CN105728750B - 一种环形槽加工方法及其采用的切削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切削刀具，其中刀头具有依次设置的前刀面和主后刀面；前刀面和主后刀面相交形成切削刃；前刀面的外缘至少为半圆；平行于基面的平面与主后刀面相交的外缘也至少为半圆；此外，前刀面的轴线和主后刀面的轴线共线；刀颈各处的宽度均小于前刀面的外缘直径。本发明还提供一种采用前述切削刀具的环形槽加工方法，切削刀具的刀头垂直于待加工坯料的分型面；待加工坯料旋转的同时，逐步增加切削刀具的进刀量并使刀头沿分型面的母线往复运动。采用这样的切削方法，使用一个切削刀具就可实现不同截面尺寸的环形槽的加工，且环形槽的截面形状圆度更高、表面粗糙度也更好。

Description

一种环形槽加工方法及其采用的切削刀具

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种切削刀具；另外还涉及一种采用前述切削刀具的环形槽加工方法。

背景技术

机械零件加工过程中，特别是一些模具加工过程中，经常需要加工环形槽，而环形槽的加工质量将影响后续组装产品的配合精度和后续产品的质量特性。以加工O型密封圈的O型密封圈橡胶模为例，其成型质量直接影响O型密封圈的尺寸、形状和表面粗糙度。因此，设计可靠的O型密封圈橡胶模加工方法对提高O型密封圈质量十分必要。另外，O型密封圈生产中均采用凹模、凸模配合，且凹模、凸模之间多采用45°的分型面，因此凹模环形槽的加工难度相比于凸模环形槽难很多。

现有的环形槽加工方法仍是采用普通精密车床进行加工，具体方法如下：

步骤01：将切削刀具安装在车床刀架上，找正切削刀具的刀体、使其与车床的导轨方向平行，随后按照分型面与模具轴线的夹角旋转刀架至设定角度；

步骤02：用切削刀具的刀尖触碰分型面的母线，确保刀尖与分型面的母线正好接触；

步骤03：根据成型面的尺寸，计算中拖板移动的距离，并按照移动距离将中拖板移动到设定位置；

步骤04：移动小拖板，确保切削刀具的刀尖与模具分型面的母线接触，启动机床带动模具旋转、并开始逐步增加进刀深度至加工的环形槽截面半径为切削刀具的截面半径；

步骤05：精抛光成型面至粗糙度满足要求。

通过分析可看出以上加工方法具有其不足之处，具体可分为以下几点：

1.一种切削刀具只能切割同一截面半径的一类环形槽，因此针对不同截面尺寸的环形槽需配备不同的切削刀具，刀具更换较为复杂。

2.加工过程中，切削刀具进刀量逐渐加深而加工形成环形槽，模具的具体切割过程依次为点接触切削加工→小段圆弧接触切削→大段圆弧接触切削→→半圆弧切削加工，在整个切割过程中刀头从顶点到尾部磨损程度依次减小，同时环形槽截面并不是圆形、槽底区域的形状和粗糙度很差。

因此，如何提供一种新的环形槽加工方法、以克服现有加工方法需要配备较多切削刀具、切割过程中刀具局部磨损较大、环形槽本身形状和粗糙度较差的问题，是本领域技术人员需要考虑的。

发明内容

为解决现有的环形槽加工方法加工需要为每种尺寸环形槽配备专用的切削刀具，加工过程中刀具磨损不均而使环形槽形状和表面粗糙度较差的问题，本发明提供一种新的环形槽加工方法及其切削刀具。

本发明提供一种切削刀具，包括刀片，所述刀片具有刀片本体、刀头和连接所述刀片本体和所述刀头的刀颈；所述刀头具有依次设置的前刀面和主后刀面；所述前刀面和所述主后刀面相交形成切削刃；所述前刀面的外缘至少为半圆；平行于基面的平面与所述主后刀面相交的外缘也至少为半圆；此外，所述前刀面的轴线和所述主后刀面的轴线共线；所述刀颈各处的宽度均小于所述前刀面的外缘直径。

可选的，平行于基面的平面与所述刀颈侧面的相交线为直线，所述相交线与所述主后刀面外缘相切。

可选的，所述前刀面为圆锥面。

可选的，所述前刀面的前角角度为3°～5°。

可选的，所述主后刀面也为圆锥面；所述主后刀面的后角角度为10°～12°。

可选的，所述刀头还具有与所述主后刀面连接的次后刀面和与所述次后刀面连接的内缩部；所述次后刀面也为圆锥面且轴线与所述主后刀面的轴线共线；所述次后刀面的副后角角度为15°～20°。

