CN108971591B - 一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀及其制备方法 - Google Patents

一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀及其制备方法，属于机械切削刀具制造技术领域。铣刀体上沿主切削刃圆弧方向均匀加工有数个仿生沟槽和数个仿生凹坑，铣刀体内部中心处设有冷却液内管道，冷却液内管道下部分成两个冷却液内分支管道，两个冷却液内分支管道均直通铣刀体的主切削刃区，铣刀体的上方设有罩体，罩体内固定有电机，电机的输出轴上固定有曲柄圆盘，连杆两端与曲柄圆盘及活塞铰接，活塞滑动设置冷却液缸筒内，冷却液缸筒内壁设有活塞止动挡环，冷却液缸筒与冷却液内管道进液口连通设置；冷却液缸筒侧壁位于活塞止动挡环下方设有冷却液注入口。本发明的球头铣刀用于加工淬硬模具钢等硬度高的材料。

Description

一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种球头铣刀及其制备方法，属于机械切削刀具制造技术领域。
背景技术
淬硬模具钢具有良好的综合性能，是作为制造汽车覆盖件模具一种重要的机械加工材料，随着高速铣削技术的飞速发展已然成为国内外模具制造企业主要的加工技术。由于淬硬模具钢硬度高，导热系数低等物理特性，在高速铣削过程中会导致切削力大、切削温度高、刀具-工件之间摩擦加剧，造成刀具严重的磨损失效，严重影响工件的加工效率和加工质量。通常在传统的工件铣削过程中要借助于外部切削液来降低切削温度，改善切削区域的润滑状态，延长刀具寿命、提高工件的加工质量。但是传统的外部切削液不能第一时间到达刀具主要切削区，不能很好的起到冷却、降温、润滑减磨的作用，从而不能很好的保护刀具，在球头铣刀铣削过程中仍会造成刀具严重的磨损失效。为此，急需提出一种新型球头铣刀来解决第一时间切削区域无冷却液的困境，同时提出一种新结构来增加刀具寿命和提高工件加工质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀及其制备方法，为解决现有球头铣刀在铣削淬硬模具钢时，工件加工质量较差，加工效率不高、刀具磨损严重的问题。
本发明基于仿生物学技术，提出一种穿山甲鳞片状仿生沟槽与蜂巢状仿生凹坑相结合的仿生物学耐磨状结构，大大减小了刀具磨损程度与工件之间的摩擦力，同时降低了切削过程中产生的切削热和切削力。充分发挥了仿生耐磨功能表面的优势。同时提出了一种内部冷却液自循环系统，能够很好的解决第一时间冷却切削区域的问题，辅助刀具降低切削区域温度，同时起到润滑和冲洗目的。本发明能够提高刀具表面耐磨性，提高刀具的使用寿命，有效减少了刀具与工件之间的切削热和切削力的产生，保证了工件的加工质量和加工效率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀，其组成包括铣刀体，所述带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀还包括内部冷却液自循环系统，所述内部冷却液自循环系统包括罩体、电机、曲柄圆盘、连杆、冷却液缸筒、活塞、冷却液注入口、冷却液及活塞止动挡环；
所述铣刀体上沿主切削刃圆弧方向均匀加工有数个仿生沟槽和数个仿生凹坑，铣刀体内部中心处设有冷却液内管道，所述冷却液内管道下部分成两个冷却液内分支管道，所述两个冷却液内分支管道均直通铣刀体的主切削刃区，所述数个仿生凹坑与冷却液内分支管道的出液口相邻设置；
