CN104772478B - 可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法 - Google Patents

可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于刀具技术领域，公开了一种可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法。刀具包括CBN刀具主体，具有刃口，刃口具有切削前角、切削后角，刃口的前端具有倒棱角，倒棱角与切削前角交接处具有刃口钝化圆角；切削前角的角度为8至12度，切削后角的角度为5至8度，倒棱角的角度为‑4至‑6度，刃口钝化圆角的圆角半径为0.02至0.04毫米。使用方法包括以下步骤，将合金基体通过刀头锁紧螺丝、微调锁紧螺丝、微调螺丝连接于刀柄，将刀柄放于对刀仪，将刀具固定连接于合金基体，然后对刀具进行粗调和精调。本发明所提供的可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法，其可以适用于粉末冶金铝合金双金属材料的加工，且加工质量好、效率高。

Description

可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法
技术领域
本发明属于刀具技术领域，尤其涉及一种可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法。
背景技术
目前，汽车零部件等工件的加工中，部分工件的材料是粉末冶金和铝合金双金属材料，孔加工类特别多，而且产品的复杂程度和精度要求高，对所使用刀具提出了更高的要求。
现有技术中，在粉末冶金、铝合金双金属汽车零部件孔直径大于25的精加工中，主要还是以超硬涂层的硬质合金刀片或整体焊接超硬材料刀具为主，且粉末冶金与铝合金两种材料的特性差异很大，适合切削铝合金的刀粒，不宜切削粉末冶金，相反亦然，所以，要加工粉末冶金铝合金双金属材料一直是个难以克服的难点。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法，其可适用于粉末冶金铝合金双金属材料等加工，且加工质量好、效率高。
本发明的技术方案是：一种可应用于双金属加工的刀具，包括CBN刀具主体，所述CBN刀具主体具有刃口，所述刃口具有切削前角、切削后角，所述切削前角、切削后角分别位于刃口的两侧，所述刃口的前端具有倒棱角，所述倒棱角与所述切削前角交接处具有刃口钝化圆角；所述切削前角的角度为8至12度，所述切削后角的角度为5至8度，所述倒棱角的角度为-4至-6度，所述刃口钝化圆角的圆角半径为0.02至0.04毫米。
可选地，所述切削前角的角度为10度，所述切削后角的角度为7度。
可选地，所述倒棱角的角度为-5度，所述刃口钝化圆角的圆角半径为0.03毫米。
可选地，所述CBN刀具主体设置有封闭分屑断屑凸台。
可选地，所述刀具还包括合金基体，所述CBN刀具主体焊接于所述合金基体，所述合金基体设置有刀片锁紧孔。
可选地，所述倒棱角的宽度为0.08毫米。
本发明还提供了一种上述刀具的使用方法，包括以下步骤，将合金基体通过刀头锁紧螺丝、微调锁紧螺丝、微调螺丝连接于刀柄，将刀柄放于对刀仪，将所述刀具固定连接于所述合金基体，然后对刀具进行粗调和精调。
可选地，其中所述粗调包括以下步骤：松开所述刀头锁紧螺丝，移动所述合金基体进行粗调后锁紧所述刀头锁紧螺丝；其中所述精调包括以下步骤：松开所述微调锁紧螺丝，调节所述微调螺丝后锁紧所述微调锁紧螺丝。
可选地，还包括以下步骤，将待加工的工件固定，所述工件包括粉末冶金成型部和铝合金部，将所述刀柄连接于机床的主轴，并进行试切。
可选地，所述刀柄采用渗碳钢20CrMoTi制成，并采用渗碳淬火的热处理方式，再通过深冷处理8至14小时。
本发明所提供的可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法，其可以适用于粉末冶金铝合金双金属材料的加工，且加工质量好、效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的可应用于双金属加工的刀具的示意图；
图2是图1中N-N剖面的剖面示意图；
图3是图2中I处局部放大示意图；
图4是工件的剖面示意图；
