CN109465483B - 一种具有自冷却润滑结构的切削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种具有自冷却润滑结构的切削刀具。切削刀具包括刀具柄部以及刀头，还包括冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在刀柄内，或者设置在刀具柄部和刀头内；冷却润滑液副流道均开设在刀头内，或者设置在刀具柄部和刀头内；并将冷却润滑液主流道与刀头的加工区域连通；刀具柄部和刀头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。该切削刀具不仅能够对刀具柄部、刀头以及加工区域全部进行冷却，且冷却均匀性好，冷却成本低。

Description

一种具有自冷却润滑结构的切削刀具

技术领域

本发明涉及一种机械加工刀具，具体涉及一种具有自冷却润滑结构的切削刀具。

背景技术

切削加工过程按加工类型主要分为：车削、钻削、铣削以及磨削加工；

车削是指利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸；钻削是指利用刀具在工件上加工孔的工艺方法；铣削是指将毛坯固定，利用旋转的多刃刀具在毛坯上走刀，将工件切出需要的形状和尺寸；镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的切削工艺；磨削是指用磨料切除工件上多余材料的加工方法，属于机械加工的精加工；

上述加工过程都会对切削刀具进行冷却，传统的冷却方式是主要采用浇注式(外冷)的方式，这种方式采用大量切削液浇注在技工区域保证实际加工需要，但是此种方式明显导致加工成本的上升，并且在深孔加工等特殊加工方式时效果不佳，大量切削液的使用易造成环境环境污染，对设备操作人员身体健康有害。

目前，为了降低生成成本，还提出了一种在切削刀具自身采用冲孔工序加工出润滑冷却流道(该润滑冷却流道主要采用直孔)，冷却液从该通道流向加工区域，但是这种方式的缺陷是冷却不均匀，在铣削加工时一定形式上阻碍刀具润滑液流出，铣刀的前、后刀面无法同时进行冷却，冷却效果不佳。中国专利，申请号201810735938.6就较为详细的记载了这种冷却方式。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种能够对刀具柄部、刀头以及加工区域进行均匀冷却，且冷却成本低的一种具有自冷却润滑结构的切削刀具。

本发明的基本原理是：

本发明基于3D打印技术，在进行切削刀具制造过程中在刀具内部分别制造出冷却润滑液主流道与冷却润滑液副流道，从而确保了切削过程在适宜的温度下进行，同时大大提升了切削刀具在加工过程中的冷却效率。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种具有自冷却润滑结构的切削刀具，切削刀具包括刀具柄部以及刀头，其改进之处是：

还包括冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在刀具柄部内；

冷却润滑液副流道开设在刀头，或刀具柄部和刀头内，并将冷却润滑液主流道与刀头的加工区域连通；所述刀具柄部和刀头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道均采用3D打印的方式加工成型。

由于切削刀具的种类较多，因此本发明中的冷却润滑液副流道的设计方式也有不同，主要分为两种类型：

1、当切削刀具为螺旋刃铣刀时，冷却润滑液副流道为多条，每条冷却润滑液副流道与刀头中切削刃的形状、数量相适配，由于铣刀刀头切削刃为螺旋状，因此冷却润滑液副流道也为螺旋状；

由于铣刀刀头的特殊设计(包括前刀面和后刀面)，因此为了进一步提升冷却润滑的效果，每条冷却润滑液副流道上的前刀面冷却润滑液流道和后刀面冷却润滑液流道。

2、当切削刀具为磨刀或丝锥等刀具时，冷却润滑液副流道沿着冷却润滑液主流道中冷却润滑液的流向自上而下设置有多组，每组冷却润滑液副流道由沿圆周方向均匀设置的多条分支冷却润滑液流道组成；多条分支冷却润滑液流道的入口与冷却润滑液副流道连通，多条分支冷却润滑液流道的出口与加工区域连通。

针对上述两类不同的切削刀具，本发明还做出了一下优化设计：

为了提高各个冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液更加均匀，上述切削刀具还包括设置在刀具柄部内的冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙，所述基体通过3D打印的方式成型，且基体的材质与所述刀头的材质一致。

进一步地，为了进一步的提高刀具柄部处的冷却效果，所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

进一步地，受到3D打印技术的影响，为了满足润滑流道通畅，冷却润滑液主流道的直径为1mm-1.2mm，冷却润滑液副流道或分支冷却润滑液流道直径为0.5mm至0.75mm，孔隙的直径小于冷却润滑液副流道的直径或分支冷却润滑液流道直径。