铣刀体的上方设有罩体，所述罩体内固定有电机，所述电机的输出轴水平设置，电机的输出轴上固定有曲柄圆盘，所述连杆一端通过销轴一与所述曲柄圆盘转动连接，连杆另一端通过销轴二与活塞的活塞柄端部转动连接，所述活塞滑动设置冷却液缸筒内，所述冷却液缸筒中下方内壁上设有活塞止动挡环，冷却液缸筒下方出液口与冷却液内管道进液口连通设置；冷却液缸筒侧壁位于活塞止动挡环下方设有冷却液注入口。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1、本发明能使淬硬模具钢等难加工材料在高速铣削加工时，提高加工效率和加工质量。
2、本发明在铣刀体的主切削刃处采用穿山甲鳞片状仿生沟槽和蜂巢状仿生凹坑相结合的仿生减阻耐磨功能结构，通过借鉴仿生物学引入到生产实践中，减阻耐磨及润滑性能良好。
3、本发明采用的穿山甲鳞片状仿生沟槽和蜂巢状仿生凹坑相结合的仿生减阻耐磨功能表面，解决铣削淬硬模具钢刀具磨损较快的问题，实践证明了铣刀磨损量减小、切削温度和切削力都有所降低，也更有利于切屑断屑。
4、本发明在传统冷却液技术的基础上新添加了内部冷却液自循环系统，能更好的起到第一时间降低切削区域温度的目的，内喷射冷却液也能与蜂巢状仿生凹坑的减阻耐磨结构起到良好的互相促进作用，冷却液会在蜂巢状仿生凹坑中形成润滑油膜，能够更好的促进仿生耐磨功能表面的减阻耐磨的作用，同时也能及时冲洗出刀尖处的切屑，更好的起到降温、润滑的作用，提高了刀具寿命和工件的加工质量和效率。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视示意图；
图2是本发明的刀具刃部的放大示意图；
图3是本发明的穿山甲鳞片状仿生沟槽剖面结构示意图；
图4是本发明的蜂巢状仿生凹坑剖面结构示意图；
图5是图1的A处局部放大图；
图6是图5的B处局部放大图；
图7是图1的C处局部放大图；
图8是图1的D处局部放大图。
图中各部件名称及标号说明如下：
罩体1、电机2、曲柄圆盘3、连杆4、冷却液缸筒5、活塞6、冷却液注入口7、冷却液8、铣刀体9、冷却液内管道9-1、仿生凹坑9-2、仿生沟槽9-3、冷却液内分支管道9-4、活塞止动挡环10。
具体实施方式
为了更好的理解本发明专利的方案，结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：如图1-图8所示，本实施方式披露了一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀，其组成包括铣刀体9，所述带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀还包括内部冷却液自循环系统，所述内部冷却液自循环系统包括罩体1、电机2、曲柄圆盘3、连杆4、冷却液缸筒5、活塞6、冷却液注入口7、冷却液8及活塞止动挡环10；
所述铣刀体9上沿主切削刃圆弧方向（与切屑流向平行分布）均匀加工有数个仿生沟槽9-3和数个仿生凹坑9-2，铣刀体9内部中心处设有冷却液内管道9-1，所述冷却液内管道9-1下部分成两个冷却液内分支管道9-4，所述两个冷却液内分支管道9-4均直通铣刀体9的主切削刃区，所述数个仿生凹坑9-2与冷却液内分支管道9-4的出液口相邻设置；
铣刀体9的上方设有罩体1，所述罩体1内固定有电机2，所述电机2的输出轴水平设置，电机2的输出轴上固定有曲柄圆盘3，所述连杆4一端通过销轴一与所述曲柄圆盘3转动连接，连杆4另一端通过销轴二与活塞6的活塞柄端部转动连接，所述活塞6滑动设置冷却液缸筒5内，所述冷却液缸筒5中下方内壁上设有活塞止动挡环10，冷却液缸筒5下方出液口与冷却液内管道9-1进液口连通设置；冷却液缸筒5侧壁位于活塞止动挡环10下方设有冷却液注入口7。
