CN109834303A - 一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片 - Google Patents

Abstract

一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，属于机械加工刀具技术领域。针对高温合金切削过程中切削力大且集中、切削温度高、切屑难以折断、排屑困难等问题。刀片外形为80°菱形，采用双面可用设计，中心位置处为紧固螺纹孔，刀片中部区处设有两个手型虎口凸台，围绕紧固螺纹孔处为高压容积槽，靠近两手型虎口凸台末端之间为高压导流槽，刀片四周设有弧形刃，在弧形前刀面沿弧形刃设有纽扣形凸起，每两条弧形刃相交锐角处为圆弧刀尖，靠近圆弧刀尖处设有圆形凹坑点阵微织构，在圆弧刀尖和手型虎口凸台末端之间设有断屑凸台，断屑凸台上朝向圆弧刀尖处设有方形凹坑点阵微织构，刀片后刀面设有组合式微织构。本发明用于高温合金精加工及半精加工中。

Description

一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片

技术领域

本发明涉及一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，属于机械加工刀具技术领域。

背景技术

高温合金材料在高端机械加工领域应用越来越广泛，在燃气轮机中一些重要部件如动力涡轮盘、导向器等长期处于特殊工作环境，因此选用具有耐热、耐磨、耐腐蚀性能的高温合金材料，并且对高温合金材料加工质量提出更高的要求。但高温合金又是典型难加工材料，具有切削性能较差、导热系数低、加工过程中容易产生硬化现象，目前主要采用硬质合金刀具切削加工高温合金，刀具在切削过程中存在切削力大且集中、切削温度高、切屑难以折断、排屑困难，进而导致刀具磨损、破损严重、易粘刀，刀具使用寿命显著缩短等问题，降低切削加工稳定性，从而影响工件的已加工表面完整性和加工精度。目前常用的硬质合金刀片还不能完全满足加工需求，因此对高温合金切削加工刀片的设计开发仍需进一步加强。同时高压冷却切削方式可以有效降低切削温度，提升断屑能力，减小刀具磨损，提高加工质量的作用；合理的表面微织构具有提高表面承载力、耐磨性以及降低摩擦因数的效果；本发明在设计刀片的同时考虑以上因素，用于提高刀片的切削性能，以期为高温合金切削刀具开发提供一定设计参考和技术支持。

发明内容

本发明针对现有车刀片半精加工、精加工高温合金过程中出现的切削力大且集中、切削温度高、切屑难以折断、排屑困难，进而导致刀具磨损、破损严重、易粘刀，使用寿命显著缩短的问题，提供一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片。

本发明为了解决高温合金切削加工过程中的技术难题，所采取的技术方案是：一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，刀片外形为80°角型的菱形，采用双面可用设计，贯穿刀片几何中心位置处为紧固螺纹孔，刀片中部区域靠近紧固螺纹孔处设有两个手型虎口凸台，二者之间围绕紧固螺纹孔处为高压容积槽，靠近两手型虎口凸台末端之间为高压导流槽，刀片四周设有弧形刃，在弧形前刀面沿弧形刃设有纽扣形凸起，每两条弧形刃相交锐角处为圆弧刀尖，靠近圆弧刀尖处设有圆形凹坑点阵微织构，在圆弧刀尖和手型虎口凸台末端之间设有断屑凸台，断屑凸台上朝向圆弧刀尖处设有方形凹坑点阵微织构，刀片后刀面设有组合式微织构。

本发明的有益效果是：

1、本发明刀片靠近圆弧刀尖附近设有断屑凸台，可增强刀尖强度，能够有效减缓刀尖发生崩刃现象；同时可有效促进切屑发生卷曲，有助于切屑快速折断，防止切屑发生缠绕，提高刀具的断屑能力，使切削过程平稳进行。

2、本发明刀片上面中部区域设有手型虎口凸台，根据人体工程力学原理，能起到均匀分布应力的作用，防止刀具因应力过大而破损；同时可增强刀片整体结构强度，提高刀片抗冲击能力，延长刀具使用寿命；并且手型虎口凸台用于支撑刀片，避免安装刀片时切削刃与刀架装夹部分直接接触，损坏下表面切削刃和刀尖，也可保证定位精度和重复安装精度。

