CN103949680B - 极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片 - Google Patents

极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片 Download PDF

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Abstract

极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,属于机械加工刀具技术领域。可满足超大型锻件毛坯粗加工过程中工件材料去除量大需要进行更大切深以实现更高效率。刀片顶面外周边缘处加工有前刀面,刀片的水平截面的外轮廓线包括两条‘M’形外轮廓线,刀片顶面外周边缘处加工有两条‘M’形切削刃,两条‘M’形切削刃两端相交的交角为锐角或直角,刀片顶面上位于两个交角处分别加工有竹简形刀尖,每条‘M’形切削刃两个顶角处加工有变宽度刀尖,刀片顶面上靠近每个交角处加工有两个冷却槽,两个冷却槽之间设有一凸起平台,刀片顶面上与前刀面相对应的外侧面为反屑面,前刀面与反屑面之间形成断屑槽。本发明用于超大型锻件毛坯车-铣。

Description

极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片
技术领域
[0001]本发明涉及一种车-铣复合刀片,属于机械加工刀具技术领域。
背景技术
[0002]大型异形件-水室封头,其毛坯为自由锻造成型,单个重量可达200多吨,待加工表面有很多普通锻件所没有的锻造缺陷,比如:锻造铲沟、氧化皮、锻造裂纹和金属覆盖物等;水室封头所用的材料508III钢比较特殊,具有很强的高温韧性和粘性。目前,锻造水室封头荒加工需要进行车削和铣削加工,如车削加工所用刀具是单刃的焊接式车刀,加工过程中锻造缺陷引起的切削用量变化非常大,刀具承受的机械冲击时刻处于动态变化中,切削力更是高达10吨左右,刀具很容易受冲击而断裂,加上目前的刀具没有断肩槽,使加工过程中的切肩难于折断,缠绕在刀具上,使刀具的散热条件变差,从而导致切削区域温度不断升高(温度可达1000°C)。大量切削热堆积在切削区域上,加速了刀具的软化,从而很容易引起刀具的切削刃与切肩产生刀-肩粘结现象,刀具使用寿命非常低,严重制约生产效率的提高。虽然,目前有几款极限超重型专利刀片,但由于其刀体强度性能的限制,无法完全进行更大切深的加工,效率较现有车刀虽有成倍的提高,但实现极限超重型切削加工的高效性在刀具技术上还有很大的提升空间。
发明内容
[0003]本发明的目的是提供一种极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,可满足超大型锻件毛坯粗加工过程中工件材料去除量大(最大可达几十吨)需要进行更大切深以实现更尚效率。
[0004]本发明所述的超大型锻件毛坯是指核能、电力、石油等大型成套设备核心零件的锻造毛坯件。
[0005]本发明所述的极限超重型切削是指刀具承受极大且载荷变化不定的切削力(一般情况下切削力F 2 5t)和切削热(高达1000°C)作用的切削过程。
[0006]本发明的刀片适应的切深为40mm左右。
[0007]本发明采取的技术方案是:本发明的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的刀片的顶面的外周边缘处加工有前刀面,所述的前刀面为里端向刀片的底面及刀片里侧倾斜的斜面,所述的刀片的几何中心处加工有用于与车刀杆或铣刀盘连接的紧固螺钉孔,所述的刀片的水平截面的外轮廓线包括两条‘M’形外轮廓线,所述的两条‘M’形外轮廓线相对于刀片长度方向中心线对称设置,且两条‘M’形外轮廓线两端相交,刀片的底面面积小于刀片的顶面面积;刀片的顶面的外周边缘处加工有两条‘M’形切削刃,所述的两条‘M’形切削刃相对于刀片长度方向中心线对称设置,两条‘M’形切削刃的两端相交得到两个交角,所述的两个交角均为锐角或直角,刀片的顶面上位于两个交角处分别加工有向刀片的底面方向凹下的竹简形刀尖;每条‘M’形切削刃的两个顶角处各加工有一个变宽度刀尖;刀片的顶面上靠近每个所述的交角处加工有两个冷却槽,所述的两个冷却槽之间设有一凸起平台;所述的刀片的顶面上与前刀面相对应的外侧面为反肩面,所述的反肩面为底端向刀片的底面及刀片的外侧倾斜的斜面,前刀面与反肩面之间形成断肩槽。
[0008]本发明的有益效果在于:本发明的刀片外观轮廓为蝠形双头(即刀片的外观轮廓近似于双头蝙蝠形状),具有较强的抗强机械冲击性能、优良高效的切削性能,使用本发明的刀片,切削力可降低15%左右,切削温度可降低20%左右,较好地解决了目前超大型锻件毛坯粗加工过程中切削参数和刀具寿命相互制约这个技术性难题。本发明的刀片在使用寿命和加工效率这两方面明显提升,其中刀具寿命提高15 %左右,加工效率提高20 %左右。使用时,将整个刀片通过紧固螺钉固定在车刀杆或铣刀盘上。
