CN104400098B - 一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，属于金属切削技术领域。本发明包括刀座、刀头和刀头快换结构，刀座的刀头安装斜面相对于刀座平面的倾角β为50～55°，刀座平面和刀头安装斜面之间由弧形槽过渡；刀头安装斜面的上部开设有刀头安装槽，刀头插入该刀头安装槽内，并由刀头快换结构固定，该刀头为平行六面体结构，包括两对角设置的刃口。本发明采用加大刀头切削倾角、一刀多边使用且可快速更换的方式，来完成对金属铝锭的快速切削，同时，本发明还对双铣组合刀的加工方法进行了改进，使得刀具的刀头、刀座韧性、耐磨性和抗拉强度好，延长了刀具的使用寿命。

Description

一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀

技术领域

本发明涉及金属切削技术领域，更具体地说，涉及一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀。

背景技术

铝是世界上产量和用量都仅次于钢铁的有色金属，在工业中有很普遍的应用，铝作为日常工业中的原料时通常叫做铝锭。现有技术中，一般采用双铣组合刀对铝锭进行切削加工，但传统铝锭双铣组合刀存在以下两方面的问题：首先，刀具的韧性、耐磨性较差，切削铝锭的过程中，会由于摩擦产生高热，刀具的刀头和刀座的抗拉强度也较差，常常在切削过程中出现刀头拉裂或刃口崩裂的现象，造成刀具的使用寿命短；其次，由于刀具焊接后整体质量较大，刀头刃口崩裂后，对刃口进行刃磨修复时，刀头对砂轮的撞击力较大，易发生危险且刃口修磨操作不易掌控，上述缺陷严重限制了双铣组合刀的应用。

经检索，中国专利号ZL 201220675869.2，授权公告日为2013年5月29日，发明创造名称为：一种工程铣槽机的铣槽刀装置，该申请案由合金刀、刀体、安装V型槽、定位销构成；刀体上方的一侧设置倾角台阶，倾角台阶中设置合金刀，刀体两侧设置安装V型槽；刀体上预留至少两个安装孔，孔中设置定位销；合金刀为倾角。该申请案设计的多角度偏角铣刀，使刀口更锋利耐用，维修方便。但该申请案主要适用于工程铣槽机，不能推广应用到对铝锭的切削加工。

中国专利号ZL201080018247.6，授权公告日为2014年6月11日，发明创造名称为：切削刀片和切削刀片组件，该申请案包括槽孔的刀片槽、切削刀片以及将切削刀片连接在刀片槽内的紧固件。切削刀片具有切削刀片孔、第一表面、第二表面和延伸在第一和第二表面之间的外周表面。第一和第二表面分别在第一和第二外周刀刃处与外周表面相交，第一和第二外周刀刃中的至少一个的至少一部分构成切削刃。切削刀片孔具有至少两个部分，其中最小的部分具有允许快速更换或转位切削刀片而不必将紧固件从槽孔中完全移除的卵形截面。该申请案利用紧固件可拆卸地将切削刀片固定在切削工具上，但该申请案结构复杂、刀片安装拆卸不便。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明为确保铝锭双铣组合刀在切削过程中受力轻松、经久耐用，提供了一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，本发明采用加大刀头切削倾角、一刀多边使用且可快速更换的方式，来完成对金属铝锭的快速切削，同时，本发明还对双铣组合刀的加工方法进行了改进，使得刀具的刀头、刀座韧性、耐磨性和抗拉强度好，延长了刀具的使用寿命。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，包括刀座、刀头和刀头快换结构，所述刀座的刀头安装斜面相对于刀座平面的倾角β为50～55°，刀座平面和刀头安装斜面之间由弧形槽过渡；刀头安装斜面的上部开设有刀头安装槽，所述的刀头插入该刀头安装槽内，并由刀头快换结构固定，该刀头为平行六面体结构，包括两对角设置的刃口。

更进一步地，所述的刀头安装斜面相对于刀座平面的倾角为51°。

更进一步地，所述的刀头快换结构包括特制压紧螺栓和抵头螺丝，特制压紧螺栓的一端为弯头，该特制压紧螺栓的侧壁上开设有固定孔；所述的刀头上开设有安装孔，对应地，刀座的刀头安装槽内也开设有压紧螺栓孔，特制压紧螺栓穿过安装孔、压紧螺栓孔将刀头限位在刀头安装槽内；刀座的上表面对应固定孔的位置还开设有抵头螺丝孔，抵头螺丝通过该抵头螺丝孔插入固定孔内固定刀头。