可选的，所述主后刀面厚度为0.2～0.3mm。

可选的，还包括刀体、定位柱、压板和螺钉；所述刀片本体上具有定位长孔；所述刀体上具有卡接所述刀片本体的T型槽和安装所述定位柱的通孔；所述定位柱一端具有限位部、另一端具有螺纹孔；所述压板尺寸大于所述定位长孔尺寸；所述螺钉穿过所述压板和所述定位长孔并与所述螺纹孔螺纹连接、固定连接所述刀体和所述刀片。

本发明提供一种环形槽加工方法，采用如前所述的切削刀具；所述切削刀具的刀头垂直于待加工坯料的分型面；所述待加工坯料旋转的同时，逐步增加所述切削刀具的进刀量并使所述刀头沿所述分型面的母线往复运动。

本发明提供的环形槽加工方法，在待加工坯料旋转的同时，切削刀具沿分型面的母线往复运动，因此可利用一种切削刀具加工多种尺寸的环形槽。在加工过程中，切削刀具切削刃各点均匀参与切削过程、均匀地磨损，因此不会使得切削刀具发生严重变形，可提高环形槽横截面的圆度和环形槽的表面粗糙度。同时，因切削刀具刀颈宽度小于所述前刀面的外缘直径，切削过程中刀颈不会与环形槽发生干涉，保证环形槽与分型面相交处的加工质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图；

图1为本发明具体实施例切削刀具中刀片示意图；

图2为图1中I区域放大图；

图3为图2中A-A截面示意图；

图4为本发明具体实施例切削刀具中刀体示意图；

图5为图4中B-B截面示意图；

图6为刀片安装于刀体上的俯视图；

图7为图6中C-C截面示意图；

图8为切削刀具切削模具分型面示意图；

图9为图8中J区域放大图；

其中：1-刀片、11-刀头、110-前刀面、111-主后刀面、112-次后刀面、113-内缩部、12-刀颈、13-刀片本体、2-刀体、3-定位柱、4-压板、5-螺钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明具体实施例切削刀具中刀片1示意图，图2为图1中I区域放大图，图3为图2中A-A截面示意图。如图1-图3，本发明实施例切削刀具中的刀片1包括刀片本体13、刀头11和刀颈12，刀颈12位于刀片本体13和刀头11之间、连接刀头11和刀片本体13。

为方便对刀头11结构做相应的解释，首先建立刀具标准角度的参考系，其中包括基面、切削平面和正交平面：基面为通过切削刃上一点、与该点切削速度方向垂直的平面，切削平面为通过切削刃上一点、与切削刃相切并垂直于该点基面的平面，正交平面为通过切削刃上一点、同时垂直于该点基面和切削平面的平面。同时，为便于表述，在此也对下文中提到的长度、宽度和厚度方向做相应解释：刀片1刀头11的长度方向指其图中两个刀头11的最外端相连而确定的方向，刀片1的宽度方向指在图1中垂直于长度方向的方向，刀片1的厚度方向为垂直于长度方向和厚度方向的另一方向。如此，对刀片1上各部件的长度、宽度和厚度则为在上述方向上确定的尺寸。

如图2和图3，从刀头11的顶面至底面，刀头11具有依次设置的前刀面110、主后刀面111和内缩部113，其中前刀面110和主后刀面111相交形成的切削刃起到切削作用，内缩部113为为防止刀头11底面对切削刃已加工侧面干涉而去除刀头11对应部分而形成的内缩区域。此处应当注意，内缩部113不仅位于刀头11的底面、还延伸至刀颈12的底面。

本发明具体实施例中，切削刃至少为半圆(也就是前刀面110的外缘至少为半圆)；平行于基面的平面与主后刀面111相交形成对应的外缘也均至少半圆，另外前刀面110和主后刀面111共轴线，刀颈12各处的宽度也小于前刀面110的外缘直径。如此，结合后续采用的加工方法，可采用一个切削刀具完成不同截面半径的环形槽的加工，而无需如背景技术中一样配备多种加工刀具；另外，采用这样的刀具还可使得整个刀头11的切削刃使用更为平均、相应地降低磨损消耗。其具体原因在后续加工方法中再做分析。

为提高刀头11和刀颈12的连接强度，同时防止刀头11和刀颈12区域不平滑过渡产生的应力集中，本发明实施例中，平行于基面的平面与刀颈12侧面相交得到的相交线为直线，对应的直线与同一平面切割主后刀面111的外缘相切。可想到，相切只是一较为优选的实施方式，在其他实施例中也可其他连接结构。