附图说明
[0009]图1为本发明的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片整体结构主视图;
[0010]图2为图1的俯视图;
[0011]图3为图1的后视图;
[0012] 图4为图1的左视图;
[0013] 图5为图1的E-E截面图;
[0014] 图6为图1的F-F截面图;
[0015]图7为本发明的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片整体结构轴测图,主要表达的是主视结构;
[0016]图8为本发明的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片整体结构轴测图,主要表达的是后视结构;
[0017]图9为本发明的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片与车刀杆或铣刀盘装配的结构图;
[0018]图10为图9的G处局部放大图;
[0019]图11为本发明的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片工作状态图,图中剖物线部分表示的是切削层。
[0020]上述附图中的各标号表示的零件名称如下:
[0021] 1-‘M’形切削刃、2-锥形凸起、3-斧片形凹槽、4-冷却槽、5-凸起平台、6-金字塔形加强筋、7-多阶梯台肩孔、8-变宽度刀尖、9-竹简形刀尖、10-扇形强化凸起、11-紧固螺钉孔、12-倒角、13-后刀面、14-X形冷却槽、15-前刀面、16-刀片22长度方向中心线、17-反肩面、18-断肩槽、19-刀片22宽度方向中心线、20-圆台形孔、21-圆柱形孔、22-刀片22、23_车刀杆、24-铣刀盘、25-工件。
具体实施方式
[0022]下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0023]具体实施方式一:如图1〜图8所示,极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的刀片22的顶面的外周边缘处加工有前刀面15,所述的前刀面15为里端向刀片22的底面及刀片22里侧倾斜的斜面,所述的刀片22的几何中心处加工有用于与车刀杆23或铣刀盘24连接的紧固螺钉孔11,所述的刀片22的水平截面的外轮廓线包括两条‘M’形外轮廓线,所述的两条‘Μ’形外轮廓线相对于刀片22长度方向中心线16对称设置,即类似两只相对且展开翅膀的蝙蝠,且两条‘Μ’形外轮廓线两端相交,刀片22的底面面积小于刀片22的顶面面积,即刀片22的后刀面13在各个刀尖处采用变后角方式设计如图9及图10所示,不仅能减少刀片22安装时的配合精度要求,而且能减少刀尖处与车刀杆23或铣刀盘24的接触面积,降低热传递,提高刀尖处后刀面13的散热性能。刀片22的顶面的外周边缘处加工有两条‘Μ’形切削刃I,当工件25待加工表面较恶劣且需要大切深(所述的大切深是指加工的切削深度大于15_)加工时,选用‘Μ’形切削刃I进行切削,所述的两条‘Μ’形切削刃I相对于刀片22长度方向中心线16对称设置,两条‘Μ’形切削刃I的两端相交得到两个交角α,所述的两个交角α均为锐角或直角。刀片22的顶面上位于两个交角α处分别加工有向刀片22的底面方向凹下的竹简形刀尖9,当工件25的待加工表面条件较好且材料去除量较少时,可选用竹简形刀尖9进行切削加工,竹简形刀尖9的两条切削刃之间区域为内凹的竹简形状,能有效降低刀片22压制过程中的内应力,减小刀片22缺陷,从而提高竹简形刀尖9在切削过程中的强度。在采用小进给量时,能有效地减小切肩的卷曲半径,从而起到高效断肩作用,采用这种形式的切削刃能适应较高的切削速度,切削速度能达到50m/min。
[0024]每条‘M’形切削刃丨的两个顶角处各加工有一个变宽度刀尖8,即变宽度刀尖8处刃宽宽于刀片22其它部位刃宽的设计方式,可实现在不影响刀片22强度的前提下,进行阶进式切削,如图11所示,从而实现不同的切削刃同时分别承担不同切削层的切削任务,不仅能有效增加刀片22的切削深度,还能降低机床系统在切削过程中的受力,最终实现高效率,其效率约为单刃切削的2倍,能延长寿命15%左右,并且降低10%左右的切削抗力。所述的阶进式切削是指阶梯进给式切削。
[0025]刀片22的顶面上靠近每个所述的交角处加工有两个冷却槽4,两个冷却槽4相对于刀片22长度中心线16对称设置,四个冷却槽4以紧固螺钉孔11为中心对称分布,所述的两个冷却槽4之间设有一凸起平台5,能增加刀片22长度方向的强度,起到强化刀片22的作用。所述的刀片22的顶面上与前刀面15相对应的外侧面为反肩面17,所述的反肩面17为底端向刀片22的底面及刀片22的外侧倾斜的斜面,前刀面15与反肩面17之间形成断肩槽18。