更进一步地，所述的刀头安装槽内还设置有第一清角槽、第二清角槽和第三清角槽，第三清角槽容纳刀头的一刃口，第二清角槽容纳刀头与刃口相邻的边，第一清角槽容纳刀头尖角；所述的第二清角槽和第三清角槽的横截面均为半圆形，半径为2mm。

更进一步地，所述的弧形槽的弧面半径为10～15mm。

更进一步地，所述的刀座的上表面还包括一让位面，该让位面相对于水平面的倾角γ为9°。

本发明的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀座的加工方法，其步骤为：

步骤一、刀座原材料的准备：

刀座采用锻造毛坯制得，该锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.37-0.44，Si：0.17-0.37，Mn：0.50-0.80，S≤0.035，P≤0.035，Cr：0.80-1.1，Ni≤0.030，Cu≤0.030，其余为Fe；

步骤二、锻造毛坯的退火处理：

将步骤一中的锻造毛坯经退火炉对其进行退火处理，首先升温到740～760℃，保温4～6h，再以5～10℃/h的速度冷却，降温到600℃以下，出炉空冷，退火处理后锻造毛坯的硬度≤163HBS；

步骤三、锻造毛坯的粗加工：

1)铣步骤二经退火处理的锻造毛坯，留0.2mm的余量，刀座初步成型；

2)铣刀座的刀头安装槽，划线打压紧螺栓孔、抵头螺丝孔并攻丝；

步骤四、刀座的调质热处理：

将经步骤三粗加工的刀座，在20～25分钟内加热到淬火温度840℃～860℃，油冷；然后回火，回火温度为650～660℃，调质以后硬度达HB330-380；

步骤五、刀座的深加工：

1)将经步骤四热处理的刀座进一步深加工，磨刀座的平面、侧面和端面，留0.02mm的余量；

2)使用工装夹具夹持刀座，精铣刀头安装斜面相对于刀座平面的倾角至51°，弧形槽的弧面半径至10～15mm；

3)精铣刀座的刀头安装槽，至第二清角槽和第三清角槽的半径为2mm，并对压紧螺栓孔、抵头螺丝孔复丝；

4)精磨刀座的平面、侧面以及端面至图纸要求尺寸；

5)精铣让位面相对于水平面的倾角γ为9°。

更进一步地，步骤一中锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.39，Si：0.26，Mn：0.63，S：0.035，P：0.030，Cr：0.94，Ni：0.025，Cu：0.030，其余为Fe。

更进一步地，步骤二对锻造毛坯的退火处理，首先升温到750℃，保温5h，再以6℃/h的速度冷却，降温到600℃以下，出炉空冷。

更进一步地，步骤四调质热处理过程中，回火温度为650℃。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，加大了刀头安装斜面相对于刀座平面的倾角，在铝锭的切削加工过程中能够达到减少铣削阻力的目的，刀头受力轻松、经久耐用，且对铝锭的切削质量也得到了提高；

(2)本发明的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，其刀头通过特制压紧螺栓定位在刀座开设的刀头安装槽内，并通过抵头螺丝固定，而非传统的刀头与刀座焊接为一体，如此，一方面修复刀头刃口时，可快速将刀头拆下单独对刀头进行砂轮修磨，修磨操作更易掌控且不会出现危险，另一方面在破损刀头修复过程中可快速更换新的刀头，不致影响刀具使用；此外，本发明的刀头在其对角方向设置了2个刃口，一个刃口破损后可先更换使用另一刃口，待两个刃口都破损后再拆卸修磨，刀头的使用时间更长，节约了更换时间，提高了生产效率；

(3)本发明的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀座的加工方法，通过合理的成分配备和加工工艺控制，使得铝锭双铣组合刀座的韧性、耐磨性和抗拉强度等性能得到进一步优化，进而延长了刀具的使用寿命。

附图说明

图1为改进前铝锭双铣组合刀座的倾角示意图；

图2为本发明的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀刀座的倾角示意图；

图3为本发明的双铣组合刀的爆炸图；

图4为本发明中双铣组合刀刀座的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、刀座；11、弧形槽；12、刀座平面；13、刀头安装斜面；141、第一清角槽；142、第二清角槽；143、第三清角槽；15、压紧螺栓孔；16、抵头螺丝孔；17、让位面；2、刀头；21、安装孔；3、特制压紧螺栓；31、固定孔；4、抵头螺丝。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

