CN110052628A - 一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片及刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明中公开了一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片及刀具，所述镗铣刀片包括刀体和连接在刀体上的刀头，所述刀头包括上端面、下端面、内侧面、外侧面和前端面，上端面为内凹弧形面，外侧面为从上至下向内侧面方向倾斜的斜面，所述前端面为从上至下向刀体方向倾斜的斜面，上端面与外侧面之间形成主切削刃，上端面与前端面之间形成副切削刃，前端面与外侧面之间形成过渡刃，当沿工件轴向切削进给时，所述主切削刃与切削进给方向之间形成主偏角，所述主偏角为91°‑93°。本发明可很好地解决钛合金圆柱形工件表面曲面槽加工时，清根不彻底而需要二次清根处理的问题；并可根据不同工件的加工参数及工件材料，方便地更换刀具部件，解决了刀具通用性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及特种金属切削加工技术领域，特别涉及一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片及刀具。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛合金工件通常所采用的TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点，在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
由于钛合金材料特有的材料特性，采用现有的加工刀具在钛合金圆柱形工件表面加工曲面槽时，经常会遇到清根不彻底，或者二次清根现象，同时会伴随打刀、融刀的问题；并且往往需要采用专用刀具进行加工，当工件参数改变时就需要另行设计，导致刀具的使用、开发成本较高，极大的增加了工件的加工成本。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片及刀具，可很好地解决钛合金圆柱形工件表面曲面槽加工时，清根不彻底而需要二次清根处理的问题；并可根据不同工件的加工参数及工件材料，方便地更换刀具部件，解决了刀具通用性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，包括刀体和连接在刀体上的刀头，所述刀头包括上端面、下端面、内侧面、外侧面和前端面，上端面为内凹弧形面，外侧面为从上至下向内侧面方向倾斜的斜面，所述前端面为从上至下向刀体方向倾斜的斜面，上端面与外侧面之间形成主切削刃，上端面与前端面之间形成副切削刃，前端面与外侧面之间形成过渡刃，当沿工件轴向切削进给时，所述主切削刃与切削进给方向之间形成主偏角，所述主偏角为91°-93°。
上述技术方案中进一步地，所述副切削刃与切削进给方向之间形成副偏角，所述副偏角为2°-5°。
上述技术方案中进一步地，所述上端面靠近副切削刃一侧的内凹弧形面为前刀面，所述前刀面的切线与水平面之间的夹角为8°-12°。
上述技术方案中进一步地，所述副切削刃从外侧面至内侧面方向沿水平面向下倾斜，副切削刃与水平面之间的夹角为3°-5°。
上述技术方案中进一步地，当沿工件轴向切削进给时，过渡刃与切削平面之间的夹角为2°-6°；当沿工件径向方向切削进给时，过渡刃与切削平面之间的夹角为2°-4°。
上述技术方案中进一步地，所述刀体上设置有两个刀头，所述刀头对称间隔设置在刀体一侧形成切削刀头组件，所述刀头前端面与内侧面之间设置有圆弧形内切削面，所述内切削面与上端面之间形成内切削刃。
上述技术方案中进一步地，所述刀体上对称设置有两组切削刀头组件。
针对上述镗铣刀片，本发明中还提供了一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀具，包括刀杆、刀架和上述刀片，所述刀架设置在刀杆上，刀片设置在刀架上。
