CN107598245B - 适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀，包括刀柄、与刀柄相连的刀座以及安装在刀座上的若干刀片，若干刀片绕刀柄的轴线均匀布置，刀片具有前刀面、位于刀片外侧的后刀面和位于刀片底部的背刀面，前刀面与后刀面相交形成第一切削刃，前刀面与背刀面相交形成第二切削刃，后刀面与背刀面通过一过渡面相接，过渡面包括与后刀面相接的第一倒棱面、与背刀面相接的第二倒棱面以及连接第一倒棱面和第二倒棱面的弧形面，第一倒棱面和第二倒棱面均与弧形面相切，过渡面与前刀面相交形成第三切削刃。该铣刀具有可降低磨损、使用寿命长等优点。

Description

适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀

技术领域

本发明涉及切削刀具技术领域，具体涉及一种适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀。

背景技术

在高速切削加工镍基合金的过程中，高强度的镍基合金使得切削力增大，功率消耗增大，容易产生较大的冲击，引起切削系统的过大振动，且易产生较高的切削温度而引起工件热变形，处于高温下的切屑会因为塑性的提高而变得不易控制和分离，切屑从切削区导出困难，刀具与已加工表面的剧烈摩擦和工件切削区的高温也会降低加工表面的质量，影响尺寸精度和表面粗糙度，降低加工精度。加工镍基合金的工件对刀具各项性能提出了更高的要求，传统的铣刀难以满足高速铣削加工镍基合金材料的涡轮盘榫槽的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种可降低磨损、使用寿命长的适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种适用于高速切削精密加工镍基合金工件的的铣刀，包括刀柄、与刀柄相连的刀座以及安装在刀座上的若干刀片，若干刀片绕刀柄的轴线均匀布置，所述刀片具有前刀面、位于刀片外侧的后刀面和位于刀片底部的背刀面，所述前刀面与后刀面相交形成第一切削刃，所述前刀面与背刀面相交形成第二切削刃，所述后刀面与背刀面通过一过渡面相接，所述过渡面包括与后刀面相接的第一倒棱面、与背刀面相接的第二倒棱面以及连接第一倒棱面和第二倒棱面的弧形面，所述第一倒棱面和第二倒棱面均与弧形面相切，所述过渡面与前刀面相交形成第三切削刃。

上述的铣刀，优选的，所述第一倒棱面与后刀面之间的夹角以及第二倒棱面与第二倒棱面之间的夹角均为8°～16°，所述第一倒棱面从后刀面到弧形面的长度以及第二倒棱面从背刀面到弧形面的长度均为0.1mm～0.2mm，所述弧形面的半径为25μm～35μm。

上述的铣刀，优选的，所述前刀面上设有限制性接触凹槽，所述限制性接触凹槽由依次连接的第一槽段、弧形槽段和第二槽段构成，第一槽段和第二槽段分别与弧形槽段相切，所述第一槽段为与第二切削刃呈3°～5°夹角的直线槽，且沿朝向第一切削刃的方向第一槽段逐渐远离第二切削刃，第一槽段与第一切削刃的距离为0.3mm～0.4mm，所述弧形槽段的半径为2μm～3μm，所述第二槽段在前刀面上的特定平面直角坐标系内按照以下公式(1)或公式(2)所述函数曲线延伸布置：

Y＝(498-6675X+14305X²-13699X³+7681X⁴-2359X⁵+322X⁶-8X⁷)/σ (1)

Y＝(153+214X+3898X²-4357X³+1715X⁴-195X⁵)/σ (2)

其中，所述特定平面直角坐标系以第一切削刃为Y轴，以第一切削刃与第三切削刃的交点为原点，以前刀面上过所述原点且垂直于Y轴的数轴为X轴；X表示第二槽段的X轴坐标数值，Y表示第二槽段为X轴坐标数值时所对应的Y轴坐标数值，σ表示刀片材料的屈服强度。

