CN110653406B - 一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯及其制造方法，该套式整体叶根铣刀刀体毛坯包括：上端面、下端面以及将上端面和下端面连接成整体的侧面，上端面和下端面均为圆形，且上端面的直径小于下端面的直径，侧面设有刀齿，刀体毛坯的中部沿其轴向开设有通孔；该套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法包括：毛坯原料制作、压制成型、外形加工、时效处理、压坯烧结和毛坯基准精磨步骤，该套式整体叶根铣刀刀体毛坯可独立于刀柄单独加工，相对于刀柄一体成型的刀具可大大减轻刀体毛坯的整体重量，该套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法通过工艺步骤以及工艺参数设定可充分保证该铣刀毛坯的质量。

Description

一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯及其制造方法

技术领域

本发明涉及铣刀毛坯加工技术领域，具体涉及一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯及其制造方法。

背景技术

叶根铣刀也叫圣诞树铣刀，是专门针对汽轮机叶片叶根榫槽加工设计的复杂成型刀具，叶根铣削一直以来是汽轮机转子加工过程中比较耗时的生产工序，传统的叶根铣刀采用普通高速钢，在机床上进行整体加工，由于材料强度限制，刀具寿命短，虽然可通过涂层处理增加强度，但做涂层处理又使工艺流程复杂，降低生产效率，且涂层处理的刀具无法制作复杂的角度；而焊接刀可靠性差，由于焊接处不耐高温，无法做涂层处理，整体式硬质合金叶根铣刀解决了上述问题，但随着整体式硬质合金叶根铣刀外形尺寸的增大，整体式硬质合金叶根铣刀就变得比较笨重，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯，该刀体毛坯可独立于刀柄单独加工，相对于刀柄一体成型的刀具可大大减轻刀体毛坯的整体重量，本发明还提供了一种该套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，该套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法通过工艺步骤以及工艺参数设定可充分保证该铣刀毛坯的质量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯，其特征在于，包括：上端面、下端面以及将上端面和下端面连接成整体的侧面，上端面和下端面均为圆形，且上端面的直径小于下端面的直径，侧面设有刀齿，刀体的中部沿其轴向开设有通孔；

该套式整体硬质合金叶根铣刀刀体毛坯的整体外形为圆锥柱状结构，且该圆锥柱状结构的侧面加工有刀齿，该刀齿轮廓的最高点所形成的的表面为圆锥柱状面；该刀体的中部开设的通孔与刀柄安装轴配合，用于安装、固定刀柄。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，通孔包括沉头孔和刀柄安装孔，刀柄安装孔为锥形孔，刀柄安装孔的外端开设定位键槽。

该沉头孔和刀柄安装孔用于安装、固定刀柄，刀柄安装孔锥度与刀柄安装轴的锥度配合，在沉头孔中安装六角螺钉，六角螺钉的下端与刀柄安装轴内部的螺纹孔连接，从而将刀柄安装在刀体上，相比于刀柄和刀具一体成型的叶根铣刀，在加工该刀体时，可大大减轻刀体毛坯重量和长度方向的尺寸。

一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

a.毛坯原料制作：将硬质合金粉末与复合成型剂均匀混合，制得毛坯原料；

b.压制成型：将步骤a中的毛坯原料装入模具中，得到具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯；

在该步骤中，模具放置在振动平台上，使加入的合金粉末在振动的作用下均匀压实，模具整体放置在冷等静压机的缸体中，缸体中通入液压油，相比于传统机械加压，液压油对模具各个方向施加压力均匀，使毛坯压制密实，压制质量好；该模具的内腔形状为圆锥柱状结构，在使用时，中部插入与毛坯内部通孔形状相匹配的芯轴，从而可得到与最终成品毛坯外形接近的套式压坯，后续加工切削量少，减少了对毛坯的后续加工步骤，且节省原料，方便操作。

c.外形加工：对步骤b中得到的套式压坯加工侧面刀齿，得到具有刀齿的套式压坯；

d.时效处理：将步骤c中得到的具有刀齿的套式压坯进行低温时效处理；

将套式压坯放置在真空干燥箱内对套式压坯进行时效处理，可防止弹性后效造成压坯裂纹。

e.压坯烧结：将步骤d中经过时效处理的套式压坯进行烧结，脱除毛坯原料中的成型剂；

在压坯烧结中，复合成型剂在高温下不断挥发，从压坯原料中的脱除，保证套式压坯的性能。

f.毛坯基准精磨:将步骤e中烧结好的套式毛坯在磨床上进行精磨，得到套式整体硬质合金叶根铣刀毛坯。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤a中复合成型剂包括液体石蜡和液体橡胶，液体石蜡添加量为毛坯原料总质量的1.0-1.5％，液体橡胶添加量为毛坯原料总质量的0.3％-1.0％。

