CN105965045B - 一种断屑槽刀具及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种断屑槽刀具及加工方法，属于机械工具技术领域。刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：前角角度A为5°～45°，倒楞角度B为‑45°～20°；断屑角度C为90°～120°；切削刃宽a为0.02～0.15mm,a1为0.02mm，a2为0.15mm，倒楞宽度b为0.02～0.1mm,断屑槽宽度w为0.1～5mm,w1为0.1mm，w2为5mm，槽宽变化角度D为‑15°～15°；断屑槽深度h为0.05～0.45；断屑槽的截面形状为圆弧形，圆弧形的宽度w是渐变的。本发明优点是断屑槽刀片的匹配性适用性大幅度提升。用户无需备用多款多型号的普通断屑槽刀片来应对各类断屑加工工况。

Description

一种断屑槽刀具及加工方法

技术领域

本发明涉及一种断屑槽刀具及加工方法，属于机械工具技术领域。

背景技术

金属切削过程中，切屑是否容易折断，与切屑的变形有直接联系，所以研究切屑折断原理必须从研究切屑变形的规律入手。

切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，它的硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象叫冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时就容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，折断也就越容易。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性的材料时，应当设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，便于达到断屑的目的。

切屑的变形可以由两部分组成：

第一部分是切削过程中所形成的，称之为基本变形。用平前刀面车刀自由切削时所测得的切屑变形，比较接近于基本变形的数值。影响基本变形的主要因素有刀具前角、负倒棱、切削速度三项。前角越小，负倒棱越宽、切削速度越低，则切屑的变形越大，越有利于断屑。所以，减小前角、加宽负倒棱，降低切削速度可作为促进断屑的措施。

第二部分是切屑在流动和卷曲过程中所受的变形，称之为附加变形。因为在大多数情况下，仅有切削过程中的基本变形还不能使切屑折断，必须再增加一次附加变形，才能达到硬化和折断的目的。

迫使切屑经受附加变形的最简便的方法，就是在前刀面上磨出(或压制出)一定形状的断屑槽，迫使切屑流入断屑槽时再卷曲变形。切屑经受附加的再卷曲变形以后，进一步硬化和脆化，当它碰撞到工件或后刀面上时，就很容易被折断了。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种断屑槽及加工方法。

一种断屑槽刀具，刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°，

倒楞角度B为-45°～20°

断屑角度C为90°～120°

切削刃宽a为0.02～0.15mm,切削刃宽a1为0.02mm，切削刃宽a2为0.15mm，

倒楞宽度b为0.02～0.1mm,

断屑槽宽度w为0.1～5mm,断屑槽宽度w1为0.1mm，断屑槽宽度w2为5mm，

槽宽变化角度D为-15°～15°

断屑槽深度h为0.05～0.45；

断屑槽的截面形状为圆弧形，圆弧形的宽度w是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底圆弧形平面的最小宽度小于或者等于w1的尺寸。

一种断屑槽刀具加工方法，含有以下步骤；

步骤1、对刀片进行三维建模，确定定位参考线和定位原点，从待加工的三维图中提取需要雕刻的部分，以Z＝0的平面为雕刻起始表面，并以Z＝0的平面镜像图形；将三维图存档；

步骤2、提取刀片轮廓线，另存为二维图形，用于后续步骤对刀片的演示定位；

步骤3、将步骤1中的三维模型导入雕刻软件，预设材料单层去除量，并生成激光雕刻路径；

步骤4、取一块相同材质的边角料进行去除量试验，得出相应雕刻深度下材料单层去除量；在边角料上雕刻断屑槽，显微镜下观察断屑槽表面质量，符合要求后进行下一步；

步骤5、在激光器配套PC上选中激光路径文件和轮廓线文件，设置激光器参数；

步骤6、激光打点，校对十字光标，使其位于激光斑点中心；将刀片放在定位卡具上，激光演示轮廓线，校对卡具角度并移动工作台X，Y坐标使轮廓线与刀片边缘轮廓重合；

步骤7、将气流对准待加工的位置并调节气流大小，选择加工参数，开始进行激光加工。

激光加工超硬材料刀片，为保证加工面的平整和光洁，需要进行三次加工，第一次为大功率粗加工加工轮廓，第二次为小功率精加工抹平侧壁；第三次为小功率离焦加工抹平底部。

本发明的优点是参数连续变化的断屑槽是常规加工方法无法加工的；在实际加工过程中，断屑槽刀片面对的加工工况并非一成不变的。即使是固定工序下的加工，随着进给量等参数的变化，固定参数的断屑槽刀片总会出现无法断屑或断屑效果不佳的问题。而这种连续变化的不固定参数的断屑槽设计可以有效的避免这种情况，使断屑槽刀片的匹配性适用性大幅度提升。用户无需备用多款多型号的普通断屑槽刀片来应对各类断屑加工工况。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧面结构示意图。

