CN103418845A - 一种铰挤刀 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铰挤刀，包括刀柄以及与刀柄一体的刀头，在刀头上沿周向设有均匀布置的至少两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃和两道挤压刃，在每道切削刃的前刀面处设有空间较大的切削刃容屑槽，在每道挤压刃的前刀面处设有空间较小的挤压刃容屑槽；所述切削刃直径Φ1小于挤压刃直径Φ2；所述切削刃端刃高于挤压刃端刃。本发明能够提升孔加工的位置精度以及表面质量，同时，使用寿命长、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工刀具，具体涉及一种铰挤刀。
背景技术
目前，机械加工行业已一改上个世纪高工艺成本、高利润回报的时代。二十一世纪的机械加工厂在中国大地上如雨后春笋般蓬勃发展起来，行业面临着的就是白热化的竞争压力，机加工艺成本和技术的优劣也决定着工厂的前景与命运。最近几年因工艺优化欠妥而昙花一现的工厂也比比皆是！
在机械加工中，产品批量生产过程的成本消耗主要有：设备、刀具、夹具、量具、能源、切削液等的损耗，其中成本居高不下的就是刀具。
在精密孔加工中，铰挤刀用于对中、小尺寸孔的半精加工和精加工。传统的普通铰挤刀多为刃带相同，即刀刃既起切削作用又起挤光作用，其加工过的材料表面质量较粗糙。技术人员针对传统的铰挤刀进行了一定改进，如CN 201275648Y公开的“一种铰挤刀”，其将刀刃沿轴向分为前后三段，即前端的铰削段、中部的过度挤光段、后部的精密挤光段，所述前端的铰削段与普通铰刀的一般结构相似，具有切削刃带，其主要作用是切除加工余量中的大部分材料；所述中部的过度挤光段在沿周向上具有圆刃，其主要作用是对切削之后的材料进行第一次挤光；所述后部的精密挤光段即对挤光多的材料进行精密挤光。该铰挤刀虽然一定程度上提高了材料加工的表面质量，但是由于其切削、挤光仍旧由同一刃带完成，其刃带容易磨损，且硬质合金刀具的寿命较短，导致生产成本高。且该类型刀具只能用于加工通孔，盲孔则不能使用，且加工行程也很长，这些都很具局限性。
某些世界知名刀具厂家采用高科技成果研制出了高寿命的人造金刚石铰刀，但其高昂的费用让大多数的机械加工厂望而却步。
另外，由于传统铰挤刀采用前端锥角导向，对于位置精度要求高的孔系，容易因机床- 夹具- 刀具系统中轻微颤动而引起导向引偏，而只能采用镗刀加工，而镗刀仅适用于单件或小批量生产中，其速度比铰刀慢数倍，根本满足不了大批量生产的要求。CN 102476224 A 公开的“一种扩铰挤刀”，解决了导向引偏的问题，该扩铰挤刀包括用于精铰的铰刀段，还包括位于铰刀段前端的预铰孔刀刃段，其铰挤刀还包括后导向段，后导向段位于铰刀段的后端，所述后导向段利用自身的导向作用，避免了因机床- 夹具- 刀具系统中轻微颤动而引起导向引偏。然而，该专利所述的“扩铰挤刀”所加工出来的孔表面粗糙度也只控制在Ra1.6μm左右。
因而，需要设计一种高精度、高寿命、低成本的精密孔加工刀具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铰挤刀，其能够提升孔加工的位置精度以及表面质量，同时，该铰挤刀的使用寿命长、成本低。
本发明所述的一种铰挤刀，采用硬质合金材料制成，其包括刀柄以及与刀柄一体的刀头，在刀头上沿周向设有呈均匀布置的至少两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃和两道挤压刃，为了保证切削时有足够的容屑空间，在每道切削刃的前刀面处设有空间较大的切削刃容屑槽，同时，为了保证挤压刃在对孔进行挤压加工时有一定的容屑空间，在每道挤压刃的前刀面处设有空间较小的挤压刃容屑槽，所述挤压刃容屑槽设计为V形槽；所述切削刃直径Φ1小于挤压刃直径Φ2，所述切削刃直径Φ1较挤压刃直径Φ2小0.005～0.095mm，此差值即是本发明所述铰挤刀的挤压余量；所述切削刃端刃高于挤压刃端刃，在加工孔时，切削刃先接触孔内壁，起切削作用，挤压刃后接触孔内壁，起挤压修光作用。
由于所述切削刃端刃与切削刃周刃垂直，两者之间的连接部断面呈直角三角形，切削锋利，且不采用导向刃，所以其定心好，可提高孔的加工位置精度。