常规的硬质合金粉末采用纯液体石蜡作为粘结剂，纯液体石蜡工艺稳定性好，但是延展性不好，在弹性后效的作用下，容易使产品产生裂纹，本方案中的套式整体硬质合金叶根铣刀毛坯的中部开设沉头孔和刀柄安装孔，由于该孔中存在台阶，在台阶处由于应力集中，毛坯的弹性后效更容易产生裂纹，因此，在本方案中，采用液体石蜡和液体橡胶混合作为复合成型剂，该复合成型剂因加入液体橡胶，而具有更强的延展性和粘结力，从而可有效减少毛坯裂纹。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤b中，压制成型包括升压、保压和卸压，保压压力为160--180MPA，保压时间为15--30Min。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤d中低温时效处理温度为 90-120℃，低温时效处理时间不低于72h。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤e中压坯烧结时间为34-36h。

套式压坯烧结时间应确保烧结过程成型剂完全排出，且保证产品不过度收缩。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤f中，套式压坯精磨的过程为：

1)以套式压坯的外形为基准，精磨套式压坯的下端面和刀柄安装孔的锥度；

2)用标准芯棒对步骤1)中磨出的下端面以及刀柄安装孔的精度进行检测；

3)将步骤2)中检测合格的套式压坯，以套式压坯的外形和下端面为基准，加工定位键槽。

本发明具有以下有益效果：

该套式整体叶根铣刀刀体毛坯与一体式叶根铣刀刀体毛坯相比，可减轻刀体毛坯的重量和尺寸，在制作时，采用了适合该刀体毛坯结构的工艺，通过硬质合金粉末与复合成型剂在模具中压制成型后再进行机械加工，复合成型剂可有效减少毛坯台阶等应力集中处裂纹；压制套式压坯的模具与毛坯外形形状接近，可节省原料，减小模具外形，便于操作，且加压方式使模具各方向受压均匀，从而提高毛坯密度与成型质量；低温时效处理和压坯烧结可进一步提高毛坯质量，该制作方式可最终得到满足强度、质量要求的套式整体硬质合金叶根铣刀刀体毛坯。

附图说明

图1为本发明的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的剖视图；

图2为本发明的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的结构示意图；

图3为本发明的套式整体叶根铣刀刀体毛坯制造方法中模具的剖视图；

图4为本发明的步骤b压制成型的毛坯的剖视图；

图5为本发明的步骤f毛坯基准精磨的工装结构示意图。

其中：1-刀体毛坯；11-上端面；12-下端面；13-刀齿；14-沉头孔；15- 刀柄安装孔；16-定位键槽；2-模具外套；21-上橡胶圈，22-下橡胶圈；3- 上盖板；4-下盖板；5-芯轴；6-台阶套；7-支撑杆；8-夹具。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

参照图1，一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯，其特征在于，包括：上端面11、下端面12以及将上端面11和下端面12连接成整体的侧面，上端面 11和下端面12均为圆形，且上端面11的直径小于下端面12的直径，侧面设有刀齿13，刀体毛坯1的中部沿其轴向开设有通孔，通孔包括沉头孔14 和刀柄安装孔15，刀柄安装孔15为锥形孔，刀柄安装孔15的外端开设定位键槽16；

一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

a.毛坯原料制作：取质量为硬质合金粉末质量分数1％的液体石蜡和质量为硬质合金粉末质量分数0.3％的液体橡胶混合得到复合成型剂，并将该复合成型剂加入硬质合金粉末中，搅拌均匀得到毛坯原料。

b.压制成型：模具放置在振动平台上，将步骤a中制得的毛坯原料装入模具中，然后密封模具，将模具放入冷等静压机的缸体中，在本实施例中，采用的是LDJ320/1500-300YS冷等静压机；向冷等静压机的缸体内逐步通入液压油，将压力从0MPA升到160MPA，并保持压力15Min，然后缓慢卸压，将模具从缸体内取出，拆开模具得到如图4所示的具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯；

本发明所使用的模具如图3所示，包括：

外部成型组件包括：模具外套2、上盖板3和下盖板4，下盖板4和上盖板3分别可拆卸设置在模具外套2的两端，上盖板3与下盖板4之间设置多根支撑杆7，模具外套2为橡胶材质，模具外套2内还设有上橡胶圈21 和下橡胶圈22。

内部成型组件包括：芯轴5和台阶套6，芯轴5设置在模具外套2的内腔中部，台阶套6套设在芯轴5的上端，芯轴5为三阶的阶梯轴，台阶套6 套设在阶梯轴的第一阶梯处。

参照图4，由该模具压制得到套式压坯,该套式压坯形状与铣刀刀体毛坯 1的外形接近。

c.外形加工：用五轴铣床对步骤b中得到的具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯加工侧面刀齿13，刃部余量为0.3-0.5mm，得到具有刀齿13 的套式压坯；