上述的铣刀，优选的，所述限制性接触凹槽的宽度为5μm～10μm，深宽比为4:1～7:1。

上述的铣刀，优选的，所述刀片开设有动平衡通孔，所述动平衡通孔自背刀面贯穿至刀片与背刀面相对的侧面，所述动平衡通孔的孔径为0.1mm～0.2mm，且动平衡通孔中心线到后刀面的直线距离为0.35mm～0.4mm，动平衡通孔中心线到前刀面的距离等于动平衡通孔中心线到刀片上与前刀面相背一面的距离。

上述的铣刀，优选的，所述前刀面上具有导屑面，所述导屑面包括自第三切削刃向前刀面中部延伸的凹弧面，所述凹弧面的高度沿凹弧面延伸方向先逐渐减小再逐渐增大，所述凹弧面的宽度沿凹弧面延伸方向逐渐增大；所述凹弧面与第一切削刃之间通过第一凸弧面相连，所述第一凸弧面自与凹弧面的连接边沿与第一切削刃呈锐角的方向延伸，且第一凸弧面的延伸方向逐渐远离第三切削刃，所述第一凸弧面的高度沿第一凸弧面延伸方向先逐渐增大再逐渐减小，所述第一切削刃的高度沿远离第三切削刃的方向逐渐减小，所述第一切削刃远离第三切削刃一端的高度小于所述凹弧面任意位置处的高度；所述凹弧面与第二切削刃之间通过第二凸弧面相接，所述第二凸弧面的高度从凹弧面到第二切削刃逐渐增大。

上述的铣刀，优选的，所述凹弧面沿第一切削刃和第二切削刃夹角的平分线向前刀面中部延伸。

上述的铣刀，优选的，所述刀片的后角为15°，前角为5°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀设计了倒棱和钝圆相结合的第三切削刃，可降低在高速铣削过程中由于刀片与工件摩擦力增加而导致的磨损，从而提高耐用度，延长使用寿命。

附图说明

图1为铣刀的局部立体结构示意图。

图2为刀片安装在刀座上的放大结构示意图。

图3为刀片在过渡面处的局部剖视图。

图4为前刀面上导屑面的结构示意图(省略限制性接触凹槽)。

图例说明：

1、刀柄；2、刀座；3、刀片；31、前刀面；32、后刀面；33、背刀面；34、过渡面；341、第一倒棱面；342、第二倒棱面；343、弧形面；35、限制性接触凹槽；351、第一槽段；352、弧形槽段；353、第二槽段；36、动平衡通孔；301、第一切削刃；302、第二切削刃；303、第三切削刃；401、凹弧面；402、第一凸弧面；403、第二凸弧面。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀，包括刀柄1、与刀柄1相连的刀座2以及安装在刀座2上的若干刀片3，若干刀片3绕刀柄1的轴线均匀布置，刀片3具有前刀面31、位于刀片3外侧的后刀面32和位于刀片3底部的背刀面33，前刀面31与后刀面32相交形成第一切削刃301，前刀面31与背刀面33相交形成第二切削刃302，后刀面32与背刀面33通过一过渡面34相接，过渡面34包括与后刀面32相接的第一倒棱面341、与背刀面33相接的第二倒棱面342以及连接第一倒棱面341和第二倒棱面342的弧形面343，第一倒棱面341和第二倒棱面342均与弧形面343相切，过渡面34与前刀面31相交形成第三切削刃303，其中，第一倒棱面341和第二倒棱面342分别与前刀面31相交形成倒棱刃，弧形面343与前刀面31相交形成圆弧刃，也即第三切削刃303为倒棱和圆弧相结合的形状。倒棱刃可改变第三切削刃303的刃口的受力形式，将刃口处的弯曲应力转变为压应力，材料的抗压强度远大于抗弯曲强度，圆弧刃可提高刀刃的强度，从而应对加工镍基合金涡轮盘榫槽易出现的破损，崩刃、热坍塌等失效形式，提高刀具的寿命。上述第三切削刃303可降低在高速铣削过程中由于刀片3与工件摩擦力增加而导致的磨损，从而提高耐用度，延长使用寿命。

