CN106493395B - 一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀 - Google Patents

一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀。包括前刀面(1)，前刀面(1)的边缘有主切削刃(2)，前刀面(1)的切削刃近域(4)处置入微槽(5)；所述的微槽(5)呈“一”字型结构。本发明具有降低切削降温和提高刀具耐用度的特点。

Description

一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀
技术领域
本发明涉及一种切削加工领域用的切削刀具，特别是一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀。
背景技术
切削加工是机械制造业材料去除的主要手段，而切削刀具的好坏直接影响了切削加工的效率及加工质量。在切削加工中，切削刃作为去除材料的主要部位，切削刃及切削刃附近的前刀面区域(切削刃近域，刀具前刀面上靠近切削刃的微小区域，如图2中椭圆圈出的区域)的工作环境最为恶劣，而其结构又直接关系到刀具的耐用度，所以合理的切削刃近域结构设计对提升刀具的切削性能尤为重要。目前行业对刀具前刀面的结构设计主要集中在减摩槽和断屑槽的设计，前者主要关注如何减小刀具与切屑底层金属间的摩擦以达到降低切削温度提高刀具耐用度的目的，后者主要关注如何合理设计断屑槽以使切屑能够按照要求折断或卷曲以避免切屑对加工表面质量的影响。切削加工时，刀具温度会急剧升高，前刀面的温升尤为明显，这不仅会降低刀具的耐用度，而且还会降低加工质量。目前行业采用的降温手段多为在加工时使用冷却液降温，该降温方式只能降低车刀表面的温度，且切削液的大量使用必然造成制造成本的提高和环境的污染。通过上述可知，目前行业还没有以降低刀具切削温度为直接目的来对车刀前刀面切削刃近域结构进行设计的研究成果。
发明内容
本发明提供一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀。本发明具有降低切削温度和提高刀具耐用度特点。
本发明的技术方案：一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀，包括前刀面，前刀面的边缘为主切削刃，前刀面切削刃近域处置入微槽；所述的微槽呈“一”字型结构。
前述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀中，所述的微槽在在与后刀面相互垂直的平面上的截面为非对称曲线型，微槽的底面呈曲面，微槽的最大深度H为0.1～0.2mm。
前述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀中，所述的微槽的长度L为4～8mm，微槽的宽度W1为0.5～1.2mm，总槽宽W2为1～1.8mm。
前述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀中，所述的微槽的靠近主切削刃一侧的外缘距主切削刃的距离T为0.07～0.15mm，平直部分与主切削刃平行，曲线部分与刀尖圆弧等径。
前述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀中，所述的微槽的外缘与主切削刃的连接形式为正、负或零前角型。
前述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀中，沿垂直于主后刀面方向观察，所述的主切削刃呈直线型。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过在车刀前刀面切削刃近域设置“一”字型微槽结构，使刀具在切削高强度合金钢40CrMnMo时，刀-屑实际接触区域(该区域位于切削刃近域)的温度降低从而有效提高刀具的耐用度。刀具在切削过程中，刀-屑接触区会产生局部高温高压，促使刀-屑接触界面发生剧烈摩擦，进而产生大量切削热；同时第一变形区因受到明显的应力应变作用，工件材料的抗剪切变形功几乎全部转化为切削热，经过热量的传递，最终导致刀具切削温度的升高。本发明中，申请人通过切削高强度合金钢40CrMnMo的大量实验分析发现，当在前刀面上距主切削刃0.07～0.15mm(最优为0.1mm)的距离(该距离为靠近主切削刃一侧的外缘距主切削刃的距离，即T)置入“一”字型微槽，微槽的最大深度在0.1～0.2mm间且微槽的长度L为4～8mm，微槽的宽度W1为0.5～1.2mm，总槽宽W2为1～1.8mm时，车刀切削刃近域新型微槽结构在满足粉末冶金压制工艺的强度要求的前提下，有较明显降温效果，主要是因为：1)微槽的存在增大了切屑与刀具前刀面接触面积，降低了刀具在刀-屑接触处区的正应力，当该正应力逐渐减小到某一临界值，使得原本刀-屑接触区部分内摩擦区域转化为外摩擦区域即粘结摩擦区转化为滑动摩擦区，由于内摩擦区域是刀具热量的主要来源，该区域的减小导致了刀具温度降低；2)微槽的存在改变了刀具切削过程的热力耦合作用，改变了第一变形区应力应变状态，减小了第一变形区剪切变形程度，从而降低切削热的产生。综合作用使得刀具切削温度得到有效降低，进而有效确保了车刀具的耐用度。