3、本发明刀片设有弧形刃，具有一定的弧度，存在连续变化的刃倾角，在切削时能有效的改变切屑流向，起到平衡切削力的作用，有利于切屑的排出，降低切削温度，减少刀具磨损，提高已加工工件表面质量。

4、本发明前刀面为弧形刀面并设有纽扣形凸起，弧形前刀面可引导切屑快速流出前刀面，带走一定的切削热，从而有效降低切削温度，提高刀具散热能力；纽扣形凸起对切屑能起到一定的附加变形作用，有利于切屑卷曲并折断，同时可减小切屑与前刀面接触面积，减轻刀-屑间的摩擦，提高刀具使用寿命。

5、本发明刀片在前刀面靠近圆弧刀尖处、后刀面以及断屑凸台上设有凹坑微织构，微织构可减小刀-屑摩擦力、刀-屑接触面积，降低切削热的产生，减轻刀-屑粘结，进而避免粘刀现象的发生；在使用高压冷却液切削过程中点阵凹坑微织构还可以储存微量冷却液，促进摩擦副表面形成流体动压润滑，进而提高摩擦副表面的承载力和润滑油膜刚度，实现减磨的作用。

6、本发明刀片设计了高压导流槽及高压容积槽，高压导流槽可促进空气或者高压冷却液快速流动，降低刀片整体温度，提高刀具切削性能；高压容积槽可容纳少量冷却液，使其通过高压导流槽流向前刀面的微织构处，对微织构提供润滑作用，微织构在有冷却液的条件下减磨效果能得到有效提高。

7、本发明刀片设计为双面断屑车刀片，有四个可使用圆弧刀尖，可降低刀具使用成本；在一个刀尖破损不能继续使用时，可迅速换位使用其他刀尖进行切削加工，减少停机换刀时间，提高加工生产效率。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的左视图。

图3是本发明的俯视图。

图4是图1的Ⅰ处局部放大图。

图5是图3的Ⅱ处局部放大图。

图6是本发明的正等轴二测图。

图中标记：1-手型虎口凸台；2-弧形刃；3-断屑凸台；4-方形凹坑点阵微织构；5-圆形凹坑点阵微织构；6-组合式微织构；7-圆弧刀尖；8-高压导流槽；9-高压容积槽；10-纽扣形凸起；11-弧形前刀面；12-紧固螺纹孔。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图6说明，本实施方式的一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，刀片外形为80°角型的菱形，采用双面可用设计，贯穿刀片几何中心位置处为紧固螺纹孔(12)，刀片中部区域靠近紧固螺纹孔(12)处设有两个手型虎口凸台(1)，二者之间围绕紧固螺纹孔(12)处为高压容积槽(9)，靠近两手型虎口凸台(1)末端之间为高压导流槽(8)，刀片四周设有弧形刃(2)，在弧形前刀面(11)沿弧形刃(2)设有纽扣形凸起纽扣形凸起(10)，每两条弧形刃(2)相交锐角处为圆弧刀尖(7)，靠近圆弧刀尖(7)处设有圆形凹坑点阵微织构(5)，在圆弧刀尖(7)和手型虎口凸台(1)末端之间设有断屑凸台(3)，断屑凸台(3)上朝向圆弧刀尖(7)处设有方形凹坑点阵微织构(4)，刀片后刀面设有组合式微织构(6)。

具体实施方式二：结合图1、图2和图3说明，本实施方式所述弧形刃(2)，曲率半径为60mm，使得切削刃上每点的刃倾角都不同，切削时由于曲线刃作用使得刀具存在一定的刃倾角，刃倾角的存在改变了切屑流出的方向，使其向着断屑台方向排出，远离工件已加工表面，避免切屑划伤工件，提高已加工表面质量，保证已加工表面精度。