同时，本发明还提供了一种加工机床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，刀柄夹持部上安装上述的具有自冷却润滑结构的切削刀具，切削刀具内的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部内的冷却流道连通。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用3D打印技术制造出一种在切削刀具内部分别设有冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道的冷却润滑机构，不仅降低了切削刀具加工过程的冷却润滑成本，并且该冷却润滑机构冷却均匀性好，冷却效果显著，同时还降低使用大量冷却润滑液造成的环境污染问题。

2、本发明的切削刀具内设置冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在刀具准备切削之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行切削后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够均匀通过冷却润滑液副流道向外流出，使得每条或每组冷却润滑液副流道中流出的冷却润滑液流量一致，进一步地提升了冷却均匀性，确保了冷却效果，同时还能减轻切削刀具的质量。

3、本发明将刀具柄部处的冷却润滑液主流道设计成螺旋状，由于增加了刀具柄部处的冷却面积，使得切削所产的热量对刀具柄部或与与其配合零件的影响极小，确保了切削刀具以及与其配合零件的使用寿命。

附图说明

图1为切削刀具为铣刀时实施例1的结构示意图。

图2为切削刀具为铣刀时实施例2的结构示意图。

图3为切削刀具为磨刀时实施例1的结构示意图。

图4为切削刀具为磨刀时实施例2的结构示意图。

图5为切削刀具为丝锥时实施例1的结构示意图。

图6为切削刀具为丝锥时实施例2的结构示意图。

附图标记如下：

1-冷却润滑液主流道、2-冷却润滑液副流道、21-前刀面冷却润滑液流道、22-前刀面冷却润滑液流道、23-分支冷却润滑液流道、3-冷却润滑液暂存区、31-基体。

001-铣刀刀柄、002-铣刀刀头、011-磨刀刀柄、012-磨刀刀头、021-丝锥刀柄、022-丝锥刀头。

具体实施方式

由于本发明的提供的具有自冷却润滑结构的切削刀具可以是各种切削加工时所使用的刀具，包括铣刀、丝锥、磨刀、车刀以及钻头等等。下面根据六个实施例对本发明的结构进行进一步的描述。

当本发明的切削刀具为铣刀时：

实施例1

如图1所示，一种具有自冷却润滑结构的铣刀，其包括铣刀柄部001和铣刀刀头002；铣刀柄部001和铣刀刀头002均采用3D打印的方式一体加工成型；铣刀柄部001内设置有冷却润滑液主流道1、铣刀刀头002的每一条切削刃021内设有与所述冷却润滑液主流道1相连通的冷却润滑液副流道2。冷却润滑液通过冷却润滑液主流道2流向各个切削刃内的冷却润滑液副流道2，从冷却润滑液副流道2流向每个切削区域，实现铣刀的冷却润滑。

需要强调的几点是：

1、铣刀刀头002中有3-6个切削刃，且切削刃为螺旋状结构，因此冷却润滑液副流道2也为3-6个，且冷却润滑液副流道2的形状也为螺旋状结构；

2、铣刀刀头002中每个切削刃均包括前刀面和后刀面，因此在每条冷却润滑液副流道上还分别设置有流向朝向前刀面和后刀面的的前刀面冷却润滑液流道21和后刀面冷却润滑液流道22。

3、当铣刀进行侧面切削时，此时铣刀的切削刃同时切削的区域较长，因此，在每条冷却润滑液副流道2上沿着其长度方向开设有多个前刀面冷却润滑液流道21和后刀面冷却润滑液流道22，以保证切削过程中各个位置均能进行均匀冷却润滑。

4、并且为了进一步的避免，切削过程中刀头的热量传递至刀柄或与刀柄连接的其他零件上，导致刀具或其他零件的损坏，所述冷却润滑液主流道1设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

实施例2

如图2所示，在实施例1的基础上，本发明还有更进一步的优化设计，即就是在铣刀柄部001内设置有冷却润滑液暂存区3，冷却润滑液暂存区3包括设置在冷却润滑液主流道1和冷却润滑液副流道2之间的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙(孔隙的直径小于冷却润滑液副流道的直径)。冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向冷却润滑液暂存区3，使得冷却润滑液在刀具准备切削之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行切削后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够通过多条冷却润滑液副流道2向每个切削区域，实现铣刀的冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得各条冷却润滑液副流道流出的冷却润滑液流量更加均匀，提升冷却效果。2、减少刀具的质量。