[0026]两个凸起平台5的其中一个上面设有‘A’字形涂层,余下一个所述的凸起平台5上面设有‘B’字形涂层。其上面的字形涂层能起到标识的作用,降低了工人在使用过程中的辨别难度,提高工作效率。
[0027]具体实施方式二:如图1、图7、图11所示,具体实施方式一所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的反肩面17上设有数个锥形凸起2,所述的数个锥形凸起2的尖部均朝向断肩槽18底部设置,当切肩流出撞到这些锥形凸起2时,能给切肩提供导向作用,从而起到辅助切肩快速卷曲折断的效果。相邻两个所述的锥形凸起2之间设有斧片形凹槽3,所述的斧片形凹槽3的端部朝向所述的前刀面15设置。
[0028]上述技术特征带来的技术效果是:锥形凸起2与斧片形凹槽3这两种结构设计结合,不仅能有效断肩,而且能增加反肩面17的有效散热面积,较少刀-肩间的接触面积,降低刀-肩间的摩擦,从而有效减弱刀-肩间的热传递,使大量切削热留在切肩上,提高了刀片22的抗高温性能,倘若切削过程中采用冷却液,此种设计结合方式还能有助于在断肩槽18容积冷却液的作用。
[0029]具体实施方式二:如图1、图7所示,具体实施方式一或二所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,四个所述的冷却槽4均为蝙翅形凹槽,即蝙蝠翅膀形状凹槽。
[0030]上述技术特征带来的技术效果是:四个冷却槽4采用蝙翅形凹槽能有效增加前刀面15的面积,蝙翅形凹槽能减少大切肩流经前刀面15时与前刀面15产生的摩擦,同时能起到容积冷却液的作用。
[0031 ]具体实施方式四:如图1、图7、图11所示,具体实施方式一或二所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的断肩槽18内设有两个金字塔形加强筋6,所述的两个金字塔形加强筋6相对于刀片22长度方向中心线16对称设置,且两个金字塔形加强筋6设置于刀片22宽度方向中心线19上。
[0032]上述技术特征带来的有益效果是:降低了刀片22在宽度方向中心线19方向的尺寸效应对强度的影响,增加了刀片22在该方向上的抗断裂性能。
[0033]具体实施方式五:如图11所示,具体实施方式一所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的刀片22厚度为9〜11mm,刀片22的后角为6〜8°,刀片22的刃倾角为0°。
[0034]上述技术特征带来的有益效果是:在保证刀片的抗冲击性能以及刀片的切削刃和刀片强度的同时,延长刀具的使用寿命。
[0035]具体实施方式六:如图1、图7所示,具体实施方式一所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的变宽度刀尖8的宽度为由变宽度刀尖8中间向两侧逐渐变窄构成。
[0036]上述技术特征带来的有益效果是:可实现阶进式切削。
[0037]具体实施方式七:如图1、图5、图7所示,具体实施方式一所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的紧固螺钉孔11由圆台形孔20、圆柱形孔21及位于二者之间的多阶梯台肩孔7组成,所述的圆台形孔20的小直径孔端部与多阶梯台肩孔7(图5中表示了两个阶梯台肩孔)的大直径孔端部相接设置,多阶梯台肩孔7的小直径孔端部与圆柱形孔21相接设置,圆台形孔20位于刀片22的前端面一侧,多阶梯台肩孔7靠近刀片22的前刀面15设置。
[0038]上述技术特征带来的有益效果是:能有效提高紧固螺钉孔11处的强度。
[0039]具体实施方式八:如图1、图7所示,具体实施方式一、二或六所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的断肩槽18内底部与变宽度刀尖8相对应处设有扇形强化凸起10。
[0040]上述技术特征带来的有益效果是:增加了变宽度刀尖8的抗冲击和抗磨损性能,同时能分散流经此处的切肩对断肩槽18的作用力,从而降低断肩槽18承受的机械压力。
[0041]具体实施方式九:如图3、图8、图11所示,具体实施方式一所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的刀片22的底面沿刀片22的长度方向设有X形冷却槽14,所述的紧固螺钉孔11设置在所述的X形冷却槽14的中间相交处。
[0042]具体实施方式十:如图3、图8、图11所示,具体实施方式九所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的刀片22的底面外周边缘处设有用于刀片22自由度避让的倒角12。
