CN105149668A - 一种汽轮机转子轮槽半精铣刀 - Google Patents

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谢鸿
徐志明
王强
贠庆芳
周乐安
刘光耀
赵毅
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Abstract

本发明公开了一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，包括：刀柄、容屑槽和切削刃；所述容屑槽的螺旋角贯穿全部切削刃；其特征在于：所述切削刃前刀面设计有负棱边，法向前角沿型线轮廓根据各点切削余量变化而不同，所述切削刃后刀面为尖齿结构。本发明采用负棱边设计理念开发，抗崩刃性能非常优异，有效增强了刀具可靠性，大幅度提高了刀具效率和耐用度。

Description

一种汽轮机转子轮槽半精铣刀
技术领域
本发明涉及的是一种机械制造技术领域的刀具，具体地讲是一种汽轮机转子轮槽半精铣刀。
背景技术
轮槽铣削一直以来是汽轮机转子加工过程中比较耗时的生产工序，因而轮槽铣刀也成为汽轮机制造行业备受关注的刀具装备技术，直接反映汽轮机转子轮槽加工水平。轮槽铣刀切削状态比普通铣刀复杂，市面上和行业内采用的轮槽铣刀采用粉末高速钢刀具材料、直槽或斜槽结构，存在切削力大、易振动、刃口易磨损、刀具寿命短、消耗量大、生产效率低等不足。所以轮槽铣刀的改进往往是推动轮槽高效加工技术进步的最直接动力。
硬质合金具有红硬性好、硬度高、更耐磨等特点，但是由于硬质合金材料脆性较大，在使用过程中，切削刃易破损而使得刀具安全性和可靠性降低，缩短刀具寿命。以上问题的出现对硬质合金半精铣刀提出了更加严格的技术要求，有必要进行优化设计，提升刀具的抗崩刃性能。
同时，枞树型轮槽铣刀切削刃沿型线轮廓各点切削余量不同、切削速度不同即各点切削状态不同。因此，必须根据各点切削状态个性化定制设计各点的法向前角，实现刀具材料、刃口几何与切削状态的完美匹配，达到提升刀具寿命和加工效率的目的，这对轮槽铣刀设计而言无疑是一个挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，提升轮槽铣削加工效率以及刀具寿命，降低成本。
实现本发明的技术方案是: 一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，包括：刀柄、容屑槽和切削刃；所述容屑槽的螺旋角贯穿全部切削刃；其特征在于：所述切削刃前刀面设计有负棱边，法向前角沿型线轮廓根据各点切削余量变化而不同，所述切削刃后刀面为尖齿结构。
所述切削刃的法向前角为0°～ -15°；其中，切削刃底部法向前角为0°～ -5°，切削刃侧边中部对应法向前角为-5°～ -10°，切削刃波峰对应法向前角为-10°～ -15°；切削刃直线部位一、二对应法向前角根据切削余量分别等同于切削刃底部和切削刃侧边中部对应的法向前角。
所述切削刃的负棱边宽度为1～3mm。
所述切削刃的第一后角刃带宽度为0.5～1.5mm，第一后角为6°～14°。
所述切削刃的钝化刃口半径为0.01～0.05mm。
所述切削刃上的分屑槽为圆弧形，波距为1.0mm～2.0mm，波深为0.15～0.3mm，多刃错齿分布。
所述容屑槽是等螺旋角或等导程的螺旋槽，螺旋角为10°～40°，右旋方式。
所述铣刀采用超细晶粒硬质合金材料制得，刃部表面涂层为PVD纳米复合涂层TiAlN，涂层厚度2～3μm。
本发明产生的有益效果是：
1、本发明所述成型铣刀与高速钢成型铣刀相比，切削效率提升4.5倍，进给从10～15mm/min 提高到45～60mm/min。
2、使用本发明所述成型铣刀与使用高速钢成型铣刀相比，刀具寿命提升8倍，刀具寿命从2m提高到16m。
3、本发明所述成型铣刀与一般整体硬质合金成型铣刀相比，一件棱边结构硬质合金铣刀相当于4件一般硬质合金成型铣刀，成本降低70%以上。
4、本发明所述成型铣刀与高速钢成型铣刀相比，在综合考虑设备费用和刀具费用的情况下，单件加工费用节约成本30%～40%。
5、本发明所述成型铣刀通用性强，能广泛用于各类型线轮槽的加工，适用于大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例立体结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3本发明所述半精铣刀法向前角控制点示意图；
图4汽轮机转子轮槽半精铣刀切削余量示意图；
图5本发明刃口棱边法向剖面示意图。
图中标号： 1—切削刃部位一，2—切削刃部位二，3、7、11、15—切削刃底部，4、6、8、10、12、14、16、18—切削刃侧边中部，5、9、13、17—切削刃波峰，19—刀柄， 20—容屑槽，21—切削刃，22—后刀面，23—负棱边，24—切削余量，25—切削余量中间线，26—0°前刀面，27—分屑槽，ai—棱边宽度，αni—法向前角，bi—第一后角刃带宽度，γni—第一后角。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，包括：刀柄19、容屑槽20和切削刃21。刀柄19采用国家标准（GB/T 6117.1-2010）；容屑槽20的螺旋角贯穿全部切削刃21；所述的切削刃21前刀面设计有负棱边23，棱边宽度ai=3mm。法向前角αni沿型线轮廓根据各点切削余量24变化而不同。
具体如图3、图4和图5所示，以0°前刀面26为参考，切削刃21的法向前角αni为0° ～ -15°；其中，切削刃底部3、7、11、15法向前角αni为-5°，切削刃侧边中部4、6、8、10、12、14、16、18对应法向前角αni为-10°，切削刃波峰位置5、9、13、17对应法向前角αni为-15°；切削刃部位一1和切削刃部位二2对应法向前角αni根据切削余量24分别等同于切削刃底部和切削刃侧边中部对应的法向前角。切削余量中间线25与切削刃21的底部和波峰等距。切削刃后刀面22为尖齿结构，第一后角刃带宽度bi=1.5mm，第一后角γni= 14°。
如图2所示，切削刃21的钝化刃口半径为0.05mm。刃部周向均匀分布有若干个呈螺旋型线布置的切削刃21，相邻切削刃21之间的容屑槽20是等螺旋角或等导程的螺旋槽，等螺旋角为40°，螺旋式容屑槽20采用右旋设计。切削刃21上的分屑槽27为圆弧形，波距为2.0mm，波深为0.3mm，三刃错齿分布。
实施例2
如图1所示，一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，包括：刀柄19、容屑槽20和切削刃21。刀柄19采用国家标准（GB/T 6117.1-2010）；容屑槽20的螺旋角贯穿全部切削刃21；所述的切削刃21前刀面设计有负棱边23，棱边宽度ai=2mm。法向前角αni沿型线轮廓根据各点切削余量24变化而不同。
具体如图3、图4和图5所示，以0°前刀面26为参考，切削刃21的法向前角αni为0° ～ -15°；其中，切削刃底部3、7、11、15法向前角αni为-3°，切削刃侧边中部4、6、8、10、12、14、16、18对应法向前角αni为-7°，切削刃波峰位置5、9、13、17对应法向前角αni为-12°；切削刃部位一1和切削刃部位二2对应法向前角αni根据切削余量24分别等同于切削刃底部和切削刃侧边中部对应的法向前角。切削余量中间线25与切削刃21的底部和波峰等距。切削刃后刀面22为尖齿结构，第一后角刃带宽度bi=1mm，第一后角γni=8°。
如图2所示，切削刃21的钝化刃口半径为0.03mm。刃部周向均匀分布有若干个呈螺旋型线布置的切削刃21，相邻切削刃21之间的容屑槽20是等螺旋角或等导程的螺旋槽，等螺旋角为20°，螺旋式容屑槽20采用右旋设计。切削刃21上的分屑槽27为圆弧形，波距为1.5mm，波深为0.2mm，三刃错齿分布。
实施例3
如图1所示，一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，包括：刀柄19、容屑槽20和切削刃21。刀柄19采用国家标准（GB/T 6117.1-2010）；容屑槽20的螺旋角贯穿全部切削刃21；所述的切削刃21前刀面设计有负棱边23，棱边宽度ai=1～3mm。法向前角αni沿型线轮廓根据各点切削余量24变化而不同。
具体如图3、图4和图5所示，以0°前刀面26为参考，切削刃21的法向前角αni为0° ～ -15°；其中，切削刃底部3、7、11、15法向前角αni为0°，切削刃侧边中部4、6、8、10、12、14、16、18对应法向前角αni为-5°，切削刃波峰位置5、9、13、17对应法向前角αni为-10°；切削刃部位一1和切削刃部位二2对应法向前角αni根据切削余量24分别等同于切削刃底部和切削刃侧边中部对应的法向前角。切削余量中间线25与切削刃21的底部和波峰等距。切削刃后刀面22为尖齿结构，第一后角刃带宽度bi=0.5mm，第一后角γni=6°。
如图2所示，切削刃21的钝化刃口半径为0.01mm。刃部周向均匀分布有若干个呈螺旋型线布置的切削刃21，相邻切削刃21之间的容屑槽20是等螺旋角或等导程的螺旋槽，等螺旋角为10°，螺旋式容屑槽20采用右旋设计。切削刃21上的分屑槽27为圆弧形，波距为1.0mm，波深为0.15mm，三刃错齿分布。
上述实施例中，汽轮机转子轮槽半精铣刀采用超细颗粒硬质合金，该超细颗粒硬质合金的硬度HV(30)≥1500、抗弯强度≥4000MPa、断裂韧性≥15 MPa∙m^(1/2)；涂层为PVD纳米复合涂层，该涂层材料为TiAlN、涂层厚度为2～3μm，抗氧化温度>900℃、涂层残余应力控制为压应力。