图3为本发明的局部结构示意图。

图4为本发明的局部结构之一示意图。

图5为本发明的局部结构之二示意图。

图6为本发明的局部结构之三示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例1：如图1、图2、图3、图4所示，一种断屑槽刀具，刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°，

倒楞角度B为-45°～20°

断屑角度C为90°～120°

切削刃宽a为0.02～0.15mm,a1为0.02mm，a2为0.15mm，

倒楞宽度b为0.02～0.1mm,

断屑槽宽度w为0.1～5mm,w1为0.1mm，w2为5mm，

槽宽变化角度D为-15°～15°

断屑槽深度h为0.05～0.45；

断屑槽的截面形状为圆弧形，圆弧形的宽度w是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底圆弧形平面的最小宽度小于或者等于w1的尺寸。

实施例2：如图1、图2、图3、图5所示，

一种断屑槽刀具，刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°，

倒楞角度B为-45°～20°

断屑角度C为90°～120°

槽宽变化角度D为-15°～15°

切削刃宽a为0.02～0.15mm,a1为0.02mm，a2为0.15mm，

倒楞宽度b为0.02～0.1mm,

断屑槽宽度w为0.1～5mm,w1为0.1mm，w2为5mm，

断屑槽深度h为0.05～0.45mm,

断屑槽圆弧度R为0.05～10mm；

断屑槽的截面形状为梯形，刀具前面至断屑槽的槽底为斜平面，槽底为平面，槽底平面的另一侧至另一刀具前面为斜平面，槽底平面的宽度是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底平面的最小宽度小于w1的尺寸。

实施例3：如图1、图2、图3、图6所示，

一种断屑槽刀具，刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°，

倒楞角度B为-45°～20°

断屑角度C为90°～120°

槽宽变化角度D为-15°～15°

切削刃宽a为0.02～0.15mm,

倒楞宽度b为0.02～0.1mm,

断屑槽宽度w为0.1～5mm,

断屑槽深度h为0.05～0.45mm,

断屑槽圆弧度R为0.05～10mm；

断屑槽的截面形状为圆弧形加斜面，刀具前面至断屑槽的圆弧形槽底为斜平面，槽底为圆弧形平面，槽底圆弧形平面的另一侧至另一刀具前面为斜平面，槽底圆弧形平面的宽度是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底圆弧形平面的最小宽度小于w1的尺寸。

本发明的技术方案的各个参数的限定和选择都是有原因的而是凭空做出的所谓常规性技术选择。

本发明的技术方案的核心则是这些参数的连续的组合型的变化(区别于固定槽型或固定参数)，这一变化性带来的高适应性，可以更好的适应工况，更好的断屑效果。

实施例4：一种断屑槽刀具加工方法，含有以下步骤；

步骤1、对刀片进行三维建模，确定定位参考线和定位原点，从待加工的三维图中提取需要雕刻的部分，以Z＝0的平面为雕刻起始表面，并以Z＝0的平面镜像图形；将三维图存档；

