CN105642985A - 一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀 - Google Patents

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陈明
李中权
贺旭东
明伟伟
杨长祺
郭国强
安庆龙
昝林
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Shanghai Jiaotong University
Shanghai Space Precision Machinery Research Institute
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B23C5/1081—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft with permanently fixed cutting inserts 
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2200/00—Details of milling cutting inserts
    • B23C2200/32—Chip breaking or chip evacuation

Abstract

一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀，包括刀柄部、刀颈部和切削部，所述刀颈部一端固定连接所述刀柄部，另一端固定连接所述切削部，其特征在于，所述切削部为圆柱状，外圆周面上设置有三条均匀分布且绕中心轴线旋转的螺旋线形的外周刃，每两相邻的外周刃之间设有一螺旋状的切削槽，所述切削部的末端为平底结构，底面上设置有分别连接三条外周刃与中心的三条底刃，所述外周刃的刃口为渐变结构，该外周刃的前角γ为12°，后角α为10°。本发明通过优化刀具结构，提高了刀具刚性和强度，延长了刀具使用寿命，降低了切削力，改善了排屑效果，从而提高了生产效率和表面加工质量，降低了生产成本。

Description

一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀
技术领域
本发明涉及一种金属切削刀具，具体涉及一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀，属于精密加工技术领域。
背景技术
航天用薄壁壁板整体结构件一般采用铝合金材料，加工后工件呈现网格状，壁厚最厚处可达18mm，最薄处仅有2～3mm，因而材料去除率非常大，甚至高达70％～90％。同时，工件的形状较为复杂，需要采用多轴联动铣削加工，因而对刀具本身的刚性和强度提出了一定的要求。传统的铣刀在最佳铣削状态时轴向切深较小，加工效率偏低，无法满足加工生产效率的要求，而在大切深条件下，刀具的刚性和强度又显不足，容易出现磨损，刀具寿命短，导致加工成本偏高。因而刀具的优化至关重要。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有航空用薄壁壁板整体结构件采用铝合金专用铣刀进行加工所导致的加工效率低、刀具强度低以及刀具磨损严重等问题，提供一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀，通过优化刀具结构，降低切削力，改善排屑效果，提高刀具刚性和强度，延长使用寿命，从而提高生产效率和表面加工质量，降低生产成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀，包括刀柄部、刀颈部和切削部，所述刀颈部一端固定连接所述刀柄部，另一端固定连接所述切削部，其特征在于，所述切削部为圆柱状，外圆周面上设置有三条均匀分布且绕中心轴线旋转的螺旋线形的外周刃，每两相邻的外周刃之间设有一螺旋状的切削槽，所述切削部的末端为平底结构，底面上设置有分别连接三条外周刃与中心的三条底刃，所述外周刃的刃口为渐变结构，该外周刃的前角γ为12°，后角α为10°。
进一步地，所述的外周刃的刃口设有倒圆，倒圆的半径为0.1～0.3mm。
进一步地，所述的切削部的外表面覆盖有6μm厚的微纳复合金刚石涂层。
进一步地，所述的铣刀的基体材料为超细晶粒的含钴硬质合金，并且该基体材料中的钴含量呈梯度分布，由所述铣刀的表面到内部含量逐渐升高。
进一步地，所述的外周刃与底刃的相接处为刀尖，该刀尖的圆角半径为1.0mm。
进一步地，所述的切削槽的螺旋角为40°。
进一步地，所述的铣刀的长度为90mm，其中，刀柄部的长度为45mm，直径为14mm，刀颈部的直径为13mm，切削部的直径为14mm，外周刃的长度为14mm。
进一步地，所述的刀柄部、刀颈部和切削部的强度相等。
本发明的有益效果在于：
由于采用了大前角和螺旋切削刃，因而减少了切削过程中材料的变形，降低了切削力，同时也便于排屑；铣刀切削刃口的倒圆结构，在一定程度上加强了刃口强度，避免了加工过程中出现微崩刃；铣刀的切削部覆有金刚石涂层，降低了摩擦系数，加工时一般不易发生粘附和扩散磨损，能够有效提高刀具强度，延长刀具使用寿命，还可以避免机械瘤的产生；同时铣刀良好的热稳定性使得切削速度得以大幅度提高，进而提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明切削部外周刃的刃形图。
图中，1—刀柄部，2—刀颈部，3—切削部，4—切削槽，5—外周刃，6—后刀面，7—底刃，8—前刀面，γ—前角，α—后角。
具体实施方式
下面对本发明的实施例做详细说明，下述实施例以本发明技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，图示用于贮箱壁板高速加工的铣刀包括：刀柄部1、刀颈部2和切削部3，其中，刀颈部2一端固定连接刀柄部1，另一端固定连接切削部3。所述的铣刀的长度为90mm，其中，刀柄部1的长度为45mm，直径为14mm，刀颈部2的直径为13mm，切削部3的直径为14mm。所述的刀柄部1、刀颈部2和切削部3的强度相等，即结构采用等强度设计，从而刀具整体强度具有较好的一致性，不会出现某些部分很早就破坏了而另外一些部分还强度余度还很大的现象，减少了浪费。
所述切削部3为圆柱状，外圆周面上设置有三条螺旋线形的外周刃5，该三条外周刃5均匀分布且绕所述切削部3的中心轴线旋转，每两相邻的外周刃5之间设有一螺旋状的切削槽4，即切削部3共设有三条切削槽4，从切削部3的末端延伸到刀颈部2的下端。所述切削槽4的螺旋角是40°，螺旋角的存在使得外周刃5实际的前角变大，有利于排屑，同时切削槽4使外周刃5逐步切入工件，避免刀具切入瞬时切削力过大，从而保证了切削过程的平稳性。所述切削部3的有效长度为14mm，即外周刃5的长度为14mm。
所述外周刃5的刃口为渐变结构，该刃口处设有倒圆，倒圆的半径为0.1～0.3mm，可以保证铣削刃口受力均衡，减小振动冲击。请参阅图2，所述外周刃5具有前刀面8和后刀面6，前刀面8与后刀面6相接的刃口处具有一切削面以及垂直于该切削面的垂直面，所述外周刃5的前刀面8与所述垂直面之间形成前角γ，该前角γ的角度为12°，所述外周刃5的后刀面6与所述切削面之间形成后角α，该后角α的角度为10°。后刀面6的存在可以保证所加工工件的尺寸与形状精度。
所述切削部3的末端为平底结构，底面上设置有三条底刃7，该三条底刃7分别连接三条外周刃5与切削部3轴线的中心，即所述底刃7与所述外周刃5相接且过中心。所述的外周刃5与底刃7的相接处为刀尖，该刀尖的圆角半径为1.0mm，从而保证刀尖的加工强度，避免刀具在加工过程中出现刀尖崩断的现象。
使用传统的富铝涂层材料铣刀加工铝合金工件时，一般易发生粘附和扩散磨损，造成刀具涂层的快速磨损和剥落，因而本发明选用微纳复合金刚石涂层覆盖在所述切削部3的外表面，厚度为6μm，硬度HV为100GPa。微纳复合金刚石涂层有效地减小了表面摩擦系数，进行铝合金薄壁件加工时不易发生粘附和扩散磨损，可以避免机械瘤的产生，同时对刀具基体材料有一定的保护作用，能够有效提高刀具强度和加工表面质量，还可以延长刀具使用寿命。
所述的铣刀选用超细晶粒的硬质合金作为基体材料，硬度是HRC72～76，显著的提高了刀具的刚性、韧性和强度，保证了一定的加工强度；该基体材料中的钴含量呈梯度分布，由所述铣刀的表面到内部含量逐渐升高，表面钴含量少有利于金刚石涂层的粘附，防止涂层时金刚石石墨化。
传统工艺完成薄壁壁板的粗、半精加工需要两把刀具：粗铣刀和半精铣刀，而本实施例工作时可以直接完成这两道工序，节省了换刀时间和切削加工时间。
本发明的切削部3覆有金刚石涂层，外周刃5进行了倒圆强化，从而提高了刀具刚性和强度，延长了刀具使用寿命，提高了加工效率，降低了生产和刀具成本，提高了排屑效果和表面加工质量。