参看图3，本实施例的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀主要用于金属铝锭的切削，双铣组合刀共包括2把对称设置的铣刀，2把铣刀的形状结构类似，主要包括刀座1、刀头2和刀头快换结构。参看图2，本实施例中刀座1的刀头安装斜面13相对于刀座平面12的倾角β为51°(即刀头安装斜面13与刀座平面12之间的夹角为51°)。该倾角设计为本实施例的一个创新之处，发明人指出，在双铣组合刀的刀座1设计之初，其根据多年的工作经验将刀头安装斜面13的倾角设计为如图1所示的角度α，α等于66°。该倾角的刀座1曾使用过一段时间，但在实际生产过程中，发明人总是发现刀具切削铝锭的效果欠佳，主要表现为切削费力、表面质量差，且刀头刃口也经常崩裂。发明人为了解决上述问题，结合生产经验开始尝试对刀头安装斜面13的倾角进行改进，这期间发明人尝试过多个角度，但都出现或切削效果差、或刃口易崩裂、或刀头与刀座易拉裂等各种问题，最终发明人确定刀头安装斜面13相对于刀座平面12的倾角β在50～55°范围内较合适，其中当倾角β为51°时效果最佳。经过多次试验得出倾角β为51°时，在铝锭的切削加工过程中刀头2所受切削阻力值最小，且刀头2附近的刀座1厚度也较合适，刀座1与刀头2的结合处不易拉裂，又由于刀头2受力较轻松，刃口崩裂现象也大大减少，刀具经久耐用，对铝锭的切削质量也得到了提高。

本实施例的另一个创新之处在于将刀座1与刀头2从传统焊接为一体的方式改进为可拆卸连接的方式，这主要是考虑到双铣组合刀的体积较大，将刀座1与刀头2焊接为一体，刀头2刃口崩裂后，使用砂轮对刃口进行刃磨修复时，刀头2对砂轮的撞击力较大，易发生危险且刃口修磨操作不易掌控。本实施例在刀头安装斜面13的上部开设了刀头安装槽，将刀头2插入该刀头安装槽内，由刀头快换结构将刀头2固定，所述的刀头快换结构包括特制压紧螺栓3和抵头螺丝4，特制压紧螺栓3的一端为弯头，该特制压紧螺栓3的侧壁上开设有固定孔31；所述的刀头2上开设有安装孔21，对应地，刀座1的刀头安装槽内也开设有压紧螺栓孔15，特制压紧螺栓3穿过安装孔21、压紧螺栓孔15将刀头2限位在刀头安装槽内，同时，刀座1的上表面对应固定孔31的位置开设有抵头螺丝孔16，抵头螺丝4通过该抵头螺丝孔16插入固定孔31内固定刀头2。本实施例对刀头2与刀座1连接结构的巧妙设计，不仅能够保证刀头2与刀座1可靠连接，且刀头2的安装、拆卸也十分方便。如此，一方面修复刀头刃口时，可快速将刀头拆下单独对其进行砂轮修磨，修磨操作更易掌控且不会出现危险，另一方面在破损刀头修复过程中可快速更换新的刀头，不致影响刀具使用。此外，本实施例将刀头2设计为平行六面体结构，并在平行六面体的两对角边设置了2个刃口，切削铝锭过程中，一个刃口破损后可先更换使用另一刃口，待两个刃口都破损后再拆卸修磨，刀头2的使用时间更长，节约了更换时间，提高了生产效率。

本实施例为了获得更好地切削效果，延长刀具的使用寿命，还进行了以下的结构改进：

其一，本实施例采用弧形槽11过渡刀座平面12和刀头安装斜面13，弧形槽11的弧面半径为10mm，弧形槽11的设计能够增加刀座1的强度，有助于延长刀具的使用寿命。

其二，本实施例在刀座1的上表面设计了一个让位面17，该让位面17相对于水平面的倾角γ为9°(参看图2和图3)。本实施例设计让位面17，主要是由于双铣组合刀在使用过程中需不断旋转，其刀座1的上表面总是会因震动等原因碰到加工件，导致刀座1的上表面受损，影响刀具的使用寿命。发明人通过多次尝试最终确定，让位面17相对于水平面(此处水平面对应刀座1正常放置于地面时的状态)的倾角γ为9°时，刀座1的上表面绝对不会碰到加工件。