[0043]上述技术特征带来的有益效果是:能避免刀片22与车刀杆23或铣刀盘24配合时出现的干涉问题,如图9、图10、图11所示,从而降低安装所需精度要求。同时能将冷却液容积在刀片22底部周边,并引导进入刀片22底部的X形冷却槽14内,起到冷却紧固螺钉、车刀杆23(或铣刀盘24)及刀片22的作用。此外,刀片22底部设有X形冷却槽14能有效增加刀片22的面积,并减少刀片22与车刀杆23或铣刀盘24安装接触面积,不仅能有效散热,同时还能减少刀片22与车刀杆23或铣刀盘24间的热传递。
[0044]上述所述仅为体现本发明原理的较佳实施例,并不因此而限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,所述的刀片(22)的顶面的外周边缘处加工有前刀面(15),所述的前刀面(15)为里端向刀片(22)的底面及刀片(22)里侧倾斜的斜面,所述的刀片(22)的几何中心处加工有用于与车刀杆(23)或铣刀盘(24)连接的紧固螺钉孔(11),其特征是:所述的刀片(22)的水平截面的外轮廓线包括两条‘M’形外轮廓线,所述的两条‘M’形外轮廓线相对于刀片(22)长度方向中心线(16)对称设置,且两条‘M’形外轮廓线两端相交,刀片(22)的底面面积小于刀片(22)的顶面面积;刀片(22)的顶面的外周边缘处加工有两条‘M’形切削刃(I),所述的两条‘M’形切削刃(I)相对于刀片(22)长度方向中心线(16)对称设置,两条‘M’形切削刃(I)的两端相交得到两个交角(α),所述的两个交角(α)均为锐角或直角,刀片(22)的顶面上位于两个交角(α)处分别加工有向刀片(22)的底面方向凹下的竹简形刀尖(9);每条‘Μ’形切削刃(I)的两个顶角处各加工有一个变宽度刀尖(8);刀片(22)的顶面上靠近每个所述的交角(α)处加工有两个冷却槽(4),所述的两个冷却槽(4)之间设有一凸起平台(5);所述的刀片(22)的顶面上与前刀面(15)相对应的外侧面为反肩面(17),所述的反肩面(17)为底端向刀片(22)的底面及刀片(22)的外侧倾斜的斜面,前刀面(15)与反肩面(17)之间形成断肩槽(18)。
2.根据权利要求1所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的反肩面(17)上设有数个锥形凸起(2),所述的数个锥形凸起(2)的尖部均朝向断肩槽(18)底部设置,相邻两个所述的锥形凸起(2)之间设有斧片形凹槽(3),所述的斧片形凹槽(3)的端部朝向所述的前刀面(15)设置。
3.根据权利要求1或2所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:四个所述的冷却槽(4)均为蝙翅形凹槽。
4.根据权利要求1或2所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的断肩槽(18)内设有两个金字塔形加强筋(6),所述的两个金字塔形加强筋(6)相对于刀片(22)长度方向中心线(16)对称设置,且两个金字塔形加强筋(6)设置于刀片(22)宽度方向中心线(19)上。
5.根据权利要求1所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的刀片(22)厚度为9〜11mm,刀片(22)的后角为6〜8°,刀片(22)的刃倾角为0°。
6.根据权利要求1所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的变宽度刀尖(8)的宽度为由变宽度刀尖(8)中间向两侧逐渐变窄构成。
7.根据权利要求1所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的紧固螺钉孔(11)由圆台形孔(20)、圆柱形孔(21)及位于二者之间的多阶梯台肩孔(7)组成,所述的圆台形孔(20)的小直径孔端部与多阶梯台肩孔(7)的大直径孔端部相接设置,多阶梯台肩孔(7)的小直径孔端部与圆柱形孔(21)相接设置,圆台形孔(20)位于刀片(22)的前端面一侧,多阶梯台肩孔(7)靠近刀片(22)的前刀面(15)设置。
8.根据权利要求1、2或6所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的断肩槽(18)内底部与变宽度刀尖(8)相对应处设有扇形强化凸起(10)。
9.根据权利要求1所述的极限超重型切削专用蝠形双头阶进式车-铣复合刀片,其特征是:所述的刀片(22)的底面沿刀片(22)的长度方向设有X形冷却槽(14),所述的紧固螺钉孔(11)设置在所述的X形冷却槽(14)的中间相交处。
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