上述技术方案中进一步地，所述刀杆上设置有与刀架相配合的安装孔，刀架一端设置在安装孔内，刀杆上位于安装孔一侧固定设置有限位块，限位块沿安装孔方向设置在安装孔一侧，限位块上设置有调节螺钉，所述调节螺钉伸入到安装孔内与刀架一端螺纹连接，所述刀杆端部设置用于固定刀架的固定孔，固定孔内设置有固定螺钉。
上述技术方案中进一步地，所述刀体上设置有限位凹槽和连接孔，刀架一端设置有与限位凹槽配合的限位凸台和与刀片上位于同一侧两刀头之间的间隙相配合的定位凸台，连接孔内设置有连接螺钉，刀片通过连接螺钉固定安装在刀架上。
本发明所具有的有益效果：
1)本发明中的镗削刀片上设置用于轴向切削的主切削刃和用于径向切削的副切削刃，并对主切削刃的主偏角进行合理的设置，使其主切削刃和副切削刃具有很好的结构强度，在对钛合金工件圆柱形凹槽进行镗铣加工时，能够同时提供较好的径向切削力和轴向切削力，在保证表面加工精度的同时，可实现对凹槽的镗铣清根处理，提高了加工效率，降低了加工成本。
2)本发明中的镗削刀片上在同一侧上设置两个个刀头，加工时两个刀头同时参与镗铣加工，进一步提高了镗铣加工效率；同时在两个刀头相对侧分别设置内切削刃，用于对位于两刀头之间工件部分的切削，使得同时利用两个刀头对工件进行一体化镗铣切削成为可能，可实现对工件凹槽的高效、一体化成型镗铣加工。
3)本发明中镗铣刀片上设置两组切削刀头组件，在一组切削刀头组件发生磨损时，可快速的更换成另一组切削刀头组件进行镗削加工，节省了更换刀具时需重新对刀的时间，提高了整体的加工效率，并且降低了刀片的成本。
4)本发明镗铣刀具中的刀架设置为可调节结构，使其可根据不同工件大小及不同曲面半径凹槽，通过对刀架进行调节，从而可适用于对不同规格工件及不同曲面半径凹槽的镗铣加工，并且调节方便，提高了刀具的使用性能和通用性。
附图说明
图1为本发明刀片结构示意图。
图2为本发明刀片结构俯视图。
图3为图2中E处局部示意图。
图4为图2中C-C向截面示意图。
图5为图4中F处局部示意图。
图6为本发明刀片结构右视图。
图7为图6中D处局部示意图。
图8为本发明刀具结构示意图。
图9为图8中A-A向截面示意图。
图中：1、刀片，101、刀体，102、刀头，201、上端面，202、下端面，203、内侧面，204、外侧面，205、前端面，206、主切削刃，207、副切削刃，208、过渡刃，210、内切削刃，211、前刀面；
Kr：主偏角，K’r：副偏角，V0:主前角，λs:刃倾角，α0：轴向主后角，β0：径向主后角；
3、刀杆，4、刀架，5、安装孔，6、限位块，7、调节螺钉，8、固定螺钉，9、限位凹槽，10、连接孔，11、限位凸台，12、定位凸台，13、连接螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
本实施例中为本发明的一种实施方式，参照图1至3，该镗铣刀片1包括刀体101和连接在刀体上的刀头102，所述刀头102包括上端面201、下端面202、内侧面203、外侧面204和前端面205，其中，刀头的上端面201为内凹弧形面，外侧面204为从上至下向内侧面方向倾斜的斜面，所述前端面205为从上至下向刀体方向倾斜的斜面，上端面201与外侧面204之间的结合处形成主切削刃206；主切削刃主要用于对工件的轴向切削；在上端面201与前端面205之间的结合处形成副切削刃207，副切削刃主要用于对工件的径向切削；前端面205与外侧面204之间的结合处形成过渡刃208；当沿工件轴向切削进给时，所述主切削刃206与切削进给方向之间形成主偏角Kr，所述主偏角Kr设置为91°-93°。
针对钛合金工件凹槽成型加工，当主偏角过小时，虽然刀头刀尖处强度高，加工表面粗糙度较好，但切削时的径向力大，而轴向力小；当主偏角太大时，则轴向力大而径向力较小；即在加工时主偏角过大则会增加刀头刀口长度而增加轴向切削进给时的阻力，而主偏角过小时刀头刀尖处与工件之间形成点接触而增加径向切削进给时的阻力。
这里对刀片刀头的主切削刃主偏角进行合理的设置，使其主切削刃和副切削刃具有很好的结构强度，在对钛合金工件圆柱形凹槽进行镗铣加工时，能够同时提供较好的径向切削力和轴向切削力，在保证表面加工精度的同时，可实现对凹槽的镗铣清根处理，提高了加工效率，降低了加工成本。
