CN104043863A - 双后角内冷式抗振侧铣专用刀具 - Google Patents

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程耀楠
左殿阁
张悦
陈天启
冯新敏
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Abstract

双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，属于铣削加工刀具技术领域。以解决钛合金整体叶盘在加工过程中刀具与钛合金整体叶盘易发生碰撞、切削过程导热差、切削表面质量差的问题。本发明的刀具为整体式结构，刀具的材质为硬质合金，刀具的依次由球头、锥形刀体和圆柱形刀柄构成，所述的球头表面相对于刀具的轴线对称加工有两个球头切削刃，所述的锥形刀体的侧面上相对于刀具的轴线对称加工有两个等螺旋切削刃，等螺旋切削刃的后刀面具有周刃双后角，两个球头切削刃与两个等螺旋切削刃一一相连，每个等螺旋切削刃上沿等螺旋线方向分别加工多个散热减震槽，所述的圆柱形刀柄至球头之间沿轴向加工有两个内冷却通孔。本发明用于钛合金叶盘侧铣加工。

Description

双后角内冷式抗振侧铣专用刀具
技术领域
本发明涉及一种侧铣专用刀具，属于铣削加工刀具技术领域。
背景技术
整体叶盘是航空发动机的重要零件，整体叶盘结构复杂、叶片扭曲度大，毛坯一般采用钛合金、高温合金等难加工材料锻造而成，制造技术难度大，钛合金是典型的难加工材料，整体叶盘的叶片加工普遍采用侧铣，侧铣主要以球头铣刀为主，其中球头铣刀加工钛合金整体叶盘主要存在以下问题：
1、叶盘叶片实际多轴加工中，由于叶片型面复杂，通道开敞性差，刀轴方向不断的变化，加之加工空间深度较深且十分狭窄，加工过程中极易发生刀具干涉碰撞现象；
2、钛合金的导热性差。切削加工时，切屑与前刀面的接触面积很小，特别容易引起薄壁件的热变形，刀具在高温下工作，受热冲击比较大，就会造成刀具的过早失效，直接影响加工效果。高速切削时切削温度高，钛合金亲和性大，切屑及被切层容易与刀具材料咬合，产生严重的粘刀现象；
3、钛合金弹性模量小，弹性变形大。切削时接近后刀面处的回弹量大，导致已加工表面与后刀面的接触面积显著增大，造成加工工件几何形状和精度差、表面粗糙度大、刀具磨损严重。
球头铣刀在整体叶盘叶片侧铣加工中应用最为广泛且不可或缺的刀具。因此，针对以上问题，刀具结构和几何参数的设计就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，主要应用在钛合金整体叶盘叶片侧铣过程中，以解决钛合金整体叶盘在加工过程中刀具与钛合金整体叶盘易发生碰撞、切削过程导热差、切削表面质量差的问题。本发明可有效的提高刀具寿命和加工效率、有利于切削热的导出、改善工件表面质量及降低加工成本。
本发明解决上述问题采取的技术方案是：
本发明的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的刀具为整体式结构，刀具的材质为硬质合金，刀具依次由球头、锥形刀体和圆柱形刀柄构成，所述的球头表面相对于刀具的轴线对称加工有两个球头切削刃，所述的锥形刀体的侧面上相对于刀具的轴线对称加工有两个等螺旋切削刃，等螺旋切削刃的后刀面具有周刃双后角，两个球头切削刃与两个等螺旋切削刃一一相连，每个等螺旋切削刃上沿等螺旋线方向分别加工多个散热减震槽，所述的圆柱形刀柄至球头之间沿轴向加工有两个内冷却通孔。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本发明的刀具为钛合金叶盘侧铣加工高效内冷式铣削刀具，该刀具采用整体对称式结构能保证刀具在高速下的动平衡性，此结构方便生产加工，有利于降低成本，提高切削性能，有利于减少加工过程的振动，保证在加工过程中刀具的平稳性。刀具材质为硬质合金，适合加工难加工材料，使刀具具有优良的切削性能。
2、刀具的前端为球头结构，适合加工整体叶盘的狭窄空间曲面叶片，球头半径小于加工曲面的曲率半径，能避免球头刀刃产生干涉。
3、在锥形刀体的侧面上加工有两个等螺旋切削刃，由于每个等螺旋切削刃上各点处的螺旋角相等，并不随着锥形刀体直径的变化而变化，稳定的切削角度和均匀的负荷，保证加工过程的稳定，减小刀具磨损，提高加工效率20％左右。
4、由于钛合金导热性差，散热减震槽可有效的提高钛合金加工过程中的散热，有效的减小刀具振动，减小粘刀，改善表面质量，提高刀具寿命25％左右。
5、由于钛合金弹性模量小，弹性变形大，切削时接近后刀面处的回弹量大，双后角结构能够减少刀具后刀面划伤已加工表面，提高加工工件精度、改善表面粗糙度、减小刀具磨损。
6、采用内凹式螺旋排屑槽，由于采用内凹形圆弧结构，增大了排屑空间以及刀具的散热面积，使切屑容易进行卷曲，并且有利于切屑的快速排出，减小摩擦，尤其对于加工具有封闭曲面特征的零部件，更能有效降低切削热，提高刀具耐用度，减少切削过程振动。
7、针对精密叶片狭窄的加工空间问题，锥形刀体能够避免加工中的干涉碰撞问题，同时在侧铣中具有精度高、效率高的特点，锥形刀体的设计能提高刀具的强度10％～15％和耐用度。
8、刀具内沿轴向加工内冷却通孔，可改善切削区域的润滑、冷却及排屑，并且使材料和刀具不易发生粘结，同时便于切削热被切屑和冷却液带走。
