - 一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构，包括一体式设置的刀体(4)和刀头(3)，所述刀头的前刀面和后刀面上设有微槽(1)，微槽(1)内嵌有滚珠(2)。与现有技术相比，本发明能够提高加工表面精度，减小传统由于滑动摩擦产生的摩擦功，从而减小切削热，提高加工工件表面的物理性能。本发明涉及的刀具通用性强，刀具切削性能好，刀具使用寿命长，加工表面质量高。

Description

一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构

技术领域

本发明涉及一种刀具结构，尤其是涉及一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构。

背景技术

金属切削过程中，刀具前、后刀面不断与工件发生滑动摩擦，使得接触区温度急剧升高、刀具摩擦磨损快速失效、进而降低切削效率和工件加工表面完整性。因此，减小刀具的前刀面与切屑、后刀面与工件加工表面之间的摩擦，对于提高刀具切削性能和加工零件表面质量非常重要。

目前提高刀具切削性能主要有两种方法，一种是开发新型的刀具材料和涂层技术，使刀具的耐磨性和抗高温性能增强；另一种是切削加工进行润滑，减小摩擦系数，降低摩擦力，从而降低摩擦产生的热量。新型材料的刀具包括陶瓷刀具、硬质合金刀具、立方氮化硼刀具和金刚石刀具等，不同材料的刀具适合加工不同材料的工件。涂层刀具则是为了解决刀具材料中硬度、耐磨与强度、韧性之间矛盾，在韧性较好的基体上涂覆一层耐磨材料，但是其应用也有局限性，如不适宜加工高温合金、钛合金等难加工材料。对切削加工进行润滑的方法，主要包括：采用具有润滑作用的切削液；使用自润滑刀具。使用切削液由于会造成环境污染，增加成本等劣势，应用受到一定限制。因此，自润滑刀具成为刀具的发展趋势。然而随着切削的进行，起润滑作用的涂层或者固体润滑剂不断消耗，润滑效果也会随之减弱。这两方面都未涉及发明基于滚动减磨原理的刀具结构。

经对现有技术的文献检索发现，现有的专利大多数是关于自润滑刀具和涂层刀具。例如“一种自润滑与自冷却的干切削刀具及其制备方法”(参见中国发明专利，公开号CN102000841A)，涉及一种自润滑自冷却的干切削刀具；“一种微池自润滑刀具及其制备方法”(参见中国发明专利，公开号CN101125371)，涉及一种微池自润滑刀具；“一种振荡热管冷却的硬质合金可转位刀具及其制备方法”(参见中国发明专利，公开号CN102632262A)，涉及一种利用振荡热管降低切削温度的刀具。从减磨机理上看，目前基于滚动减磨原理在刀具结构上进行改进，以减小传统上基于滑动摩擦原理的“切屑-刀具-加工表面”之间的摩擦力，进而提高刀具切削性能和加工表面完整性的刀具还未涉及。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通用性强，刀具切削性能好，刀具使用寿命长，加工表面质量高的基于滚动减磨原理的切削刀具结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构，包括一体式设置的刀体和刀头，其特征在于，所述刀头的前刀面和后刀面上设有微槽，微槽内嵌有滚珠。

所述的微槽的深度为沿远离刀尖方向逐渐减小。

所述的微槽为凹槽状或由多个微孔排列而成；所述滚珠在微槽内自由滚动(或微孔内嵌入微球，微球直径略小于微孔的直径，可在微孔内自由滚动)。切削时切屑带动滚珠在微槽内滚动(或微球在微孔内滚动)，使切屑与前刀面的摩擦由滑动摩擦转变为滚动摩擦，减小了摩擦力从而降低由于摩擦力做功产生的热量；刀具后刀面与加工表面接触时，微球或滚珠与已加工表面发生滚动摩擦，能够提高加工表面精度，减小传统由于滑动摩擦产生的摩擦功，从而减小切削热，提高加工工件表面的物理性能。

所述的微槽端头到刀尖的距离在X，Y方向上的距离分别为ΔX和ΔY，ΔX＝0.5～5mm和ΔY＝0.5～2mm。

所述的刀具在切削过程中，待切削工件与前刀面发生滚动摩擦，摩擦做功产生的热量可以降低1～2个数量级；后刀面与已加工表面之间产生滚动摩擦和挤压，有利于降低表面粗糙度和切削温度、同时能提高加工表面完整性。