实施例二
本实施例为本发明的另一种实施方式，参照图1-3，该实施例中，当沿工件轴向切削进给时，此时，镗铣刀片的副切削刃与切削进给方向之间形成副偏角K’r，所述副偏角K’r设置为2°-5°。通过设置副切削刃与刀片加工进给方向的角度，可提高径向加工的加工效率，同时减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，保证工件的表面加工精度。
实施例三
本实施例为本发明的另一种实施方式，参照图1-5，该实施例中刀片刀头的上端面201靠近副切削刃一侧的内凹弧形面为前刀面211，所述前刀面211的切线与水平面之间的夹角为8°-12°。该前刀面的切线与水平面之间的夹角为刀片的切削主前角V0，通过设置主前角的角度，可平衡刀片切削时的锋利程度和刀头切削刃的强度，保证刀片切削效率的同时，提高了加工时刀具的安全性。
实施例四
本实施例为本发明的另一种实施方式，参照图1-7，该实施例中该刀片刀头的副切削刃从外侧面至内侧面方向沿水平面向下倾斜，副切削刃与水平面之间的夹角为3°-5°。该副切削刃与水平面之间的夹角为刀头的切削刃倾角λs，通过设置切削刃倾角的角度可保证刀头切削加工时具有较好的排屑功能。
实施例五
本实施例为本发明的另一种实施方式，参照图1-7，该实施例中的刀片，当沿工件轴向切削进给时，过渡刃208与切削平面之间的夹角为轴向主后角α0，本实施例中轴向主后角α0为2°-6°。当沿工件径向方向切削进给时，过渡刃208与切削平面之间的夹角为径向主后角β0，本实施例中径向主后角β0为2°-4°。通过设置过渡刃与轴向进给及径向进给时切削平面之间的角度，可减小刀片在镗铣加工时刀头与工件表面之间的摩擦，保证切削加工精度，减小对刀片的磨损。
实施例六
本实施例为本发明的另一种实施方式，参照图1-7，该实施例中在刀体101上设置有两个刀头102，所述刀头102对称间隔设置在刀体一侧形成切削刀头组件，所述刀头前端面205与内侧面203之间设置有圆弧形内切削面，所述内切削面与上端面201之间形成内切削刃210。
在刀体的同一侧上设置两个刀头，加工时两个刀头同时参与镗铣加工，进一步提高了镗铣加工效率；同时在两个刀头相对侧分别设置内切削刃，用于对位于两刀头之间的工件进行切削，使得同时利用两个刀头对工件进行一体化镗铣切削成为可能，可实现对工件凹槽的高效、一体化成型镗铣加工。
实施例七
本实施例为本发明的另一种实施方式，如图1至7所示，该实施例中在刀体1上对称设置有两组切削刀头组件。
在该镗铣刀片上设置两组切削刀头组件，在一组切削刀头组件发生磨损时，可快速的更换成另一组切削刀头组件进行镗削加工，节省了更换刀具时需重新对刀的时间，提高了整体的加工效率，并且降低了刀片的成本。
本实施例中，刀片尺寸大小为16mm*15mm*8mm，刀头宽度为2-5mm，两刀头之间的间距为2-5mm。刀片采用W18CR4V高速钢，其抗弯强度为2.7-3.8GPa，冲击韧度0.23-0.30MJ/m2，具有较高的常温和高温强度和硬度，可适用于加工高强度耐热钢、高温合金、钛合金工件。
该刀片可适用于镗铣直径10mm-300mm的圆柱形凹槽，并能实现对凹槽的一次清根处理，加工表面粗糙度可达0.8μm。
针对上述镗铣刀片，本发明中还提供了一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀具，下面结合具体实施例对该镗铣刀具进行详细的说明。
实施例八
如图8和9所示，本实施例中的镗铣刀具包括刀杆3、刀架4和上述实施例一至七中所述的刀片1，所述刀架4设置在刀杆3上，刀片1设置在刀架4上。
具体地，在刀杆3上设置有与刀架4相配合的安装孔5，刀架4一端设置在安装孔5内，刀架与刀杆之间相互垂直设置，刀杆3上位于安装孔5一侧固定设置有限位块6，限位块6沿安装孔轴线方向设置在安装孔一侧，限位块6上设置有调节螺钉7，所述调节螺钉7伸入到安装孔内与刀架4一端螺纹连接，所述刀杆3端部设置用于固定刀架的固定孔，固定孔内设置有固定螺钉8。本实施例中，刀架安装在一与刀杆配合的方形截面安装孔内，在刀架的端部分别设置限位块和调节螺钉实现限制刀架在安装孔中的滑动的同时，通过调节调节螺钉可实现对刀架上刀片加工半径的调节；通过设置固定螺钉对刀架侧面进行压紧，可将刀架更好的固定在刀杆上。
