CN108188460A - 一种基于3d打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，包括刀体及刀柄；刀体与刀柄为分体式连接结构；刀体的内部沿其轴向方向设有多条贯通刀体端部的螺旋状冷却流道；这种螺旋状流道通过铣刀旋转时的离心力作用，加速了往铣刀顶端出口方向的流动速度，进一步强化了热传导能力，大大提高了铣刀的使用寿命。运用激光选区熔化SLM增材制造技术成型内含螺旋冷却流道的铣刀刀体部分，而刀柄部分仍为传统的机械加工方式。SLM增材制造技术与传统机械加工技术的融合，能够更好地让SLM增材制造技术应用于成熟的工业生产制造领域，从而能够得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及铣刀设计与制造，尤其涉及一种基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀。
背景技术
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具都是机用的，机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料。硬质合金切削刀具在我国也已经成为加工企业所需的主力刀具，被广泛地应用在汽车及零部件生产、模具制造、航空航天等重工业领域。高性能、更长的使用寿命、更快的运转速度，是刀具制造的三大追求方向。在刀具制造领域，刀具的制造主要采用的还是传统的机械加工技术，这使得刀具在设计自由度、结构尺寸、刀具寿命及运转速度等方面受到了诸多限制。
SLM增材制造技术是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料，按照熔融的方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”、从无到有的，通过材料累加的制造方法。作为一种新型的制造技术，SLM增材制造技术正在越来越深入地应用到工业生产中。代表性的金属SLM增材制造技术也已经投入工业应用。与此同时，对于SLM增材制造技术与传统制造工艺结合的研究也越来越多。
在认识到传统机械加工技术制造刀具的局限性，结合现在发展势头良好的SLM增材制造技术，刀具制造正在从传统的机械加工制造策略转变为机械加工与增材制造相结合的策略。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，包括刀体1及刀柄2；刀体1与刀柄2为分体式连接结构；刀体1的内部沿其轴向方向设有多条贯通刀体1端部的螺旋状冷却流道3；
刀柄2内部开设有冷却液体流道22，冷却液体流道22的出口端通过汇集口31与各螺旋状冷却流道3连通；冷却液体流道22入口端23开设在刀柄2的装夹槽24两侧，用于与冷却液供给系统连通。
所述各螺旋状冷却流道3分别分布在刀体1的刀刃根部，并与刀体1的刀槽32相互平行。
所述分体式连接结构为螺纹连接结构。
所述刀体1采用3D打印机打印成型；所述刀柄2由机械加工成型。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明在刀体1内开设有数条螺旋冷却流道，大大降低了铣刀在工作过程的温度；螺旋冷却流道沿着刀体1的刀刃根部延伸，这种螺旋状流道通过铣刀旋转时的离心力作用，加速了往铣刀顶端出口方向的流动速度，进一步强化了热传导能力，大大提高了铣刀的使用寿命。
本发明在刀体1与刀柄2为拆卸时结构，便于更换刀体1。
本发明将刀体1及其内部的螺旋冷却流道通过3D打印机打印成型(SLM增材制造技术)，刀柄2由机械加工成型。
本发明将3D打印及机械加工技术有机整合，应用于本领域具有如下优势：
1.对刀具制造工艺的优化：由于探索了SLM增材制造技术与成熟的械加工技术的复合应用，基于硬质合金铣刀的复杂形状，采用传统的加工方式制备过程会比较麻烦，而且还会造成材料的浪费。硬质合金铣刀中拥有密集出屑槽的刀体部分是通过激光选区熔化增材制造的定制化非标产品，刀柄部分则是通过机械加工技术批量化生产的标准产品，整体零件实现了混合制造。刀柄部分与刀体部分通过螺纹连接，加工时需要换刀时，只需更换具有相同螺纹连接的不同刀体，刀柄部分则重复使用，节省材料。这种复合制造工艺是更为理想的选择，简单零件只需加工。较复杂部分则采用增材制造。