通过电机2驱动曲柄圆盘3实现曲柄圆盘3的360°周向连续转动，连杆4带动活塞6实现沿冷却液缸筒5上下往复运动，活塞6向下运动时驱动冷却液缸筒5内的冷却液8加速沿铣刀体9的冷却液内管道9-1至冷却液内分支管道9-4的出液口高速喷出，来实现降低切削区域的切削温度、润滑和冲洗切屑的目的，活塞6向上运动时，冷却液缸筒5内压强减小，促进外界冷却液沿冷却液注入口7注入冷却液缸筒5内，以实现冷却液8的循环，同时活塞止动挡环10对活塞6的工作行程起到保障作用。
具体实施方式二：如图1-图4及图8所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述数个仿生沟槽9-3均为穿山甲鳞片状仿生沟槽，所述数个仿生凹坑9-2均为蜂巢状仿生凹坑。
设置穿山甲鳞片状仿生沟槽和蜂巢状仿生凹坑在刀具铣削过程中能有效的减少摩擦磨损，减阻、润滑性能良好，同时沟槽形状也更有利于切屑断屑。内喷射冷却液8也能与蜂巢状仿生凹坑接触起到良好的互相促进作用，蜂巢状仿生凹坑具有仿生减阻耐磨功能，冷却液8会在蜂巢状仿生凹坑中形成润滑油膜，能够更好的促进仿生耐磨功能表面的减阻耐磨的作用，同时也能及时冲洗出刀尖处的切屑。
具体实施方式三：如图1-图8所示，一种具体实施方式二所述的带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀的制备方法，所述制备方法的步骤如下：
步骤一：对铣刀体9内的冷却液内管道9-1及两个冷却液内分支管道9-4的加工；
采用三轴深孔钻多功能钻铣床加工铣刀体9的冷却液内管道9-1和两个冷却液内分支管道9-4，所述冷却液内管道9-1位于铣刀体9的中心处，冷却液内管道9-1的直径为8mm，深120mm，所述两个冷却液内分支管道9-4的直径均为4mm，两个冷却液内分支管道9-4相对于冷却液内管道9-1对称设置，两个冷却液内分支管道9-4中心轴线之间的夹角为30°，两个冷却液内分支管道9-4直通铣刀体9的主切削刃区；
步骤二：对铣刀体9的主切削刃区进行表面清洗预处理；
将铣刀体9的刀头部分进行表面去污清理，放入丙酮溶液中进行超声波清洗8-12min，超声波功率密度为0.3w/cm2，超声总功率为1400w；
步骤三：对铣刀体9的主切削刃区获取仿生耐磨结构；
采用高精度光纤激光打标机对铣刀体9的主切削刃区进行仿生减阻耐磨结构的加工，在与所述主切削刃垂直的方向加工数个穿山甲鳞片状仿生沟槽（起到减摩的作用），所述数个穿山甲鳞片状仿生沟槽沿主切削刃均布排列，每个穿山甲鳞片状仿生沟槽的槽宽为80μm，槽深为50μm，槽间距为50μm，沿主切削刃圆弧方向均匀排布的数个穿山甲鳞片状仿生沟槽总长度为4mm；
在与所述主切削刃垂直的方向加工数个蜂巢状仿生凹坑（起到减摩的作用），所述数个蜂巢状仿生凹坑位于冷却液内分支管道9-4的出液口与数个穿山甲鳞片状仿生沟槽之间，数个蜂巢状仿生凹坑的形状均为正六边形，每个蜂巢状仿生凹坑的边长为100μm，每相邻两个蜂巢状仿生凹坑共用边厚度为40μm，孔深为30μm，孔底为圆弧状，数个蜂巢状仿生凹坑也沿主切削刃均匀排列，沿主切削刃圆弧方向排布的数个蜂巢状仿生凹坑总长度为4mm，总宽度为1mm。

Claims (2)

1.一种带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀，其组成包括铣刀体（9），其特征在于：所述带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀还包括内部冷却液自循环系统，所述内部冷却液自循环系统包括罩体（1）、电机（2）、曲柄圆盘（3）、连杆（4）、冷却液缸筒（5）、活塞（6）、冷却液注入口（7）、冷却液（8）及活塞止动挡环（10）；