所述切削刃端刃后角α1为3～4°，切削刃周刃后角α2为9～11°。本发明采用的3～4°的切削刃端刃后角，能够保证足够的变速切削和大切削量的强度；采用的9～11°的切削刃周刃后角有着锋利的切削修光性能，可提升孔表面的加工质量。
所述挤压刃周刃的后刀面呈柱状弧面， 在对孔进行加工时，通过挤压刃周刃后刀面对孔壁表面进行挤压修光，孔壁表面的成形方式类似于滚挤，提高了孔壁表面的精度，而效率和工艺成本更胜于滚挤加工。为了保证本发明刀具具有足够的强度，提高刀具寿命，挤压刃周刃的刃带宽度（即挤压刃周刃的后刀面柱状弧面宽度）设计为挤压刃直径Φ2的6～8％，所述挤压刃的刃心厚度（即挤压刃容屑槽底角顶点至刀具轴心的距离的两倍）设计为挤压刃直径Φ2的70～85％，
进一步的，在刀头上沿周向设有呈均匀布置的刀刃组数为两组（直径较大是可为3组甚至4组），每组刀刃中的两道挤压刃均位于切削刃的同侧。
本发明所述铰挤刀具有以下优点：1、该铰挤刀的切削刃端刃与周刃之间通过90°尖角过渡，不是采用普通铰刀带锥度的导向刃过渡，其加工速度快，而导向作用由挤压刃完成，加工自定心精度高，提高了孔的加工位置精度；2、该铰挤刀的切削作用由切削刃完成，挤压作用由专门的挤压刃完成，且挤压刃的表面粗糙度好，孔在切削之后紧接着由挤压刃挤压成形，提高了孔表面的加工质量；3、所述铰挤刀采用硬质合金制成，成本低廉，然而通过对铰刀几何特性的优化设计，提高了刀具寿命。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的端面示意图之一；
图3为本发明的端面示意图之二；
图4为本发明的端面示意图之三；
图5为切削刃端刃与挤压刃端刃的示意图；
图6为切削刃周刃后角的示意图；
图7为图6中沿A-A方向的切削刃端刃后角的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：
如图1至图6所示的一种铰挤刀，采用硬质合金材料制成，其包括刀柄1 以及与刀柄一体的刀头2，在刀头2上沿周向设有呈均匀布置的两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃21和两道挤压刃22，每组刀刃中的两道挤压刃均位于切削刃的同侧，其中一道挤压刃与切削刃之间的角度β1为32°，另一道挤压刃与切削刃之间的角度β2为80°，为了保证切削时有足够的容屑空间，在每道切削刃21的前刀面处设有空间较大的切削刃容屑槽3，同时，为了保证挤压刃在对孔进行挤压加工时有一定的容屑空间，在每道挤压刃22的前刀面处设有空间较小的挤压刃容屑槽4，所述挤压刃容屑槽4为V形槽，其V形夹角θ为70°；所述切削刃端刃211高于挤压刃端刃221，在加工孔时，切削刃先接触孔内壁，起切削作用，挤压刃后接触孔内壁，起挤压修光作用。
所述切削刃直径Φ1小于挤压刃直径Φ2，所述切削刃直径Φ1较挤压刃直径Φ2小0.005mm，此差值即是本发明所述铰挤刀的挤压余量。本发明中的切削刃起切削作用，挤铰作用完全交给了挤压刃，而非如传统的铰刀切削和挤压均由同一刀刃完成，所以，本发明所述的铰挤刀提高了孔壁表面的加工精度，所述挤压余量根据待加工孔径大小、刀具转速、切削材料的结构组织及品种等来选定余量的多少，挤压余量的选择，直接关系到本刀具的成败。
由于传统铰刀通过端刃与周刃之间的15°导向刃过渡，从而起到了主切削与挤压的双重作用，虽然加工的孔表面质量较好，但是会因导向刃的锥度导致孔位置的严重偏移，为了避免位置偏移，本发明所述切削刃端刃211与切削刃周刃212垂直，两者之间的连接部断面呈直角三角形，其切削刃仅仅起到切削作用，而导向作用则交由挤压刃来完成，所以切削速度快，定心好，受原底孔偏移的影响极小，加工出来的孔位置精度得以提高，虽然切削后的表面质量略差，但经过随后的挤压刃挤压后，孔的表面质量反而更为提高很多。
所述切削刃端刃后角α1为3°，切削刃周刃后角α2为9°，这样便保证足够的变速切削和大切削量的强度，有助于刀具寿命的延长，同时切削刃周刃有着锋利的切削修光性能，可提升孔表面的加工质量。