2.刀具内部螺旋冷却流道提升刀具性能及寿命：刀具内部冷却流道的几何形状则对刀具寿命有一定影响。通过激光选区熔化增材制造的刀具内部冷却流道具有复杂的螺旋状几何结构，该结构可提高冷却液到刀具顶部的流动过程中的热传导能力，从而提高刀具寿命，以及刀具运转速度。除此之外，冷却流道的走向与钻头的螺旋形刀槽相互平行,从而增加了钻芯的稳定性,提高了冷却效能。
3.激光选区熔化增材制造对刀具成型的优势：通过数控机床和小型刀具以轻切的方式制造刀体存在加工难度高、加工周期长的问题。激光选区熔化SLM增材制造技术不仅能够使刀体制造效率得到提升，还能够解放在刀具设计上的种种限制枷锁，给刀具设计带来更高的自由度。激光选区熔化SLM增材制造技术是我们可以生产尺寸规格比以前更小的刀具,并能构建出用传统机械加工无法实现的复杂几何形状(包括内部几何形状)。并且，激光选区熔化金属3D打印设备在一次打印任务中，能够把为客户定制化生产的多款不同刀体同时打印出来。
4.除了以上概述的三点优势以外，激光选区熔化增材制造还能在刀具结构的轻量化、拓扑优化以及无人值守生产等方面带来极大的改善和进步。
附图说明
图1为本发明铣刀的内部流道透视示意图。
图2为本发明铣刀外部结构示意图。
图3为图2中刀体结构示意图。
图4为图3刀体顶端的俯视结构示意图。
图5为图2中刀柄结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-5所示。本发明公开了一种基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，包括刀体1及刀柄2；刀体1与刀柄2为分体式连接结构；刀体1的内部沿其轴向方向设有多条贯通刀体1端部的螺旋状冷却流道3；这种螺旋状流道通过铣刀旋转时的离心力作用，加速了往铣刀顶端出口方向的流动速度，进一步强化了热传导能力，大大提高了铣刀的使用寿命。
刀柄2内部开设有冷却液体流道22，冷却液体流道22的出口端通过汇集口31与各螺旋状冷却流道3连通；冷却液体流道22入口端23开设在刀柄2的装夹槽24两侧，用于与冷却液供给系统连通。
所述各螺旋状冷却流道3分别分布在刀体1的刀刃根部，并与刀体1的刀槽32相互平行。
所述分体式连接结构为螺纹连接结构。这种拆卸式连接结构，便于随时更换刀体1，使用更加便捷。
所述刀体1采用3D打印机(激光选区熔化成型设备)打印成型。
关于刀体1的激光选区熔化成型。将设计好的刀体1模型导入Magics软件加支撑，再导入Slic3r软件切片，再将数据导入SLM设备；设置好刀体成型参数后开始打印成型。打印成型结束后，取出铣刀刀体并进行喷砂、表面抛光等后处理工艺。
需要注意的是，由于刀柄2和刀体1是通过螺纹连接，需观察刀体1和刀柄2之间接触面的平整配合精准度，并观察在其衔接处是否有漏液现象，可将铣刀装夹上机床并打开冷却液供给系统，观察衔接部位的对接密封性。
综上所述，刀体内含螺旋冷却流道，整体结构复杂，难以用传统机加工方法制造，采用SLM增材制造工艺成型，成型材料包括马氏体时效钢和H13工具钢两种。SLM增材制造技术与机加工工艺(数控车床、数控铣床)的结合吸收了两者的优点。铣刀制造完成后进行相应的后处理工艺，刀柄采用数控加工方式表面精度足够，不需要进行后处理；SLM工艺成型的刀体表面相对粗糙，对其进行喷砂以及表面抛光处理，使铣刀刀柄刀体表面精度达到同等级别。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，包括刀体(1)及刀柄(2)；其特征在于：刀体(1)与刀柄(2)为分体式连接结构；刀体(1)的内部沿其轴向方向设有多条贯通刀体(1)端部的螺旋状冷却流道(3)；
刀柄(2)内部开设有冷却液体流道(22)，冷却液体流道(22)的出口端通过汇集口(31)与各螺旋状冷却流道(3)连通；冷却液体流道(22)入口端(23)开设在刀柄(2)的装夹槽(24)两侧，用于与冷却液供给系统连通。
2.根据权利要求1所述基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，其特征在于：所述各螺旋状冷却流道(3)分别分布在刀体(1)的刀刃根部，并与刀体(1)的刀槽(32)相互平行。
3.根据权利要求2所述基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，其特征在于：所述分体式连接结构为螺纹连接结构。
4.根据权利要求3所述基于3D打印成型的内含螺旋冷却流道的铣刀，其特征在于：所述刀体(1)由3D打印机打印成型；所述刀柄(2)由机械加工成型。
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