本发明在实际生产中，微槽还有断屑的功能：刀具前刀面的新型微槽结构使得切削过程中切屑沿其表面流动，而该弯曲表面对切屑的流动产生一定阻挡作用从而使得切屑发生卷曲，当切屑流经微槽外边缘时，受到该处的高应力作用，当切削因受到局部应力作用而发生的应变达到其极限应变值时，切屑即发生折断。与断屑槽和减摩槽相比，本发明的“一”字型微槽的不同之处，除了上述设计原理外，有别于卷屑槽(断屑槽)，其主要体现在结构尺度上：即本发明的新型微槽所处的位置主要在前刀面切削刃近域的刀-屑接触区，尺度远小于卷屑槽(断屑槽)，可根据实际切削情况将该微槽重合设计在已有卷屑槽(断屑槽)内。本发明的新型微槽也有别于减摩槽，主要体现在刀屑接触状态、尺度和数量排布上：即减摩槽区域刀屑接触状态多为点接触或线接触等不完全接触，而本设计微槽刀屑接触状态为全接触(如图6-图11所示)，增大了切屑与刀具前刀面接触面积，降低了刀具在刀-屑接触处区的正应力；另减摩槽一般为微尺度多数量阵列排布，而本设计微槽为单一独立存在。由此可知，本发明的微槽在尺度上小于断屑槽，数量上少于减摩槽，这样就进一步有效确保了车刀的强度。
为了能更好证明本发明的有益效果，申请人做了如下仿真实验：使用普通硬质合金车刀(以下简称对照车刀)与本发明进行切削高强度合金钢40CrMnMo仿真对比实验。上述的对照车刀与本发明的车刀的每一组对比实验均在相同切削条件(切削用量、刀具几何结构、刀具和工件材料等)下进行，切削高强度合金钢40CrMnMo的仿真对比实验方案及结果如表1所示。
表1仿真实验结果
综上得知本发明的车刀降温效果相对明显。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的M处的结构示意图；
图3是负前角时图2的A-A截面上的结构示意图；
图4是零前角时图2的A-A截面上的结构示意图；
图5是正前角时图2的A-A截面上的结构示意图；
图6是Vc＝100m/min、f＝0.4mm、ap＝1.5mm和γ0为-10°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；
图7是Vc＝115m/min、f＝0.42mm、ap＝2mm和γ0为-10°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；
图8是Vc＝100m/min、f＝0.4mm、ap＝1.5mm和γ0为0°时，微槽的刀-屑接触状态示意图；
图9是Vc＝115m/min、f＝0.42mm、ap＝2mm和γ0为0°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；
图10是Vc＝100m/min、f＝0.4mm、ap＝1.5mm和γ0为9°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；
图11是Vc＝115m/min、f＝0.42mm、ap＝2mm和γ0为9°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图。
附图中的标记为：1-前刀面，2-主切削刃，3-外缘，4-切削刃近域，5-微槽，6-刀尖，7-底面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀，其构成如图1所示，包括前刀面1，前刀面1的边缘有主切削刃2，前刀面1的切削刃近域4处设有微槽5；所述的微槽5呈扁平且细长的不对称和不等深的“一”字型微槽结构(如图2所示)。
前述的微槽5(如图3-5所示)在与后刀面相互垂直的平面上的截面为非对称曲线型，微槽5的底面7呈曲面，微槽5的最大深度H为0.1～0.2mm，优选值为0.15mm。
前述的微槽5的长度L为4～8mm，最优为7.4mm；微槽5的宽度W1为0.5～1.2mm，总槽宽W2为1～1.8mm(如图2所示),W1优选值为0.8mm，W2优选值为1.4mm。
前述的微槽5的靠近主切削刃2一侧的外缘3距主切削刃2的距离T(如图2所示)为0.07～0.15mm，优选值为0.1mm。微槽5的平直部分与主切削刃2平行，曲线部分与刀尖圆弧等径。
前述的微槽5的外缘3与主切削刃2的连接形式为正、负或零前角型，负前角(-10°)为优选值(如图3-5所示)。
沿垂直于主后刀面方向观察，前述的主切削刃2呈直线型。

Claims (3)

1.一种切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀，其特征在于：包括前刀面（1），前刀面（1）的边缘为主切削刃（2），前刀面（1）的切削刃近域（4）处置入微槽（5）；所述的微槽（5）呈“一”字型结构；所述的微槽（5）在与后刀面相互垂直的平面上的截面为非对称曲线型，微槽（5）的底面（7）呈曲面，微槽（5）的最大深度H为0.1～0.2mm；所述的微槽（5）的长度L为4～8mm，微槽（5）的宽度W1为0.5～1.2mm，总槽宽W2为1~1.8mm；所述的微槽（5）的靠近主切削刃（2）一侧的外缘（3）距主切削刃（2）的距离T为0.07～0.15mm，平直部分与主切削刃（2）平行，曲线部分与刀尖圆弧等径。
2.根据权利要求1所述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀，其特征在于：所述的微槽（5）的外缘（3）与主切削刃（2）的连接形式为正、负或零前角型。
3.根据权利要求1或2 所述的切削高强度合金钢40CrMnMo的硬质合金微槽车刀，其特征在于：沿垂直于主后刀面方向观察，所述的主切削刃（2）呈直线型。
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