Claims (8)

1.一种汽轮机转子轮槽半精铣刀，包括：刀柄、容屑槽和切削刃；所述容屑槽的螺旋角贯穿全部切削刃；其特征在于：所述切削刃前刀面设计有负棱边，法向前角沿型线轮廓根据各点切削余量变化而不同，所述切削刃后刀面为尖齿结构。
2.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述切削刃的法向前角为0°～ -15°；其中，切削刃底部法向前角为0°～ -5°，切削刃侧边中部对应法向前角为-5°～ -10°，切削刃波峰对应法向前角为-10°～ -15°；切削刃部位一、二对应法向前角根据切削余量分别等同于切削刃底部和切削刃侧边中部对应的法向前角。
3.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述切削刃的负棱边宽度为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述切削刃的第一后角刃带宽度为0.5～1.5mm，第一后角为6°～14°。
5.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述切削刃的钝化刃口半径为0.01～0.05mm。
6.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述切削刃上的分屑槽为圆弧形，波距为1.0mm～2.0mm，波深为0.15～0.3mm，多刃错齿分布。
7.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述容屑槽是等螺旋角或等导程的螺旋槽，螺旋角为10°～40°，右旋方式。
8. 根据权利要求1所述的汽轮机转子轮槽半精铣刀，其特征在于：所述铣刀采用超细晶粒硬质合金材料制得，刃部表面涂层为PVD纳米复合涂层TiAlN，涂层厚度2～3μm。
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