本实施例中，第一倒棱面341与后刀面32之间的夹角C以及第二倒棱面342与第二倒棱面342之间的夹角C均为8°～16°，第一倒棱面341从后刀面32到弧形面343的长度以及第二倒棱面342从背刀面33到弧形面343的长度L均为0.1mm～0.2mm，弧形面343的半径R为25μm～35μm。上述参数限定的第三切削刃303能够最大化的降低刀片3磨损。

本实施例中，刀片3的后角为15°，前角为5°，采用上述后角能提高刀刃的锋利度，并可降低切削温度，采用上述前角能够保证工件的加工质量。

本实施例中，前刀面31上设有限制性接触凹槽35，限制性接触凹槽35由依次连接的第一槽段351、弧形槽段352和第二槽段353构成，第一槽段351和第二槽段353分别与弧形槽段352相切，第一槽段351为与第二切削刃302呈3°～5°夹角的直线槽，且沿朝向第一切削刃301的方向第一槽段351逐渐远离第二切削刃302，第一槽段351与第一切削刃301的距离为0.3mm～0.4mm，弧形槽段352的半径为2μm～3μm，第二槽段353在前刀面31上的特定平面直角坐标系内按照以下公式(1)或公式(2)函数曲线延伸布置：

Y＝(498-6675X+14305X²-13699X³+7681X⁴-2359X⁵+322X⁶-8X⁷)/σ (1)

Y＝(153+214X+3898X²-4357X³+1715X⁴-195X⁵)/σ (2)

其中，特定平面直角坐标系以第一切削刃301为Y轴，以第一切削刃301与第三切削刃303的交点为原点，以前刀面31上过原点且垂直于Y轴的数轴为X轴；X表示第二槽段353的X轴坐标数值，即限制接触长度，Y表示第二槽段353为X轴坐标数值时所对应的Y轴坐标数值，σ表示刀片3材料的屈服强度，本实施例的刀片3采用91％的碳化钨与9％的钴制作，并采用AlTiN+Si3N4涂层，其屈服强度为4200MPa。该限制性接触凹槽35有利于散热，可降低刀刃的切削温度及摩擦，并可防止粘刀，能精确控制切屑走向及断裂，便于切屑的排出。切削过程中形成的切屑在刀刃到限制性接触凹槽35的这段距离一直是接触的，之后切屑与刀片3不再接触，切屑弯曲断裂，切屑在加工过程中倾向与刀片3接触，其走向与限制接触长度逐渐增大的方向流动。

优选的，限制性接触凹槽35的宽度为5μm～10μm，深宽比为4:1～7:1，能够发到最优的散热效果以及排屑效果。

本实施例中，刀片3开设有动平衡通孔36，动平衡通孔36自背刀面33贯穿至刀片3与背刀面33相对的侧面，动平衡通孔36的孔径为0.1mm～0.2mm，该动平衡通孔36有助于散热。该动平衡通孔36中心线到后刀面32的直线距离为0.35mm～0.4mm，且动平衡通孔36中心线到前刀面31的距离等于动平衡通孔36到刀片3上与前刀面31相背一面的距离，也即动平衡通孔36中心线位于刀片3的厚度的中间。能够在保证各切削刃强度的基础上尽可能的靠近各切削刃，实现动平衡目标，并尽可能提高其散热能力，因为越靠近切削刃，温度越高，更加有利于降低切削刃的温度，提高刀具的切削性能。