具体实施方式三：结合图1和图4说明，本实施方式所述圆弧刀尖(7)与弧形刃(2)是刀片与切屑直接触区域，也是剧烈磨损区域，在靠近圆弧刀尖处置入沿半径为0.8mm弧线分布的圆形凹坑点阵微织构(5)，凹坑直径为20μm，深度尺寸符合首项为20μm，公差为10μm的等差数列；此种圆形凹坑点阵微织构(5)分布方式对应力有一定的吸收和分散作用，可以改善刀具应力分布，使刀具整体应力分布比较均匀，没有明显的应力集中，起到保护圆弧刀尖(7)的作用，从而延长刀具使用寿命；同时刀面与切屑的正面摩擦与粘结在减小时还会促进切屑卷曲，有一定增强刀具断屑的效果，提高刀具断屑能力。

具体实施方式四：结合图3和图5说明，本实施方式所述后刀面处是刀具与工件接触区域，在主后刀面及副后刀面设有组合式微织构(6)，组合式微织构(6)由圆形凹坑微织构和方形凹坑微织构组成，具有更好的减磨等优良性能，分布方式弧形刃(2)及圆弧刀尖(7)边缘处向下阵列，圆形凹坑微织构直径尺寸为30μm，方形凹坑微织构边长尺寸为20μm，凹坑深度为30μm，间距尺寸符合首项为50μm，公比为1的等比数列；由于工件材料切削加工的塑性变形，已加工表面与刀具后刀面间会发生剧烈摩擦和挤压，组合式微织构(6)的置入可提高耐磨性、降低磨损的优良特性，能够改善切削区的摩擦状态，减少刀具磨损，提高工件已加工表面质量；此外组合式微织构(6)靠近弧形刃(2),可以均衡切削刃上的切削力，有效保护弧形刃(2)。

具体实施方式五：结合图6说明，本实施方式所述手型虎口凸台(1)，因形状貌似手型虎口，根据人体工程力学原理，此种形状可增强刀具整体结构强度，提高刀具抗冲击性；并且手型虎口凸台(1)用于支撑刀片，刀片底部区域与刀杆不是完全贴合的，下方会留有间隙，当使用高压冷却液或者常规切削时，会加速切削液的流动，可降低刀具的整体温度；同时可避免安装刀片时切削刃与刀架装夹部分直接接触，损坏下表面切削刃和刀尖；由于刀底安装支撑面的减小，也可保证定位精度和重复安装精度。

此外，本发明不仅可应用于高压冷却下切削加工，也可应用于常压以及干切条件下的高温合金精加工及半精加工过程中，在干切下表面凹坑微织构能够起到储存和容纳磨屑的作用，减少由于磨屑的犁沟作用而产生的高摩擦磨损；常压切削下，随着表面的磨损和变形，凹坑的体积缩小导致凹坑中存储的油液流出，形成挤压膜，在相对滑动过程中，存储在凹坑中的润滑油在摩擦力的作用下流出凹坑，起到对周围表面的润滑作用。

Claims (3)

1.一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，刀片外形为80°角型的菱形，采用双面可用设计，贯穿刀片几何中心位置处为紧固螺纹孔（12），刀片中部区域靠近紧固螺纹孔（12）处设有两个手型虎口凸台（1），二者之间围绕紧固螺纹孔（12）处为高压容积槽（9），靠近两手型虎口凸台（1）末端之间为高压导流槽（8），刀片四周设有弧形刃（2），在弧形前刀面（11）沿弧形刃（2）设有纽扣形凸起纽扣形凸起（10），每两条弧形刃（2）相交锐角处为圆弧刀尖（7），靠近圆弧刀尖（7）处设有圆形凹坑点阵微织构（5），在圆弧刀尖（7）和手型虎口凸台（1）末端之间设有断屑凸台（3），断屑凸台（3）上朝向圆弧刀尖（7）处设有方形凹坑点阵微织构（4），刀片后刀面设有组合式微织构（6）。

2.根据权利要求1所述一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，其特征在于：所述弧形刃（2）为曲率半径是60mm的切削刃。

3.根据权利要求1所述一种高压冷却下双面断屑弧形刃减磨车刀片，其特征在于：所述手型虎口凸台（1），具有35°的拔模角度，两手型虎口凸台（1）之间构成及高压导流槽（8）及高压容积槽（9）。