在刀片的刀体101上设置有限位凹槽9和连接孔10，在刀架4一端设置有与限位凹槽配合的限位凸台11和与刀片上位于同一侧两刀头之间的间隙相配合的定位凸台12；通过设置上述结构，刀片与刀架之间通过限位凹槽与限位凸台、及定位凸台与同一侧两刀头之间的间隙空间之间的相互配合进行定位；在连接孔10内设置有连接螺钉13，刀片1通过连接螺钉13固定安装在刀架4上。
该实施例中的镗铣刀具中的刀架设置为可调节结构，使其可根据不同工件大小及不同曲面半径凹槽，对刀架进行调节，实现对刀具加工半径的调节，从而使其可适用于对不同规格工件及不同曲面半径凹槽的镗铣加工，并且调节方便，提高了刀具的使用性能和通用性。
本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：包括刀体和连接在刀体上的刀头，所述刀头包括上端面、下端面、内侧面、外侧面和前端面，上端面为内凹弧形面，外侧面为从上至下向内侧面方向倾斜的斜面，所述前端面为从上至下向刀体方向倾斜的斜面，上端面与外侧面之间形成主切削刃，上端面与前端面之间形成副切削刃，前端面与外侧面之间形成过渡刃，当沿工件轴向切削进给时，所述主切削刃与切削进给方向之间形成主偏角，所述主偏角为91°-93°。
2.根据权利要求1所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：所述副切削刃与切削进给方向之间形成副偏角，所述副偏角为2°-5°。
3.根据权利要求1所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：所述上端面靠近副切削刃一侧的内凹弧形面为前刀面，所述前刀面的切线与水平面之间的夹角为8°-12°。
4.根据权利要求1所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：所述副切削刃从外侧面至内侧面方向沿水平面向下倾斜，副切削刃与水平面之间的夹角为3°-5°。
5.根据权利要求1所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：当沿工件轴向切削进给时，过渡刃与切削平面之间的夹角为2°-6°；当沿工件径向方向切削进给时，过渡刃与切削平面之间的夹角为2°-4°。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：所述刀体上设置有两个刀头，所述刀头对称间隔设置在刀体一侧形成切削刀头组件，所述刀头前端面与内侧面之间设置有圆弧形内切削面，所述内切削面与上端面之间形成内切削刃。
7.根据权利要求6所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀片，其特征在于：所述刀体上对称设置有两组切削刀头组件。
8.一种钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀具，其特征在于：包括刀杆、刀架和上述权利要求1-7中任一项所述的刀片，所述刀架设置在刀杆上，刀片设置在刀架上。
9.根据权利要求8所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀具，其特征在于：所述刀杆上设置有与刀架相配合的安装孔，刀架一端设置在安装孔内，刀杆上位于安装孔一侧固定设置有限位块，限位块沿安装孔方向设置在安装孔一侧，限位块上设置有调节螺钉，所述调节螺钉伸入到安装孔内与刀架一端螺纹连接，所述刀杆端部设置用于固定刀架的固定孔，固定孔内设置有固定螺钉。
10.根据权利要求9所述的钛合金工件圆柱面凹槽镗铣刀具，其特征在于：所述刀体上设置有限位凹槽和连接孔，刀架一端设置有与限位凹槽配合的限位凸台和与刀片上位于同一侧两刀头之间的间隙相配合的定位凸台，连接孔内设置有连接螺钉，刀片通过连接螺钉固定安装在刀架上。
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