本实施例中，刀颈12连接刀片本体13的位置为刀片1的最窄处，其相比于同一平面切割得到的刀头11处外缘圆直径小0.10～0.20mm。另从图1中可看出，从与刀颈12连接处到中间区域，刀片本体13的宽度逐步增大至一确定值，刀头11本体和刀颈12的连接处侧面为平面，两侧面间的夹角为α₁为50°。在其他实施例中，根据受力情况以及待加工坯料的分型面角度，也可相应改变α₁的具体角度值。此外，为充分利用刀片本体13，本实施例设置在一个刀片1上设置两个刀头11。

为提高加工环形槽内表面的质量，本发明实施例中的前刀面110为圆锥面，也就是前刀面110边缘处各点的前角角度相同。具体的，前角角度γ₀优选在3°～5°间。随后方法讲解中也将前刀面110设置为圆锥面的优点做具体分析。由于圆锥形的前刀面110加工较难、实际使用中成本较高，也可将前刀面110直接设置为平面。

本发明实施例中，主后刀面111为圆锥面，且主后刀面111的主后角角度α₀优选为10°～12°、厚度在0.20～0.30mm之间。另外，在主后刀面111和内缩部113之间设置次后刀面112，次后刀面112也为圆锥面且轴线与主后刀面111共线；优选的，次后刀面112的次后角角度优选为15°～20°。

本发明实施例中，刀体2材料采用诸如9Cr18、4Cr13等类型的不锈钢，经过热处理后刀体2的硬度值可达到45～50HRC；刀片1采用硬质合金加工制成，相对于现有的白钢刀的耐磨性提高了若干倍；一般使用时刀片1整体厚度设置在3.00～4.00mm间就可满足常用坯料加工时的强度要求。此处也可注意，根据刀片1厚度的不同，内缩部113也可直接由主后刀面111、次后刀面112形成。

除具有刀片1外，本发明实施例中的切削刀具还有刀体2、定位柱3、压板4和螺钉5，刀片1通过以上部件固定安装在切削设备主体上。如图4-图6，图4为本发明具体实施例切削刀具中刀体2示意图，图5为图4中B-B截面示意图，图6为刀片1安装于刀体2上的俯视图，本发明实施例中的刀片本体13上具有定位长孔，刀体2上具有卡接刀片本体13上的T形槽和安装定位柱3上的通孔；定位柱3的一端具有限位部，另一端具有螺纹孔。压板4的尺寸大于定位长孔尺寸，螺钉5穿过压板4和定位长孔、与定位柱3端部的螺纹孔连接、可固定连接刀体2和刀片1。

其中，刀片本体13的宽度与T形槽之间为滑动配合关系，配合间隙为0.005～0.010mm，能够保证切削过程中刀片1不会左右晃动；刀片1上的定位长孔在长度方向上和定位柱3间为滑动配合关系，配合间隙为0.015～0.020mm；刀体2厚度方向和环形槽也为滑动配合关系，配合间隙为0.015～0.020mm；定位长孔在宽度方向和定位柱3也为滑动配合关系，配合间隙可放宽至0.50mm。

本发明实施例中，为方便定位柱3插入到刀体2的通孔中，定位柱3在具有螺纹孔的一侧还具有导向段，导向段导向角度可为5°～6°，导向段的高度可在1.20～1.50mm之间。此外，本发明中的压板4上也有通孔，通孔的直径比定位柱3直径大0.10～0.20mm，安装螺钉5后螺钉可使压板4压紧刀片本体13。

以加工密封圈模具为例，因形成凹凸模的坯料表面均为具有一定倾斜角度的分型面。为便于实际加工时找准角度，本发明中的刀体2的长度方向和刀片1的长度方向之间的夹角与待加工坯料的分型面夹角互为补角，使刀体2安装在定位夹具后刀头11直接垂直于分型面。考虑现有模具分型面倾斜角度多为45°，对应刀体2的长度方向和刀片1的长度方向夹角也优选在为45°。

下面对采用本发明实施例切削刀具的环形槽加工方法做一介绍。环形槽加工过程中，切削刀具的刀头11垂直于待加工坯料的分型面，坯料旋转的同时逐步增加切削刀具的进刀量使切削刀具开始加工环形槽；此外在进刀过程中，刀头11沿着分型面的径向方向往复运动。相比于现有的环形槽加工方法，因切削过程中刀头11在分型面的径向方向往复运动，可切削截面半径大于切削刃半圆半径的环形槽，且一种切削刀具可加工多种截面半径的环形槽，无需如现有技术中为各尺寸的环形槽分别设置一种切削刀具。另外，在切削过程中，切削刀具往复运动，切削刃各处均匀使用，磨损基本一致，不会出现如现有技术中切刀刀具顶点区域严重磨损的问题，也就提高最后形成环形槽质量。