Claims (8)

1.一种用于贮箱壁板高速加工的铣刀，包括刀柄部、刀颈部和切削部，所述刀颈部一端固定连接所述刀柄部，另一端固定连接所述切削部，其特征在于，所述切削部为圆柱状，外圆周面上设置有三条均匀分布且绕中心轴线旋转的螺旋线形的外周刃，每两相邻的外周刃之间设有一螺旋状的切削槽，所述切削部的末端为平底结构，底面上设置有分别连接三条外周刃与中心的三条底刃，所述外周刃的刃口为渐变结构，该外周刃的前角γ为12°，后角α为10°。
2.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的外周刃的刃口设有倒圆，倒圆的半径为0.1～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的切削部的外表面覆盖有6μm厚的微纳复合金刚石涂层。
4.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的铣刀的基体材料为超细晶粒的含钴硬质合金，并且该基体材料中的钴含量呈梯度分布，由所述铣刀的表面到内部含量逐渐升高。
5.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的外周刃与底刃的相接处为刀尖，该刀尖的圆角半径为1.0mm。
6.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的切削槽的螺旋角为40°。
7.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的铣刀的长度为90mm，其中，刀柄部的长度为45mm，直径为14mm，刀颈部的直径为13mm，切削部的直径为14mm，外周刃的长度为14mm。
8.根据权利要求1所述的用于贮箱壁板高速加工的铣刀，其特征在于，所述的刀柄部、刀颈部和切削部的强度相等。
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