其三，本实施例在刀头安装槽内设置了第一清角槽141、第二清角槽142和第三清角槽143，第三清角槽143用于容纳刀头2的一刃口，第二清角槽142用于容纳刀头2与刃口相邻的边，第一清角槽141用于容纳刀头2尖角。所述的第二清角槽142和第三清角槽143的横截面均为半圆形，半径为2mm。本实施例清角槽的设计有两方面的作用，首先半径为2mm的半圆形第二清角槽142和第三清角槽143能够起到固定刀头2的作用，配合特制压紧螺栓3、抵头螺丝4的固定，能够保证刀具使用过程中，刀头2不产生晃动；其次，清角槽也能够起到缓冲、保护刃口的作用。

本实施例通过上述一系列结构改进，确保了铝锭双铣组合刀有很好的使用效果，投入到生产中能够大大提高生产效率，且对双铣组合刀的改进成本并不高，便于在厂家推广应用。

本实施例为获得双铣组合刀更好的使用效果，还提供了一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀座的加工方法，其步骤为：

步骤一、刀座原材料的准备：

刀座采用锻造毛坯制得，该锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.39，Si：0.26，Mn：0.63，S：0.035，P：0.030，Cr：0.94，Ni：0.025，Cu：0.030，其余为Fe。

步骤二、锻造毛坯的退火处理：

将步骤一中的锻造毛坯经退火炉对其进行退火处理，首先升温到750℃，保温5h，再以10℃/h的速度冷却至700℃，保温2h后，再以6℃/h的速度冷却降温到600℃以下，出炉空冷。本实施例的锻造毛坯在进行退火处理前硬度为217HBS，退火处理后硬度能降至154HBS。

步骤三、锻造毛坯的粗加工：

1)铣步骤二经退火处理的锻造毛坯的平面和侧面，加工尺寸到107+0.2mm，98+0.2mm，铣锻造毛坯的端面，加工尺寸到109+0.2mm，铣刀头安装斜面13相对于刀座平面12的倾角至51°并留1°的余量，刀座初步成型。

2)铣刀座的刀头安装槽，划线打压紧螺栓孔15、抵头螺丝孔16并攻丝。

步骤四、刀座的调质热处理：

将经步骤三粗加工的刀座，在20分钟内加热到淬火温度850℃，使用32#油油冷；然后回火，回火温度为650℃，调质以后硬度达HB360，在该硬度下刀座的韧性、耐磨性、抗拉强度等性能最适合于双铣组合刀切削铝锭的要求。

步骤五、刀座的深加工：

1)将经步骤四热处理的刀座进一步深加工，磨刀座的平面、侧面和端面，留0.02mm的余量；

2)使用工装夹具夹持刀座，精铣刀头安装斜面13相对于刀座平面12的倾角至51°，弧形槽11的弧面半径至10mm；

3)精铣刀座的刀头安装槽，至第二清角槽142和第三清角槽143的半径为2mm，并对压紧螺栓孔15、抵头螺丝孔16复丝；

4)精磨刀座的平面、侧面以及端面至图纸要求尺寸；

5)精铣让位面17相对于水平面的倾角γ为9°。

本实施例根据改进后双铣组合刀的使用要求，通过合理的成分配备和加工工艺控制，使得铝锭双铣组合刀座的韧性、耐磨性和抗拉强度等性能得到进一步优化，进而延长了刀具的使用寿命。

实施例2

本实施例的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例设计刀头安装斜面13相对于刀座平面12的倾角β为50°，弧形槽11的弧面半径为15mm。本实施例的刀座加工工艺中：步骤一锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.44，Si：0.37，Mn：0.80，S：0.035，P：0.035，Cr：1.1，Ni：0.030，Cu：0.030，其余为Fe。步骤二的退火处理过程为：首先升温到760℃，保温6h，再以5℃/h的速度冷却，降温到600℃以下，出炉空冷，退火处理后锻造毛坯的硬度163HBS。步骤四的热处理过程为：在25分钟内加热到淬火温度860℃，油冷；然后回火，回火温度为660℃，调质以后硬度达HB380。

实施例3

本实施例的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例设计刀头安装斜面13相对于刀座平面12的倾角β为55°，弧形槽11的弧面半径为13mm。本实施例的刀座加工工艺中：步骤一锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.37，Si：0.17，Mn：0.50，S：0.032，P：0.034，Cr：0.80，Ni：0.028，Cu：0.030，其余为Fe。步骤二的退火处理过程为：首先升温到740℃，保温4h，再以7℃/h的速度冷却，降温到600℃以下，出炉空冷，退火处理后锻造毛坯的硬度160HBS。步骤四的热处理过程为：在25分钟内加热到淬火温度840℃，油冷；然后回火，回火温度为655℃，调质以后硬度达HB330。