图5是本发明实施例提供的可应用于双金属加工的刀具的使用示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1～图5所示，本发明实施例提供的一种可应用于双金属加工的刀具，包括CBN刀具主体1，CBN刀具主体1采用CBN(Cubic Boron Nitride，立方氮化硼)制成，使CBN刀具主体1具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性。刀具可作为刀粒或刀片使用。所述CBN刀具主体1具有刃口，每个所述刃口均具有切削前角a、切削后角b，所述切削前角a、切削后角b分别位于刃口的两侧，所述刃口的前端具有倒棱角c，所述倒棱角c与所述切削前角a交接处具有刃口钝化圆角R；所述切削前角a的角度为8至12度，所述切削后角b的角度为4至6度，所述倒棱角c的角度为-4至-6度(4至6度)，所述刃口钝化圆角R的圆角半径为0.02至0.04毫米。倒棱角c和钝化圆角R均可以增加切削刃的强度。所述切削前角a的角度为8至12度可增加切削刃的锋利度,切削后角b的角度为5至8度可保证切削刃强度并使后角面加工时不与产品面干涉，选材上选用了适合高硬黑色金属和铝合金加工的CBN刀具主体1，可以很好地适用于如粉末冶金、铝合金双金属等材料的加工上，且加工质量好、稳定性高。
具体地，所述切削前角a的角度为10度，所述切削后角b的角度为5度，刀具的加工效果好。
具体地，所述倒棱角c的角度可以为-5度(5度)，所述刃口钝化圆角R的圆角半径可以为0.03毫米，以进一步提高刀具的加工效果。
具体地，所述CBN刀具主体1设置有封闭分屑断屑凸台11。精加工时，铁屑断屑非常困难，如果不能断屑，铁屑将缠绕进而使加工条件恶化并破坏工件的被加工面。由于CBN材料成型难加工，一般前角面是一个平面，为了克服CBN刀具难断屑的缺点，本实施例采用了镜面电蚀加工在CBN刀具主体1的前角面加工出10°角并带凸起断屑台的封闭环槽，这样既增加了切削的锋利度又能断屑。CBN刀具主体1的重要部位或全部部位都是数控刀片专用磨床加工，通过一次性装夹，把所有的待加工面全部加工出来。CBN刀具主体1的重要面，需要达倒镜面效果(如：倒棱面，钝化圆角R，切削后角b等)。保证刃口镜面效果的目的在于提高被加工件孔的粗糙度、防止黏刀和提高刀片的使用寿命。
具体地，所述刀具还包括合金基体2，所述CBN刀具主体1焊接于所述合金基体2，所述合金基体2设置有刀片锁紧孔21。CBN刀具主体1可以通过真空焊接于所述合金基体2。
本实施例中，所述倒棱角c的宽度d可以为0.08毫米。
本发明实施例还提供了一种上述刀具的使用方法，包括以下步骤，将合金基体2通过刀头锁紧螺丝31、微调锁紧螺丝32、微调螺丝33连接于刀柄30，将刀柄30放于对刀仪，将所述刀具(CBN刀具主体1)固定连接于所述合金基体2，然后对刀具进行粗调和精调。刀柄30内可以设置有用于通入冷却液的内冷孔34。
具体应用中，其中所述粗调包括以下步骤：松开所述刀头锁紧螺丝31，移动所述合金基体2进行粗调后锁紧所述刀头锁紧螺丝31；其中所述精调包括以下步骤：松开所述微调锁紧螺丝32，调节所述微调螺丝33后锁紧所述微调锁紧螺丝32。
具体地，上述刀具的使用方法还包括以下步骤，将待加工的工件9固定，所述工件9包括粉末冶金成型部91和铝合金部92，将所述刀柄30连接于机床的主轴，并进行试切。刀具将在工件上钻孔且所钻的孔901位于粉末冶金成型部91和铝合金部92，即工具需先后或同时于粉末冶金成型部91和铝合金部92上进行加工。
具体地，所述刀柄30可采用渗碳钢20CrMoTi制成，并采用渗碳淬火的热处理方式，再通过深冷处理8至14小时，本实施例中，使用气氮深冷处理10～12小时后，使加工应力得到充分释放，经过晶相分析，其组织结构更稳定。
本发明实施例所提供的一种可应用于双金属加工的刀具及该刀具的使用方法，刀具设计制造可针对性应用于粉末冶金材料D11和压铸铝合金双金属组合材料加工，具体组成方式见图4(被加工材料示意图)。其中91是D11粉末冶金材料；92是压铸铝合金；D11材料的硬度是30HRC,但该材料里均布了很多硬质点，硬度达60HRC，由于这些硬质点的存在对刀具的强度和耐用度提出了更高要求。压铸铝合金是一种软质材料，属于易切材料类，如果刀具粗糙度和锋利度差，加工时会出现黏刀的现象，在这两种特性不同的双金属存在于同一个孔中，整个孔的粗糙度和尺寸要求都非常高。刀具要兼顾锋利和强度，本实施例中，在选材上选用了适合高硬黑色金属和铝合金加工的优质CBN，由于CBN的造价高、成型难，为更好的发挥其性价比，本实施例采用了真空焊接技术，合金基体2为强度刚性好的硬质合金，切削刃为CBN材料，两者完美结合，既降低成本又能充分发挥CBN的优越性。除了在材质、焊接技术，还在刀具几何参数以及铁屑处理上进行了优化。由于CBN材料硬度高脆性大，切削刃需高强度，加工中有铝合金材料，刃口需要锋利。本实施例中，刀具参数定为：“切削刃口-5°倒棱角c，倒棱宽度为0.08毫米，刃口钝化圆角R为R0.03毫米,倒棱角c和钝化圆角R均是为了增加切削刃的强度。切削前角a为10°，切削前角a是为了增加切削刃的锋利度,切削后角b为7°，切削后角b作用是保证切削刃强度并使后角面加工时不与产品面干涉”。精加工时，铁屑断屑非常困难，如果不能断屑，铁屑将缠绕使加工条件恶化并破坏被加工面。为了克服CBN难断屑的缺点，本实施例中采用了镜面电蚀加工在CBN的前角面加工出10°角并带凸起断屑台的封闭环槽，这样既增加了切削的锋利度又能断屑。CBN刀具主体1重要部位采用数控刀片专用磨床加工，通过一次性装夹，将所有的待加工面全部加工出来。