综上所述，本发明的刀具结构能保证刀具在高速下的动平衡性，减少振动，此结构方便生产加工，有利于降低成本，改善表面质量，提高切削性能。
附图说明
图1是本发明的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具的整体结构示意图；
图2是图1的K向视图；
图3是图1的右视图；
图4是图1的A-A截面放大图。
上述图中涉及到的部件名称及标号分别为：
球头1、等螺旋切削刃2、周刃双后角3、散热减震槽4、内凹式螺旋排屑槽5、锥形刀体6、内冷却通孔7、圆柱形刀柄8、球头切削刃9、扩口10。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～图4所示，双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的刀具为整体式结构，刀具的材质为硬质合金，刀具依次由球头1、锥形刀体6(锥度为4°)和圆柱形刀柄8构成，所述的球头1表面相对于刀具的轴线对称加工有两个球头切削刃9，所述的锥形刀体6的侧面上相对于刀具的轴线对称加工有两个等螺旋切削刃2，等螺旋切削刃2的后刀面具有周刃双后角3，两个球头切削刃9与两个等螺旋切削刃2一一相连，每个等螺旋切削刃2上沿等螺旋线方向分别加工多个散热减震槽4，所述的圆柱形刀柄8至球头1之间沿轴向加工有两个内冷却通孔7；所述的球头1直径为6mm，球头1的半径小于加工曲面的曲率半径。
具体实施方式二：如图1～图3所示，具体实施方式一所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的两个内冷却通孔7的出口设置在其中一个所述的球头切削刃9的后刀面与另一个球头切削刃9容屑槽连接的曲面上，两个内冷却通孔7的进口设置在圆柱形刀柄8的端面上。效果是切削液可以带走更多的热量，有利于刀具散热。
所述的出口为扩口10，冷却液从圆柱形刀柄8尾部的进口流入，能直接到达切削区域，冷却液从扩口10流出；设置扩口10的目的在于，更利于冷却液流出。
具体实施方式三：如图1所示，具体实施方式一或二所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的等螺旋切削刃2的等螺旋角为40°。其效果是：保证了较大的实际前角，有利于减少叶片表面变形。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的刀具的前角为γ，γ＝8°。
具体实施方式五：如图1、图4所示，具体实施方式一或四所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的周刃双后角3的双后角分别是第一后角和第二后角，所述的第一后角用α1表示，所述的第二后角用α2表示，所述的第一后角α1是正交平面中测量的第一后刀面与切削平面之间的夹角；所述的第二后角α2是所述的正交平面中测量的第二后刀面与所述的切削平面之间的夹角，所述的切削平面是通过刀具的切削刃某一选定点，与工件加工表面相切的平面。
具体实施方式四和五组合的效果是：小前角、较大的后角设计有助于减小铣削力及提高刀具的耐用度。
具体实施方式六：如图4所示，具体实施方式五所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的第一后角α1＝8～13°，第二后角α2＝20～25°。其效果是：钛合金加工过程中回弹较大，能避免刀具后刀面划伤已加工表面，改善表面质量，提高加工效率。优选第一后角α1＝8°第二后角α2＝20°的优点是：刀具刃口强度增加，切削振动减弱。
具体实施方式七：如图1所示，具体实施方式一所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的散热减震槽4为V形散热减震槽，所述的V形散热减震槽的槽口槽宽为0.8～1.5mm、槽深为0.3～0.8mm，V形散热减震槽的槽底为圆弧形状，圆弧形槽底的圆弧半径为0.15～0.25mm。其效果是：可避免应力集中。
优选的是：V形散热减震槽的槽口槽宽为1mm，槽深为0.5mm，圆弧形槽底的圆弧半径为0.2mm。其效果是：既保证了足够的散热面积，又保证了刀具具有足够的强度。
具体实施方式八：如图1所示，具体实施方式一或七所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的每个等螺旋切削刃2上沿等螺旋线方向等间距分别加工四个散热减震槽4，散热减震槽4的中心线与等螺旋线的切线方向垂直。
具体实施方式九：如图1所示，具体实施方式一或七所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，两个等螺旋切削刃2上的多个散热减震槽4为错开的非对称式设置。其效果是：既增加了散热面积，又能避免侧铣加工中出现欠切现象。
具体实施方式十：如图1所示，具体实施方式一所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，所述的刀具的前刀面上设有内凹式螺旋排屑槽5，内凹式螺旋排屑槽5是沿前刀面凹向后刀面一侧。