所述铣刀体（9）上沿主切削刃圆弧方向均匀加工有数个仿生沟槽（9-3）和数个仿生凹坑（9-2），铣刀体（9）内部中心处设有冷却液内管道（9-1），所述冷却液内管道（9-1）下部分成两个冷却液内分支管道（9-4），所述两个冷却液内分支管道（9-4）均直通铣刀体（9）的主切削刃区，所述数个仿生凹坑（9-2）与冷却液内分支管道（9-4）的出液口相邻设置；
铣刀体（9）的上方设有罩体（1），所述罩体（1）内固定有电机（2），所述电机（2）的输出轴水平设置，电机（2）的输出轴上固定有曲柄圆盘（3），所述连杆（4）一端通过销轴一与所述曲柄圆盘（3）转动连接，连杆（4）另一端通过销轴二与活塞（6）的活塞柄端部转动连接，所述活塞（6）滑动设置冷却液缸筒（5）内，所述冷却液缸筒（5）中下方内壁上设有活塞止动挡环（10），冷却液缸筒（5）下方出液口与冷却液内管道（9-1）进液口连通设置；冷却液缸筒（5）侧壁位于活塞止动挡环（10）下方设有冷却液注入口（7）；所述数个仿生沟槽（9-3）均为穿山甲鳞片状仿生沟槽，所述数个仿生凹坑（9-2）均为蜂巢状仿生凹坑；所述数个穿山甲鳞片状仿生沟槽沿主切削刃均布排列，每个穿山甲鳞片状仿生沟槽的槽宽为80μm，槽深为50μm，槽间距为50μm，沿主切削刃圆弧方向均匀排布的数个穿山甲鳞片状仿生沟槽总长度为4mm；数个蜂巢状仿生凹坑的形状均为正六边形，每个蜂巢状仿生凹坑的边长为100μm，每相邻两个蜂巢状仿生凹坑共用边厚度为40μm，孔深为30μm，孔底为圆弧状，数个蜂巢状仿生凹坑也沿主切削刃均匀排列，沿主切削刃圆弧方向排布的数个蜂巢状仿生凹坑总长度为4mm，总宽度为1mm。
2.一种权利要求1所述的带有仿生耐磨及内冷却功能的球头铣刀的制备方法，其特征在于：所述制备方法的步骤如下：
步骤一：对铣刀体（9）内的冷却液内管道（9-1）及两个冷却液内分支管道（9-4）的加工；
采用三轴深孔钻多功能钻铣床加工铣刀体（9）的冷却液内管道（9-1）和两个冷却液内分支管道（9-4），所述冷却液内管道（9-1）位于铣刀体（9）的中心处，冷却液内管道（9-1）的直径为8mm，深120mm，所述两个冷却液内分支管道（9-4）的直径均为4mm，两个冷却液内分支管道（9-4）相对于冷却液内管道（9-1）对称设置，两个冷却液内分支管道（9-4）中心轴线之间的夹角为30°，两个冷却液内分支管道（9-4）直通铣刀体（9）的主切削刃区；
步骤二：对铣刀体（9）的主切削刃区进行表面清洗预处理；
将铣刀体（9）的刀头部分进行表面去污清理，放入丙酮溶液中进行超声波清洗8-12min，超声波功率密度为0.3w/cm2，超声总功率为1400w；
步骤三：对铣刀体（9）的主切削刃区获取仿生耐磨结构；
采用高精度光纤激光打标机对铣刀体（9）的主切削刃区进行仿生减阻耐磨结构的加工，在与所述主切削刃垂直的方向加工数个穿山甲鳞片状仿生沟槽，所述数个穿山甲鳞片状仿生沟槽沿主切削刃均布排列，每个穿山甲鳞片状仿生沟槽的槽宽为80μm，槽深为50μm，槽间距为50μm，沿主切削刃圆弧方向均匀排布的数个穿山甲鳞片状仿生沟槽总长度为4mm；
在与所述主切削刃垂直的方向加工数个蜂巢状仿生凹坑，所述数个蜂巢状仿生凹坑位于冷却液内分支管道（9-4）的出液口与数个穿山甲鳞片状仿生沟槽之间，数个蜂巢状仿生凹坑的形状均为正六边形，每个蜂巢状仿生凹坑的边长为100μm，每相邻两个蜂巢状仿生凹坑共用边厚度为40μm，孔深为30μm，孔底为圆弧状，数个蜂巢状仿生凹坑也沿主切削刃均匀排列，沿主切削刃圆弧方向排布的数个蜂巢状仿生凹坑总长度为4mm，总宽度为1mm。
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