与现有技术相比，本发明针对现有刀具前刀面与切屑、后刀面与切削表面之间都是基于滑动摩擦机理从而导致“刀具-切屑-工件”之间摩擦力大的缺陷，在前刀面、后刀面上增加微观滚动结构，实现刀具切削刀具与切屑和加工表面之间的摩擦力、降低切削温度，从而提高刀具的切削性能，增加刀具的寿命，同时提高被加工零件表面的质量。

附图说明

图1为本发明滚动刀具结构示意图；

图2为本发明刀头部分结构图；

图3为本发明刀具工作原理图；

图4为图3中A部放大图。

图中，1-微槽，2-滚珠，3-刀头，4-刀体，5-工件，6-切屑，7-切削表面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1～4所示，一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构，包括一体式设置的刀体4和刀头3，所述刀头的前刀面和后刀面上设有微槽1，微槽1的深度为沿远离刀尖方向逐渐减小。微槽1由多个微孔排列而成，各微孔内嵌有滚珠2，滚珠2直径略小于微孔的直径，可在微孔内自由滚动。

如图2所示，距离刀尖最近的滚珠，在X，Y方向上的距离分别为ΔX和ΔY，ΔX＝0.5～5mm和ΔY＝0.5～2mm。一方面是为了保证切削加工时刀尖先接触工件，另一方面为了防止刀尖崩断，因此，必须保持第一个滚珠与刀尖存在一定距离。微孔沿远离刀尖方向深度逐渐减小，滚珠露出刀片部分相应增加，从而实现滚珠外圆切线与前刀面存在一定角度β，这一设计的作用是使切屑平稳地与滚珠建立起滚动摩擦接触。

如图3-4所示，开始切削时，切屑6与刀尖发生滑动摩擦接触，当切屑6遇到第一个滚珠时，沿滚珠进行滑动，带动滚珠在圆孔内沿顺时针方向滚动，随着切削的进行，切屑依次与滚珠发生滚动摩擦，直至切屑脱离刀具前刀面。如果采用大流量润滑液的切削方式，滚动的滚珠有助于将切削液带入刀具与切屑、刀具与工件5的加工表面的狭小接触区域，增强切削液的降温效果；再者，后刀面与已加工切削表面7的滚动接触有助于减小以加工表面粗糙度，形成残余压应力。由于滚动摩擦系数比滑动摩擦系数小1～2个数量级，因此摩擦做功产生的热量可以降低1～2个数量级，该滚动刀具结构有助于大大降低切削过程中由于刀具与切屑和已加工表面之间由于摩擦做功产生的热量，从而减小了刀具的摩擦磨损，有助于提高刀具的使用寿命。此外，滚动后刀面有利于提高加工表面精度、减小切削热、提高工件切削表面完整性。

实施例2

所述微槽为凹槽状，微槽端头到刀尖的距离在X，Y方向上的距离分别为ΔX和ΔY，ΔX＝0.5mm和ΔY＝2mm。其余同实施例1。

Claims (2)

1.一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构，包括一体式设置的刀体(4)和刀头(3)，其特征在于，所述刀头的前刀面和后刀面上设有微槽(1)，微槽(1)内嵌有滚珠(2)；

所述的微槽(1)的深度为沿远离刀尖方向逐渐减小；

所述的微槽(1)端头到刀尖的距离在X，Y方向上的距离分别为ΔX和ΔY，ΔX＝0.5～5mm和ΔY＝0.5～2mm；

所述的微槽(1)为凹槽状或由多个微孔排列而成；所述滚珠(2)在微槽(1)内自由滚动。

2.根据权利要求1所述的一种基于滚动减磨原理的切削刀具结构，其特征在于，所述的刀具在切削过程中，待切削工件与前刀面发生滚动摩擦，摩擦做功产生的热量可以降低1～2个数量级；后刀面与已加工表面之间产生滚动摩擦和挤压，有利于降低表面粗糙度和切削温度、同时能提高加工表面完整性。