本实施例中，前刀面31上具有导屑面，如图4所示，导屑面包括自第三切削刃303向前刀面31中部延伸的凹弧面401，凹弧面401的高度沿凹弧面401延伸方向先逐渐减小再逐渐增大，凹弧面401的宽度沿凹弧面401延伸方向逐渐增大；凹弧面401与第一切削刃301之间通过第一凸弧面402相连，第一凸弧面402自与凹弧面401的连接边沿与第一切削刃301呈锐角的方向延伸，且第一凸弧面402的延伸方向逐渐远离第三切削刃303，第一凸弧面402的高度沿第一凸弧面402延伸方向先逐渐增大再逐渐减小，第一凸弧面402与凹弧面401平滑相接，第一切削刃301的高度沿远离第三切削刃303的方向逐渐减小，第一切削刃301远离第三切削刃303一端的高度小于凹弧面401任意位置处的高度；凹弧面401与第二切削刃302之间通过第二凸弧面403相接，第二凸弧面403的高度从凹弧面401到第二切削刃302逐渐增大，第二凸弧面403与凹弧面401平滑相接。

在铣刀高速旋转过程中，第三切削刃303为主切削刃，主切削刃为圆弧与倒棱相结合的形式，切屑沿着与主切削刃垂直的方向排屑，即切屑都进入凹弧面并沿着前刀面中部方向排屑，在限制性接触凹槽35的作用下，切屑精确断裂，断裂后的切屑进入凹弧面401，凹弧面401与限制性接触凹槽35相交处(图4中J1处)的高度大于凹弧面401靠近前刀面31中部位置的最低点处(图4中J2处)，即铣刀高速旋转过程中，由于J1处的旋转半径大于J2处的旋转半径，在旋转角速度相同的情况下，J1处的线速度大于J2处的线速度，依据伯努利原理，(J1处产生的压强比J2处的要大，且在时间上J2处出现旋转压强比J1处的要晚，这就使得切屑在惯性与压差的作用下朝前刀面31中部排屑；由于J2处比第二切削302的高度要低，在尺寸上阻止了切屑向第二切削刃302方向排屑，且J2处压强小于第二切削刃302处的压强，进一步阻止了其向第二切削刃302方向排屑；J2处的高度大于第一切削刃301，且第一凸弧面402与凹弧面401为平滑连接，第一凸弧面402的延伸方向自第一凸弧面402与凹弧面401的连接边沿与第一切削刃301呈锐角，且第一凸弧面402的延伸方向逐渐远离第三切削刃303，凹弧面401任意位置处的高度大于第一切削刃301的高度，同理，J2处的压强大于第一切削刃301处的压强，在惯性与压差的作用下，切屑沿着第一凸弧面402的延伸方向排屑。上述导屑面的使得切屑按照预定轨迹排出，可有效防止切屑刮伤已加工表面。

优选的，凹弧面沿第一切削刃301和第二切削刃302夹角的平分线向前刀面31中部延伸。在高速铣削加工过程中，切除材料的主切削刃为第三切削刃303，切屑走向通常与切削刃垂直方向，主切削为圆弧与倒棱的沿着角平分线布置的凹弧面能够把绝大多数的切屑导入到凹弧面401中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于高速切削精密加工镍基合金工件的铣刀，包括刀柄(1)、与刀柄(1)相连的刀座(2)以及安装在刀座(2)上的若干刀片(3)，若干刀片(3)绕刀柄(1)的轴线均匀布置，所述刀片(3)具有前刀面(31)、位于刀片(3)外侧的后刀面(32)和位于刀片(3)底部的背刀面(33)，所述前刀面(31)与后刀面(32)相交形成第一切削刃(301)，所述前刀面(31)与背刀面(33)相交形成第二切削刃(302)，其特征在于：所述后刀面(32)与背刀面(33)通过一过渡面(34)相接，所述过渡面(34)包括与后刀面(32)相接的第一倒棱面(341)、与背刀面(33)相接的第二倒棱面(342)以及连接第一倒棱面(341)和第二倒棱面(342)的弧形面(343)，所述第一倒棱面(341)和第二倒棱面(342)均与弧形面(343)相切，所述过渡面(34)与前刀面(31)相交形成第三切削刃(303)；