CBN刀具主体1的重要面，需要达倒镜面效果(如：倒棱面，钝化圆角R，切削后角b)。保证刃口镜面效果的目的在于提高被加工件孔的粗糙度、防止黏刀和提高刀片的使用寿命。刀具在使用时可通过其它部件组合使用。在使用前，将合金基体2、刀头锁紧螺丝31、微调锁紧螺丝32、微调螺丝33装配到刀柄30上，然后刀柄30放到对刀仪上，将CBN刀具主体1正确装入图示位置并锁紧，松开刀头锁紧螺丝31，移动合金基体2，粗调到大概尺寸，锁紧刀头锁紧螺丝31。(此款微调镗刀的调节范围是：Φ70～90毫米)，然后松开微调锁紧螺丝32，调节微调螺丝33(此微调螺丝33的调节范围：0～1毫米，调节精度为：0.002毫米)调到需要的尺寸后锁紧微调锁紧螺丝32。再将调整好的刀柄30与机床主轴正确连接后试切，根据实测被加工孔尺寸，调节微调机构直到加工出合格的孔。由于被加工材料是双金属材料，加工难度大。加工时的切削热非常大，加工时可以通过内冷孔34注入高压冷却液，改善加工环境。高压冷却液可快速带走铁屑和大量切削热。刀柄30的材质采用渗碳钢20CrMoTi，采用渗碳淬火，淬火后表面硬度：60～62HRC，硬层厚度：0.8～1.5毫米；芯部硬度：20～25HRC。这样处理后刀柄30兼顾了强度和韧性，作为好的精加工柄，不仅要有高的精度而且需要有良好的稳定性，也就是说刀柄30正常使用一年以上，刀柄30的精度在允许范围的变化。一般的短时间处理是达不到这种要求。经过重复试验、总结、分析，通过气氮深冷处理10～12小时后，加工应力得到充分释放，经过金相分析组织结构更稳定。而且经过冷处理后的柄的防锈效果好。合金基体2采用的材料是合金钢42CrMo,淬火硬度：40～42HRC，刀具可以通过梅花螺丝将刀片紧固到刀头上，压紧力需适中并检查各配合面有无间隙。刀头加工好后也经过冷处理，作用同刀柄30冷处理。经过切削对比，本实施例所提供的一粒上述CBN刀具主体1能加工90～110个孔，而且CNB刀片加工的孔质量好，加工效率提高了1.5～2倍。其它涂层硬质合金刀片仅能加工10～15个孔，本实施例所提供的上述CBN刀具主体1，可以为厂家节约了刀具成本，提高了生产效率，降低了产品废品率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可应用于双金属加工的刀具，其特征在于，包括CBN刀具主体，所述CBN刀具主体具有刃口，所述刃口具有切削前角、切削后角，所述切削前角、切削后角分别位于刃口的两侧，所述刃口的前端具有倒棱角，所述倒棱角与所述切削前角交接处具有刃口钝化圆角；所述切削前角的角度为8至12度，所述切削后角的角度为5至8度，所述倒棱角的角度为－4至－6度，所述刃口钝化圆角的圆角半径为0.02至0.04毫米，所述刀具还包括合金基体，所述刀具主体焊接于所述刀具基体。
2.如权利要求1所述的可应用于双金属加工的刀具，其特征在于，所述切削前角的角度为10度，所述切削后角的角度为7度。
3.如权利要求1所述的可应用于双金属加工的刀具，其特征在于，所述倒棱角的角度为－5度，所述刃口钝化圆角的圆角半径为0.03毫米。
4.如权利要求1至3中任一项所述的可应用于双金属加工的刀具，其特征在于，所述CBN刀具主体设置有封闭分屑断屑凸台。
5.如权利要求1至3中任一项所述的可应用于双金属加工的刀具，其特征在于，所述刀具还包括合金基体，所述CBN刀具主体焊接于所述合金基体，所述合金基体设置有刀片锁紧孔。
6.如权利要求1至3中任一项所述的可应用于双金属加工的刀具，其特征在于，所述倒棱角的宽度为0.08毫米。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述刀具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，将合金基体通过刀头锁紧螺丝、微调锁紧螺丝、微调螺丝连接于刀柄，将刀柄放于对刀仪，将所述CBN刀具主体固定连接于所述合金基体，然后对刀具进行粗调和精调。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，其中所述粗调包括以下步骤：松开所述刀头锁紧螺丝，移动所述合金基体进行粗调后锁紧所述刀头锁紧螺丝；其中所述精调包括以下步骤：松开所述微调锁紧螺丝，调节所述微调螺丝后锁紧所述微调锁紧螺丝。
9.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，还包括以下步骤，将待加工的工件固定，所述工件包括粉末冶金成型部和铝合金部，将所述刀柄连接于机床的主轴，并进行试切。
10.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述刀柄采用渗碳钢20CrMoTi制成，并采用渗碳淬火的热处理方式，再通过深冷处理8至14小时。
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