步骤2、提取断屑槽轮廓线，另存为二维图形，用于后续步骤对刀片的演示定位；

步骤3、将步骤1中的三维模型导入雕刻软件，预设材料单层去除量，并生成激光雕刻路径；

步骤4、取一块相同材质的边角料进行去除量试验，得出相应雕刻深度下材料单层去除量；在边角料上雕刻断屑槽，显微镜下观察断屑槽表面质量，符合要求后进行下一步；

步骤5、在激光器配套PC上选中激光路径文件和轮廓线文件，设置激光器参数；

步骤6、激光打点，校对十字光标，使其位于激光斑点中心；将刀片放在定位卡具上，激光演示轮廓线，校对卡具角度并移动工作台X，Y坐标使轮廓线与刀片边缘轮廓重合；

步骤7、将气流对准待加工的位置并调节气流大小，选择加工参数，开始进行激光加工。

激光加工超硬材料刀片，为保证加工面的平整和光洁，需要进行三次加工，第一次为大功率粗加工加工轮廓，第二次为小功率精加工抹平侧壁；第三次为小功率离焦加工抹平底部。

加工参数选择：

激光器选用100w的红外纳秒激光器；

振镜扫描速度200mm/s；

一级放大电流30A；

二级放大电流30A；

重复频率100kHz；

扫描间距10μm；

单层去除量1μm；

去除层数10。

实施例5：一种断屑槽刀具加工方法，含有以下步骤；

步骤1、对刀片进行三维建模，确定定位参考线和定位原点，从待加工的三维图中提取需要雕刻的部分，以Z＝0的平面为雕刻起始表面，并以Z＝0的平面镜像图形；将三维图存档；

步骤2、提取断屑槽轮廓线，另存为二维图形，用于后续步骤对刀片的演示定位；

步骤3、将步骤1中的三维模型导入雕刻软件，预设材料单层去除量，并生成激光雕刻路径；

步骤4、取一块相同材质的边角料进行去除量试验，得出相应雕刻深度下材料单层去除量；在边角料上雕刻断屑槽，显微镜下观察断屑槽表面质量，符合要求后进行下一步；

步骤5、在激光器配套PC上选中激光路径文件和轮廓线文件，设置激光器参数；

步骤6、激光打点，校对十字光标，使其位于激光斑点中心；将刀片放在定位卡具上，激光演示轮廓线，校对卡具角度并移动工作台X，Y坐标使轮廓线与刀片边缘轮廓重合；

步骤7、将气流对准待加工的位置并调节气流大小，选择加工参数，开始进行激光加工。

激光加工超硬材料刀片，为保证加工面的平整和光洁，需要进行三次加工，第一次为大功率粗加工加工轮廓，第二次为小功率精加工抹平侧壁；第三次为小功率离焦加工抹平底部。

加工参数选择：激光器选用150w的红外纳秒激光器；

振镜扫描速度1000mm/s；

一级放大电流50A；

二级放大电流50A；

重复频率200kHz；

扫描间距20μm；

单层去除量20μm；

去除层数50。

实施例6：一种断屑槽刀具加工方法，含有以下步骤；

步骤1、对刀片进行三维建模，确定定位参考线和定位原点，从待加工的三维图中提取需要雕刻的部分，以Z＝0的平面为雕刻起始表面，并以Z＝0的平面镜像图形；将三维图存档；

步骤2、提取断屑槽轮廓线，另存为二维图形，用于后续步骤对刀片的演示定位；

步骤3、将步骤1中的三维模型导入雕刻软件，预设材料单层去除量，并生成激光雕刻路径；

步骤4、取一块相同材质的边角料进行去除量试验，得出相应雕刻深度下材料单层去除量；在边角料上雕刻断屑槽，显微镜下观察断屑槽表面质量，符合要求后进行下一步；

步骤5、在激光器配套PC上选中激光路径文件和轮廓线文件，设置激光器参数；

步骤6、激光打点，校对十字光标，使其位于激光斑点中心；将刀片放在定位卡具上，激光演示轮廓线，校对卡具角度并移动工作台X，Y坐标使轮廓线与刀片边缘轮廓重合；

步骤7、将气流对准待加工的位置并调节气流大小，选择加工参数，开始进行激光加工。

激光加工超硬材料刀片，为保证加工面的平整和光洁，需要进行三次加工，第一次为大功率粗加工加工轮廓，第二次为小功率精加工抹平侧壁；第三次为小功率离焦加工抹平底部。

加工参数选择：激光器选用125w的红外纳秒激光器；

振镜扫描速度600mm/s；

一级放大电流35A；

二级放大电流28A；

重复频率160kHz；

扫描间距15μm；

单层去除量12μm；

去除层数39。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种断屑槽刀具，其特征在于刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°；