另外，铣刀刀具冷却液润滑出口由于受到3D打印制造技术的限制，冷却润滑液副流道孔径为0.5-0.75mm，在加上由于常规电主轴内冷却流道孔径尺寸的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道的直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下加工量的不同，产生的热不同而决定。

为了保证铣刀的整体稳定性，铣刀刀具是通过3D打印一体成型，因此基体的材质与铣刀柄部001或铣刀刀头002的材质一致。

当本发明的切削刀具为磨刀时：

实施例3

如图3所示，一种具有自冷却润滑结构的磨刀，其包括磨刀柄部011、磨刀刀头012；磨刀柄部011和磨刀刀头012均采用3D打印的方式一体加工成型；磨刀刀头012外表面附着有磨粒；磨刀柄部011至磨刀刀头内设置有冷却润滑液主流道1、磨刀刀头012内设有与所述冷却润滑液主流道1相连通的多组冷却润滑液副流道2。每组冷却润滑液副流道2由沿圆周方向均匀设置的多条分支冷却润滑液流道23组成；3

实施例4

如图4所示，在实施例3的基础上，本发明还有更进一步的优化设计：

1、在磨刀刀头012内设置有冷却润滑液暂存区3，冷却润滑液暂存区3包括设置在冷却润滑液主流道1和多组冷却润滑液副流道2之间的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙。基体的材质与磨刀刀头012的材质一致。冷却润滑液通过冷却润滑液主流道流向冷却润滑液暂存区，使得冷却润滑液在刀具准备磨削之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行磨削后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够通过多条冷却润滑液流道23流向每个切削区域，实现磨刀的冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得各条冷却润滑液副流道流出的冷却润滑液流量更加均匀，提升冷却效果。

2、减少刀具的质量。

2、另外，由于受到3D打印制造技术的限制，分支冷却润滑液流道23孔径为0.5-0.75mm，在加上由于刀柄夹持部内冷却流道孔径尺寸的影响，以及冷却润滑液出口数量的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道1直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下磨削加工量的不同，产生的热不同而决定。

3、并且为了进一步的避免，切削过程中磨刀刀头的热量传递至磨刀刀柄011或与磨刀刀柄011连接的其他零件上，导致刀具或其他零件的损坏，所述冷却润滑液主流道设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

当本发明的切削刀具为丝锥时：

实施例5

如图5所示，一种具有自冷却润滑结构的丝锥，其包括丝锥柄部021和丝锥刀头022；丝锥柄部021和丝锥刀头022均采用3D打印的方式一体加工成型；丝锥柄部021和丝锥刀头022内设置有冷却润滑液主流道1、丝锥刀头022内设有与所述冷却润滑液主流道1相连通的多组冷却润滑液副流道2。每组冷却润滑液副流道2由沿圆周方向均匀设置的多条分支冷却润滑液流道23组成；冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向多组冷却润滑液副流道2，再由每组冷却润滑液副流道2中的各条分支冷却润滑液流道21流向每个磨削区域，实现丝锥的冷却润滑。

实施例6

如图6所示，在实施例5的基础上，本发明还有更进一步的优化设计：

1、丝锥刀头022内设置有冷却润滑液暂存区3，冷却润滑液暂存区3包括设置在冷却润滑液主流道1和冷却润滑液副流道2之间的基体31，基体31上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙。基体的材质与丝锥刀头022的材质一致。冷却润滑液通过冷却润滑液主流道1流向冷却润滑液暂存区3，使得冷却润滑液在刀具准备切削之前冷却润滑液能够在该位置进行暂存，刀具开始进行切削后冷却润滑液在压力与离心力的作用下能够通过分支冷却润滑液流道23向每个切削区域，实现丝锥的冷却润滑。这种设计的目的是：1、使得各条冷却润滑液副流道流出的冷却润滑液流量更加均匀，提升冷却效果。2、减少刀具的质量。

2、另外，由于受到3D打印制造技术的限制，每条冷却润滑液流道23直径为0.5-0.75mm，在加上由于刀柄夹持部内冷却流道孔径尺寸的影响，以及冷却润滑液出口数量的影响，为了保证冷却润滑液出口压力，保证冷却润滑液能够作用在加工区域，冷却润滑液主流道1直径应该控制在1.2mm以内。具体尺寸以加工时，不同直径下加工量的不同，产生的热不同而决定。