所述挤压刃周刃222的后刀面呈柱状弧面，该柱状弧面的表面粗糙度为Ra0.1～0.2μm，在对孔进行加工时，通过挤压刃周刃后刀面对孔壁表面进行挤压修光，孔壁表面的成形方式类似于滚挤，提高了孔壁表面的精度，而效率和工艺成本更胜于滚挤加工。所述挤压刃周刃222的刃带宽度B（即挤压刃周刃222的后刀面柱状弧面宽度）为挤压刃直径Φ2的8％，所述挤压刃22的刃心厚度D（即挤压刃容屑槽4的底角顶点至刀具轴心的距离的两倍）为挤压刃直径Φ2的70％这样便保证了本发明所述刀具具有足够的强度，从而提高刀具寿命。
如前所述，在刀头2上沿周向设有呈均匀布置的两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃21和两道挤压刃22，即共计两道切削刃、四道挤压刃，当需要加工的孔径增大时，刀头上的刀刃组数可随之增加，即可采用三组刀刃（三道切削刃、六道挤压刃）、四组刀刃（四道切削刃、八道挤压刃），其各个角度亦将随之作相应的变化设计。
实施例2：
如图1至图6所示的一种铰挤刀，采用硬质合金材料制成，其包括刀柄1 以及与刀柄一体的刀头2，在刀头2上沿周向设有呈均匀布置的两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃21和两道挤压刃22，每组刀刃中的两道挤压刃均位于切削刃的同侧，其中一道挤压刃与切削刃之间的角度β1为36°，另一道挤压刃与切削刃之间的角度β2为72°。为了保证切削时有足够的容屑空间，在每道切削刃21的前刀面处设有空间较大的切削刃容屑槽3，同时，为了保证挤压刃在对孔进行挤压加工时有一定的容屑空间，在每道挤压刃22的前刀面处设有空间较小的挤压刃容屑槽4，所述挤压刃容屑槽4为V形槽，其V形夹角θ为70°；所述切削刃端刃211高于挤压刃端刃221，在加工孔时，切削刃先接触孔内壁，起切削作用，挤压刃后接触孔内壁，起挤压修光作用。
所述切削刃直径Φ1小于挤压刃直径Φ2，所述切削刃直径Φ1较挤压刃直径Φ2小0.045mm，此差值即是本发明所述铰挤刀的挤压余量。本发明中的切削刃起切削作用，挤铰作用完全交给了挤压刃，而非如传统的铰刀切削和挤压均由同一刀刃完成，所以，本发明所述的铰挤刀提高了孔壁表面的加工精度，所述挤压余量根据待加工孔径大小、刀具转速、切削材料的结构组织及品种等来选定余量的多少，挤压余量的选择，直接关系到本刀具的成败。
由于传统铰刀通过端刃与周刃之间的15°导向刃过渡，从而起到了主切削与挤压的双重作用，虽然加工的孔表面质量较好，但是会因导向刃的锥度导致孔位置的严重偏移，为了避免位置偏移，本发明所述切削刃端刃211与切削刃周刃212垂直，两者之间的连接部断面呈直角三角形，其切削刃仅仅起到切削作用，而导向作用则交由挤压刃来完成，所以切削速度快，定心好，受原底孔偏移的影响极小，加工出来的孔位置精度得以提高，虽然切削后的表面质量略差，但经过随后的挤压刃挤压后，孔的表面质量反而更为提高很多。
所述切削刃端刃后角α1为3.5°，切削刃周刃后角α2为10°，这样便保证足够的变速切削和大切削量的强度，有助于刀具寿命的延长，同时切削刃周刃有着锋利的切削修光性能，可提升孔表面的加工质量。
所述挤压刃周刃222的后刀面呈柱状弧面，该柱状弧面的表面粗糙度为Ra0.1～0.2μm，在对孔进行加工时，通过挤压刃周刃后刀面对孔壁表面进行挤压修光，孔壁表面的成形方式类似于滚挤，提高了孔壁表面的精度，而效率和工艺成本更胜于滚挤加工。所述挤压刃周刃222的刃带宽度B（即挤压刃周刃222的后刀面柱状弧面宽度）为挤压刃直径Φ2的6％，所述挤压刃22的刃心厚度D（即挤压刃容屑槽4的底角顶点至刀具轴心的距离的两倍）为挤压刃直径Φ2的85％这样便保证了本发明所述刀具具有足够的强度，从而提高刀具寿命。
如前所述，在刀头2上沿周向设有呈均匀布置的两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃21和两道挤压刃22，即共计两道切削刃、四道挤压刃，当需要加工的孔径增大时，刀头上的刀刃组数可随之增加，即可采用三组刀刃（三道切削刃、六道挤压刃）、四组刀刃（四道切削刃、八道挤压刃），其各个角度亦将随之作相应的变化设计。
实施例3：