倒楞角度B为-45°～20°；

断屑角度C为90°～120°；

切削刃宽a为0.02～0.15mm,a1为0.02mm，a2为0.15mm，a1为渐变的刃宽a的前部刀尖处尺寸，a2为渐变的刃宽a的后部尺寸；

倒楞宽度b为0.02～0.1mm；

断屑槽宽度w为0.1～5mm,w1为0.1mm，w2为5mm，w1为渐变的断屑槽宽度w靠近刀尖处尺寸，w2为渐变的断屑槽宽度w变化后断屑槽的后部尺寸；

槽宽变化角度D为-15°～15°；

断屑槽深度h为0.05～0.45；

断屑槽的截面形状为圆弧形，圆弧形的宽度w是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底圆弧形平面的最小宽度小于或者等于w1的尺寸。

2.一种断屑槽刀具，其特征在于刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°，

倒楞角度B为-45°～20°，

断屑角度C为90°～120°，

槽宽变化角度D为-15°～15°，

切削刃宽a为0.02～0.15mm,a1为0.02mm，a2为0.15mm，a1为渐变的刃宽a的前部刀尖处尺寸，a2为渐变的刃宽a的后部尺寸，

倒楞宽度b为0.02～0.1mm,

断屑槽宽度w为0.1～5mm,w1为0.1mm，w2为5mm，w1为渐变的断屑槽宽度w靠近刀尖处尺寸，w2为渐变的断屑槽宽度w变化后断屑槽的后部尺寸，

断屑槽深度h为0.05～0.45mm,

断屑槽圆弧度R为0.05～10mm；

断屑槽的截面形状为梯形，刀具前面至断屑槽的槽底为斜平面，槽底为平面，槽底平面的另一侧至另一刀具前面为斜平面，槽底平面的宽度是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底平面的最小宽度小于w1的尺寸。

3.一种断屑槽刀具，其特征在于刀头焊接在刀具基体的一角，刀头的尺寸为：

前角角度A为5°～45°，

倒楞角度B为-45°～20°，

断屑角度C为90°～120°，

槽宽变化角度D为-15°～15°，

切削刃宽a为0.02～0.15mm,切削刃宽a为渐变的刃宽，

倒楞宽度b为0.02～0.1mm,

断屑槽宽度w为0.1～5mm,断屑槽宽度w为渐变的断屑槽宽度，

断屑槽深度h为0.05～0.45mm,

断屑槽圆弧度R为0.05～10mm；

断屑槽的截面形状为圆弧形加斜面，刀具前面至断屑槽的圆弧形槽底为斜平面，槽底为圆弧形平面，槽底圆弧形平面的另一侧至另一刀具前面为斜平面，槽底圆弧形平面的宽度是渐变的，与w1和w2的尺寸有关,槽底圆弧形平面的最小宽度小于w1的尺寸。

4.根据权利要求1、2或者3所述一种断屑槽刀具的加工方法，其特征在于含有以下步骤；

步骤1、对刀片进行三维建模，确定定位参考线和定位原点，从待加工的三维图中提取需要雕刻的部分，以Z＝0的平面为雕刻起始表面，并以Z＝0的平面镜像图形；将三维图存档；

步骤2、提取断屑槽轮廓线，另存为二维图形，用于后续步骤对刀片的演示定位；

步骤3、将步骤1中的三维模型导入雕刻软件，预设材料单层去除量，并生成激光雕刻路径；

步骤4、取一块相同材质的边角料进行去除量试验，得出相应雕刻深度下材料单层去除量；在边角料上雕刻断屑槽，显微镜下观察断屑槽表面质量，符合要求后进行下一步；

步骤5、在激光器配套PC上选中激光路径文件和轮廓线文件，设置激光器参数；

步骤6、激光打点，校对十字光标，使其位于激光斑点中心；将刀片放在定位卡具上，激光演示轮廓线，校对卡具角度并移动工作台X，Y坐标使轮廓线与刀片边缘轮廓重合；

步骤7、将气流对准待加工的位置并调节气流大小，选择加工参数，开始进行激光加工。

5.根据权利要求4所述的一种断屑槽刀具加工方法，其特征在于进行三次加工，第一次为大功率粗加工加工轮廓，第二次为小功率精加工抹平侧壁；第三次为小功率离焦加工抹平底部。

6.根据权利要求5所述的一种断屑槽刀具加工方法，其特征在于加工参数为：

激光器选用100-150w的红外纳秒激光器；

振镜扫描速度200mm/s-1000mm/s；

一级放大电流30-50A；

二级放大电流30-50A；

重复频率100-200kHz；

扫描间距10-20μm；

单层去除量1-20μm；

去除层数10-50。