所述前刀面(31)上具有导屑面，所述导屑面包括自第三切削刃(303)向前刀面(31)中部延伸的凹弧面(401)，所述凹弧面(401)的高度沿凹弧面(401)延伸方向先逐渐减小再逐渐增大，所述凹弧面(401)的宽度沿凹弧面(401)延伸方向逐渐增大；所述凹弧面(401)与第一切削刃(301)之间通过第一凸弧面(402)相连，所述第一凸弧面(402)自与凹弧面(401)的连接边沿与第一切削刃(301)呈锐角的方向延伸，且第一凸弧面(402)的延伸方向逐渐远离第三切削刃(303)，所述第一凸弧面(402)的高度沿第一凸弧面(402)延伸方向先逐渐增大再逐渐减小，所述第一切削刃(301)的高度沿远离第三切削刃(303)的方向逐渐减小，所述第一切削刃(301)远离第三切削刃(303)一端的高度小于所述凹弧面(401)任意位置处的高度；所述凹弧面(401)与第二切削刃(302)之间通过第二凸弧面(403)相接，所述第二凸弧面(403)的高度从凹弧面(401)到第二切削刃(302)逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于：所述第一倒棱面(341)与后刀面(32)之间的夹角以及第二倒棱面(342)与第二倒棱面(342)之间的夹角均为8°～16°，所述第一倒棱面(341)从后刀面(32)到弧形面(343)的长度以及第二倒棱面(342)从背刀面(33)到弧形面(343)的长度均为0.1mm～0.2mm，所述弧形面(343)的半径为25μm～35μm。

3.根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于：所述前刀面(31)上设有限制性接触凹槽(35)，所述限制性接触凹槽(35)由依次连接的第一槽段(351)、弧形槽段(352)和第二槽段(353)构成，第一槽段(351)和第二槽段(353)分别与弧形槽段(352)相切，所述第一槽段(351)为与第二切削刃(302)呈3°～5°夹角的直线槽，且沿朝向第一切削刃(301)的方向第一槽段(351)逐渐远离第二切削刃(302)，第一槽段(351)与第一切削刃(301)的距离为0.3mm～0.4mm，所述弧形槽段(352)的半径为2μm～3μm，所述第二槽段(353)在前刀面(31)上的特定平面直角坐标系内按照以下公式(1)或公式(2)所述函数曲线延伸布置：

Y＝(498-6675X+14305X²-13699X³+7681X⁴-2359X⁵+322X⁶-8X⁷)/σ (1)

Y＝(153+214X+3898X²-4357X³+1715X⁴-195X⁵)/σ (2)

其中，所述特定平面直角坐标系以第一切削刃(301)为Y轴，以第一切削刃(301)与第三切削刃(303)的交点为原点，以前刀面(31)上过所述原点且垂直于Y轴的数轴为X轴；X表示第二槽段(353)的X轴坐标数值，Y表示第二槽段(353)为X轴坐标数值时所对应的Y轴坐标数值，σ表示刀片(3)材料的屈服强度。

4.根据权利要求3所述的铣刀，其特征在于：所述限制性接触凹槽(35)的宽度为5μm～10μm，深宽比为4:1～7:1。

5.根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于：所述刀片(3)开设有动平衡通孔(36)，所述动平衡通孔(36)自背刀面(33)贯穿至刀片(3)与背刀面(33)相对的侧面，所述动平衡通孔(36)的孔径为0.1mm～0.2mm，且动平衡通孔(36)中心线到后刀面(32)的直线距离为0.35mm～0.4mm，动平衡通孔(36)中心线到前刀面(31)的距离等于动平衡通孔(36)中心线到刀片(3)上与前刀面(31)相背一面的距离。

6.根据权利要求1所述的铣刀，其特征在于：所述凹弧面(401)沿第一切削刃(301)和第二切削刃(302)夹角的平分线向前刀面(31)中部延伸。

7.根据权利要求1至6任一项所述的铣刀，其特征在于：所述刀片(3)的后角为15°，前角为5°。