由于加工环形槽的半径大于刀头11前刀面110边缘直径，因此为加工槽底区域，刀头11进入到环形槽内的深度大于切削刃所在圆的半径，刀颈12可能深入到环形槽内。而由于刀颈12的宽度小于切削刃所在圆的直径，刀颈12不会和环形槽的已切削面发生干涉，保证加工质量。

图8为切削刀具切削模具分型面示意图，图9为图8中J区域放大图。如图8和图9，在切削凹模环形槽和分型面的相交部位时，由于前刀面110与环形槽的接触点只可能为切削刃，因此可保证相交部位加工质量，使得凹模和凸模合模后两个环形槽配合形成封闭型腔的横截面为理想的圆形面。同样可想到，在加工环形槽内侧区域时，由于前刀面110的曲率半径小于环形槽截面的曲率半径，理论上切削刃只有一点与环形槽内侧表面接触，切削刃各点使用较为均匀。图9中，黑色区域代表切削过程中还未形成环形槽的区域，其将在后续切割中因刀头在分型面母线方向移动而被切削掉。

从图8中，还可看出环形槽加工中刀颈12、刀体2尺寸需要满足一定要求。因凹模的成型面位于其内锥孔面内，实际加工中需要考虑刀颈12长度、刀体2宽度、成型面的角度等，保证加工过程中不会因刀颈12、刀片本体13与凹模坯料干涉而影响环形槽的加工。而凸模上的环形槽位于凸出的锥形面上，而在加工时无考虑刀颈12长度、刀体2宽度等对加工的影响。

在前文中已说到，本发明实施例中的前刀面110为锥形面。因采用锥形面，在切削过程中，切削屑沿前刀面110的移动方向为前刀面的径向方向，而不会产生其他方向的额外作用力，使得切削更为顺畅、减少加工表面的粗糙度。

根据实际生产经验，一般加工的环形槽横截面直径多为Φ1.00～Φ6.00mm，按照上述方法，只需要配备5-6种规格的刀片1即可。

以上对本发明具体实施例中的环形槽加工方法及其采用的切削刀具做说明，可使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对本领域的专业技术人员来说，对这些实施例的多种修改将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种切削刀具，其特征在于：包括刀片(1)，所述刀片(1)具有刀片本体(13)、刀头(11)和连接所述刀片本体(13)和所述刀头(11)的刀颈(12)；所述刀头(11)具有依次设置的前刀面(110)和主后刀面(111)；所述前刀面(110)和所述主后刀面(111)相交形成切削刃；所述前刀面(110)的外缘至少为半圆；平行于基面的平面与所述主后刀面(111)相交的外缘也至少为半圆；此外，所述前刀面(110)的轴线和所述主后刀面(111)的轴线共线；所述刀颈(12)各处的宽度均小于所述前刀面(110)的外缘直径；

平行于基面的平面与所述刀颈(12)侧面的相交线为直线，所述相交线与所述主后刀面(111)外缘相切；

所述前刀面(110)为圆锥面；

还包括刀体(2)、定位柱(3)、压板(4)和螺钉(5)；所述刀片本体(13)上具有定位长孔；所述刀体(2)上具有卡接所述刀片本体(13)的T型槽和安装所述定位柱(3)的通孔；所述定位柱(3)一端具有限位部、另一端具有螺纹孔；所述压板(4)尺寸大于所述定位长孔尺寸；所述螺钉(5)穿过所述压板(4)和所述定位长孔并与所述螺纹孔螺纹连接、固定连接所述刀体(2)和所述刀片(1)。

2.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：所述前刀面(110)的前角角度为3°～5°。

3.根据权利要求2所述的切削刀具，其特征在于：所述主后刀面(111)也为圆锥面；所述主后刀面(111)的后角角度为10°～12°。

4.根据权利要求3所述的切削刀具，其特征在于：所述刀头(11)还具有与所述主后刀面(111)连接的次后刀面(112)和与所述次后刀面(112)连接的内缩部(113)；所述次后刀面(112)也为圆锥面且轴线与所述主后刀面(111)的轴线共线；所述次后刀面(112)的副后角角度为15°～20°。

5.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：所述主后刀面(111)厚度为0.2～0.3mm。