3、每组冷却润滑液副流道2中每条冷却润滑液流道23的出口均针对切削刃的齿尖部位，从而能够确保更好的冷却润滑效果。

4、并且为了进一步的避免，切削过程中刀头的热量传递至丝锥柄部021或与丝锥柄部021连接的其他零件上，导致刀具或其他零件的损坏，冷却润滑液主流道1设置为螺旋状，以增大冷却面积，提高冷却效率。

上面仅对三种比较有代表性的切削刀具的结构进行了介绍，对于其他的车刀、钻头等切削刀具由于其本身结构简单，因此不再赘述，但是需要强调的是，上述冷却润滑的结构设计完全能够复制在车刀、钻头等其他的切削刀具上。

在制造上述刀具时，其设计原理方法基本一致，主要包括以下步骤：

【1】利用三维建模软件对切削刀具的刀柄和刀头进行三维建模设计；

【2】利用流体仿真软件对冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道的参数进行设计优化；保证润滑冷却流道在刀具加工过程中，润滑冷却液流量满足刀具的整体冷却要求，能够将润滑冷却液顺利输送至刀具切削加工区域；

【3】采用切片处理软件对刀柄和刀头模型进行分层切片处理，并对冷却润滑液暂存区域添加支撑，保证刀柄和刀头的整体刚性的同时，润滑冷却液能够顺利进入、流出暂存区域，后导入到3D打印设备中，利用3D打印技术对刀柄和刀头进行制造。

Claims (8)

1.一种具有自冷却润滑结构的切削刀具，包括刀具柄部和刀头，其特征在于：

还包括冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在刀具柄部，或刀具柄部和刀头内；

冷却润滑液副流道开设在刀头，或刀具柄部和刀头内，并将冷却润滑液主流道与刀头的加工区域连通；

所述冷却润滑液副流道为多条，每条冷却润滑液副流道与刀头中切削刃的形状、数量相适配；

每条冷却润滑液副流道上设置有前刀面冷却润滑液流道和后刀面冷却润滑液流道；

刀具柄部内设置有冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙；

所述刀具柄部和刀头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道以及基体均采用3D打印的方式加工成型，且基体的材质与所述刀头的材质一致。

2.根据权利要求1所述具有自冷却润滑结构的切削刀具，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

3.根据权利要求1-2任一权利要求所述具有自冷却润滑结构的切削刀具，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的孔径为1mm-1.2mm，所述冷却润滑液副流道的直径为0.5mm至0.75mm，且冷却润滑液副流道直径大于所述孔隙的直径。

4.一种加工机床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，其特征在于：刀柄夹持部上安装如权利要求3所述的具有自冷却润滑结构的切削刀具，所述切削刀具中的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部内的内冷却流道连通。

5.一种具有自冷却润滑结构的切削刀具，包括刀具柄部和刀头，其特征在于：

还包括冷却润滑液主流道和冷却润滑液副流道；冷却润滑液主流道设置在刀具柄部，或刀具柄部和刀头内；

冷却润滑液副流道开设在刀头，或刀具柄部和刀头内，并将冷却润滑液主流道与刀头的加工区域连通；

所述冷却润滑液副流道沿着冷却润滑液主流道中冷却润滑液的流向自上而下设置有多组，每组冷却润滑液副流道由沿圆周方向均匀设置的多条分支冷却润滑液流道组成；多条分支冷却润滑液流道的入口与冷却润滑液副流道连通，多条分支冷却润滑液流道的出口与加工区域连通；

刀头内设置有冷却润滑液暂存区；所述冷却润滑液暂存区包括设置在冷却润滑液主流道和每组冷却润滑液副流道之间的基体，基体上设有由其中心向全部外表面连通多个孔隙；

所述刀具柄部和刀头、冷却润滑液主流道、冷却润滑液副流道以及基体均采用3D打印的方式加工成型，且基体的材质与所述刀头的材质一致，且基体的材质与所述刀头的材质一致。

6.根据权利要求5所述具有自冷却润滑结构的切削刀具，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的形状为螺旋形。

7.根据权利要求5-6任一权利要求所述具有自冷却润滑结构的切削刀具，其特征在于：所述冷却润滑液主流道的孔径为1mm-1.2mm，所述分支冷却润滑液流道的直径为0.5mm至0.75mm，且分支冷却润滑液流道直径大于所述孔隙的直径。

8.一种加工机床，包括具有内冷却流道的刀柄夹持部，其特征在于：刀柄夹持部上安装如权利要求7所述的具有自冷却润滑结构的切削刀具，所述切削刀具中的冷却润滑液主流道与刀柄夹持部内的内冷却流道连通。

Images