Claims (10)

1.一种双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的刀具为整体式结构，刀具的材质为硬质合金，刀具依次由球头(1)、锥形刀体(6)和圆柱形刀柄(8)构成，所述的球头(1)表面相对于刀具的轴线对称加工有两个球头切削刃(9)，所述的锥形刀体(6)的侧面上相对于刀具的轴线对称加工有两个等螺旋切削刃(2)，等螺旋切削刃(2)的后刀面具有周刃双后角(3)，两个球头切削刃(9)与两个等螺旋切削刃(2)一一相连，每个等螺旋切削刃(2)上沿等螺旋线方向分别加工多个散热减震槽(4)，所述的圆柱形刀柄(8)至球头(1)之间沿轴向加工有两个内冷却通孔(7)。
2.根据权利要求1所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的两个内冷却通孔(7)的出口设置在其中一个所述的球头切削刃(9)的后刀面与另一个球头切削刃(9)容屑槽连接的曲面上，两个内冷却通孔(7)的进口设置在圆柱形刀柄(8)的端面上。
3.根据权利要求1或2所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的等螺旋切削刃(2)的等螺旋角为40°。
4.根据权利要求1所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的刀具的前角为γ，γ＝8°。
5.根据权利要求1或4所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的周刃双后角(3)的双后角分别是第一后角和第二后角，所述的第一后角用α1表示，所述的第二后角用α2表示，所述的第一后角α1是正交平面中测量的第一后刀面与切削平面之间的夹角；所述的第二后角α2是所述的正交平面中测量的第二后刀面与所述的切削平面之间的夹角。
6.根据权利要求5所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的第一后角α1＝8～13°，第二后角α2＝20～25°。
7.根据权利要求1所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的散热减震槽(4)为V形散热减震槽，所述的V形散热减震槽的槽口槽宽为0.8～1.5mm、槽深为0.3～0.8mm，V形散热减震槽的槽底为圆弧形状，圆弧形槽底的圆弧半径为0.15～0.25mm。
8.根据权利要求1或7所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的每个等螺旋切削刃(2)上沿等螺旋线方向等间距分别加工四个散热减震槽(4)。
9.根据权利要求1或7所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：两个等螺旋切削刃(2)上的多个散热减震槽(4)为错开的非对称式设置。
10.根据权利要求1所述的双后角内冷式抗振侧铣专用刀具，其特征是：所述的刀具的前刀面上设有内凹式螺旋排屑槽(5)。
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