实施例1～3所述的一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，为确保铝锭双铣组合刀在切削过程中受力轻松、经久耐用，采用加大刀头切削倾角、一刀多边使用且可快速更换的方式，来完成对金属铝锭的快速切削，同时，还对双铣组合刀的加工方法进行了改进，使得刀具的刀头、刀座韧性、耐磨性和抗拉强度好，延长了刀具的使用寿命。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种机械式快速更换型铝锭双铣组合刀，包括刀座(1)和刀头(2)，其特征在于：还包括刀头快换结构，刀座(1)的刀头安装斜面(13)相对于刀座平面(12)的倾角β为51°，刀座平面(12)和刀头安装斜面(13)之间由弧形槽(11)过渡，弧形槽(11)的弧面半径为10～15mm；刀头安装斜面(13)的上部开设有刀头安装槽，所述的刀头(2)插入该刀头安装槽内，并由刀头快换结构固定，所述的刀头快换结构包括特制压紧螺栓(3)和抵头螺丝(4)，特制压紧螺栓(3)的一端为弯头，该特制压紧螺栓(3)的侧壁上开设有固定孔(31)；所述的刀头(2)上开设有安装孔(21)，对应地，刀座(1)的刀头安装槽内也开设有压紧螺栓孔(15)，特制压紧螺栓(3)穿过安装孔(21)、压紧螺栓孔(15)将刀头(2)限位在刀头安装槽内；刀座(1)的上表面对应固定孔(31)的位置还开设有抵头螺丝孔(16)，抵头螺丝(4)通过该抵头螺丝孔(16)插入固定孔(31)内固定刀头(2)；刀头(2)为平行六面体结构，包括两对角设置的刃口；所述的刀座(1)的上表面还包括一让位面(17)，该让位面(17)相对于水平面的倾角γ为9°；所述的刀头安装槽内还设置有第一清角槽(141)、第二清角槽(142)和第三清角槽(143)，第三清角槽(143)容纳刀头(2)的一刃口，第二清角槽(142)容纳刀头(2)与刃口相邻的边，第一清角槽(141)容纳刀头(2)尖角；所述的第二清角槽(142)和第三清角槽(143)的横截面均为半圆形，半径为2mm；该双铣组合刀座的加工步骤为：

步骤一、刀座原材料的准备：

刀座采用锻造毛坯制得，该锻造毛坯的组分按重量百分比计为：C：0.39％，Si：0.26％，Mn：0.63％，S：0.035％，P：0.030％，Cr：0.94％，Ni：0.025％，Cu：0.030％，其余为Fe；

步骤二、锻造毛坯的退火处理：

将步骤一中的锻造毛坯经退火炉对其进行退火处理，首先升温到750℃，保温5h，再以10℃/h的速度冷却，降温到至700℃，保温2h后，再以6℃/h的速度冷却降温到600℃以下，出炉空冷；锻造毛坯在进行退火处理后硬度降至154HBS；

步骤三、锻造毛坯的粗加工：

1)铣步骤二经退火处理的锻造毛坯，留0.2mm的余量，刀座初步成型；

2)铣刀座的刀头安装槽，划线打压紧螺栓孔(15)、抵头螺丝孔(16)并攻丝；

步骤四、刀座的调质热处理：

将经步骤三粗加工的刀座，在20分钟内加热到淬火温度850℃，油冷；然后回火，回火温度为650℃，调质以后硬度达HB360；

步骤五、刀座的深加工：

1)将经步骤四热处理的刀座进一步深加工，磨刀座的平面、侧面和端面，留0.02mm的余量；

2)使用工装夹具夹持刀座，精铣刀头安装斜面(13)相对于刀座平面(12)的倾角至51°，弧形槽(11)的弧面半径至10mm；

3)精铣刀座的刀头安装槽，刀头安装槽包括第一清角槽141、第二清角槽142和第三清角槽143；至第二清角槽(142)和第三清角槽(143)的半径为2mm，并对压紧螺栓孔(15)、抵头螺丝孔(16)复丝；

4)精磨刀座的平面、侧面以及端面至图纸要求尺寸；

5)精铣让位面(17)相对于水平面的倾角γ为9°。