如图1至图6所示的一种铰挤刀，采用硬质合金材料制成，其包括刀柄1 以及与刀柄一体的刀头2，在刀头2上沿周向设有呈均匀布置的两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃21和两道挤压刃22，每组刀刃中的两道挤压刃均位于切削刃的同侧，其中一道挤压刃与切削刃之间的角度β1为34°，另一道挤压刃与切削刃之间的角度β2为78°。为了保证切削时有足够的容屑空间，在每道切削刃21的前刀面处设有空间较大的切削刃容屑槽3，同时，为了保证挤压刃在对孔进行挤压加工时有一定的容屑空间，在每道挤压刃22的前刀面处设有空间较小的挤压刃容屑槽4，所述挤压刃容屑槽4为V形槽，其V形夹角θ为70°；所述切削刃端刃211高于挤压刃端刃221，在加工孔时，切削刃先接触孔内壁，起切削作用，挤压刃后接触孔内壁，起挤压修光作用。
所述切削刃直径Φ1小于挤压刃直径Φ2，所述切削刃直径Φ1较挤压刃直径Φ2小0.095mm，此差值即是本发明所述铰挤刀的挤压余量。本发明中的切削刃起切削作用，挤铰作用完全交给了挤压刃，而非如传统的铰刀切削和挤压均由同一刀刃完成，所以，本发明所述的铰挤刀提高了孔壁表面的加工精度，所述挤压余量根据待加工孔径大小、刀具转速、切削材料的结构组织及品种等来选定余量的多少，挤压余量的选择，直接关系到本刀具的成败。
由于传统铰刀通过端刃与周刃之间的15°导向刃过渡，从而起到了主切削与挤压的双重作用，虽然加工的孔表面质量较好，但是会因导向刃的锥度导致孔位置的严重偏移，为了避免位置偏移，本发明所述切削刃端刃211与切削刃周刃212垂直，两者之间的连接部断面呈直角三角形，其切削刃仅仅起到切削作用，而导向作用则交由挤压刃来完成，所以切削速度快，定心好，受原底孔偏移的影响极小，加工出来的孔位置精度得以提高，虽然切削后的表面质量略差，但经过随后的挤压刃挤压后，孔的表面质量反而更为提高很多。
所述切削刃端刃后角α1为4°，切削刃周刃后角α2为11°，这样便保证足够的变速切削和大切削量的强度，有助于刀具寿命的延长，同时切削刃周刃有着锋利的切削修光性能，可提升孔表面的加工质量。
所述挤压刃周刃222的后刀面呈柱状弧面，该柱状弧面的表面粗糙度为Ra0.1～0.2μm，在对孔进行加工时，通过挤压刃周刃后刀面对孔壁表面进行挤压修光，孔壁表面的成形方式类似于滚挤，提高了孔壁表面的精度，而效率和工艺成本更胜于滚挤加工。所述挤压刃周刃222的刃带宽度B（即挤压刃周刃222的后刀面柱状弧面宽度）为挤压刃直径Φ2的7％，所述挤压刃22的刃心厚度D（即挤压刃容屑槽4的底角顶点至刀具轴心的距离的两倍）为挤压刃直径Φ2的80％这样便保证了本发明所述刀具具有足够的强度，从而提高刀具寿命。
如前所述，在刀头2上沿周向设有呈均匀布置的两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃21和两道挤压刃22，即共计两道切削刃、四道挤压刃，当需要加工的孔径增大时，刀头上的刀刃组数可随之增加，即可采用三组刀刃（三道切削刃、六道挤压刃）、四组刀刃（四道切削刃、八道挤压刃），其各个角度亦将随之作相应的变化设计。
Claims (5)
1.一种铰挤刀，包括刀柄(1) 以及与刀柄一体的刀头(2)，其特征是：在刀头上沿周向设有均匀布置的至少两组刀刃，每组刀刃包括一道切削刃（21）和两道挤压刃（22），在每道切削刃的前刀面处设有空间较大的切削刃容屑槽（3），在每道挤压刃的前刀面处设有空间较小的挤压刃容屑槽（4）；所述切削刃直径Φ1小于挤压刃直径Φ2；所述切削刃端刃（211）高于挤压刃端刃（221）。
2.根据权利要求1所述的一种铰挤刀，其特征是：所述切削刃直径Φ1较挤压刃直径Φ2小0.005～0.095mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种铰挤刀，其特征是：所述切削刃端刃（211）与切削刃周刃（212）垂直，两者之间的连接部断面呈直角三角形。
4.根据权利要求1或2所述的一种铰挤刀，其特征是：所述切削刃端刃后角α1为3～4°，切削刃周刃后角α2为9～11°。
5.根据权利要求1或2所述的一种铰挤刀，其特征是：所述挤压刃周刃（222）的后刀面呈柱状弧面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131204 |