d.时效处理：将步骤c中得到的具有刀齿13的套式压坯放置在真空干燥箱内进行低温时效处理，低温时效处理温度为90℃，低温时效处理时间为 72h。

e.压坯烧结：将步骤d中经过时效处理的套式压坯进行烧结，套式压坯的烧结时间为34h，脱除毛坯原料中的成型剂；

f.毛坯基准精磨:参照图5，将步骤e中烧结好的套式压坯用夹具8固定，并在在磨床上进行精磨，套式压坯精磨的过程为：

1)以套式压坯的外形为基准，精磨套式压坯的下端面12和刀柄安装孔 15的锥度；

2)用标准芯棒对步骤1)中磨出的下端面12以及刀柄安装孔15的精度进行检测，锥面接触面积大于80％，标准芯棒基准端面与毛坯的下端面12 间隙0.01mm；

3)将步骤2)中检测合格的套式压坯，以套式压坯的外形和下端面12 为基准，加工定位键槽16。

经过上述加工步骤，得到该套式整体硬质合金叶根铣刀刀体毛坯1，后续还可根据实际使用要求，对铣刀刀体毛坯1的刀齿13等参数进行定制化加工。

实施例2

参照图1，一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯，其特征在于，包括：上端面11、下端面12以及将上端面11和下端面12连接成整体的侧面，上端面11和下端面12均为圆形，且上端面11的直径小于下端面12的直径，侧面设有刀齿13，刀体毛坯1的中部沿其轴向开设有通孔，通孔包括沉头孔14 和刀柄安装孔15，刀柄安装孔15为锥形孔，刀柄安装孔15的外端开设定位键槽16；

一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

a.毛坯原料制作：取质量为硬质合金粉末质量分数1.3％的液体石蜡和质量为硬质合金粉末质量分数0.6％的液体橡胶混合得到复合成型剂，并将该复合成型剂加入硬质合金粉末中，搅拌均匀得到毛坯原料。

b.压制成型：模具放置在振动平台上，将步骤a中制得的毛坯原料装入模具中，然后密封模具，将模具放入冷等静压机的缸体中，在本实施例中，采用的是LDJ320/1500-300YS冷等静压机；向冷等静压机的缸体内逐步通入液压油，将压力从0MPA升到170MPA，并保持压力20Min，然后缓慢卸压，将模具从缸体内取出，拆开模具得到如图4所示的具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯；

本发明所使用的模具如图3所示，包括：

外部成型组件包括：模具外套2、上盖板3和下盖板4，下盖板4和上盖板3分别可拆卸设置在模具外套2的两端，上盖板3与下盖板4之间设置多根支撑杆7，模具外套2为橡胶材质，模具外套2内还设有上橡胶圈21 和下橡胶圈22。

内部成型组件包括：芯轴5和台阶套6，芯轴5设置在模具外套2的内腔中部，台阶套6套设在芯轴5的上端，芯轴5为三阶的阶梯轴，台阶套6 套设在阶梯轴的第一阶梯处。

参照图4，由该模具压制得到套式压坯,该套式压坯形状与铣刀刀体毛坯 1的外形接近。

c.外形加工：用五轴铣床对步骤b中得到的具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯加工侧面刀齿13，刃部余量为0.3-0.5mm，得到具有刀齿13 的套式压坯；

d.时效处理：将步骤c中得到的具有刀齿13的套式压坯放置在真空干燥箱内进行低温时效处理，低温时效处理温度为105℃，低温时效处理时间为74h。

e.压坯烧结：将步骤d中经过时效处理的套式压坯进行烧结，套式压坯的烧结时间为35h，脱除毛坯原料中的成型剂；

f.毛坯基准精磨:参照图5，将步骤e中烧结好的套式压坯用夹具8固定，并在在磨床上进行精磨，套式压坯精磨的过程为：

1)以套式压坯的外形为基准，精磨套式压坯的下端面12和刀柄安装孔 15的锥度；

2)用标准芯棒对步骤1)中磨出的下端面12以及刀柄安装孔15的精度进行检测，锥面接触面积大于80％，标准芯棒基准端面与毛坯的下端面12 间隙0.01mm；

3)将步骤2)中检测合格的套式压坯，以套式压坯的外形和下端面12 为基准，加工定位键槽16。

经过上述加工步骤，得到该套式整体硬质合金叶根铣刀刀体毛坯1，后续还可根据实际使用要求，对铣刀刀体毛坯1的刀齿13等参数进行定制化加工。

实施例3

参照图1，一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯，其特征在于，包括：上端面11、下端面12以及将上端面11和下端面12连接成整体的侧面，上端面 11和下端面12均为圆形，且上端面11的直径小于下端面12的直径，侧面设有刀齿13，刀体毛坯1的中部沿其轴向开设有通孔，通孔包括沉头孔14 和刀柄安装孔15，刀柄安装孔15为锥形孔，刀柄安装孔15的外端开设定位键槽16；

一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，包括以下步骤：

a.毛坯原料制作：取质量为硬质合金粉末质量分数1.5％的液体石蜡和质量为硬质合金粉末质量分数1.0％的液体橡胶混合得到复合成型剂，并将该复合成型剂加入硬质合金粉末中，搅拌均匀得到毛坯原料。

b.压制成型：模具放置在振动平台上，将步骤a中制得的毛坯原料装入模具中，然后密封模具，将模具放入冷等静压机的缸体中，在本实施例中，采用的是LDJ320/1500-300YS冷等静压机；向冷等静压机的缸体内逐步通入液压油，将压力从0MPA升到180MPA，并保持压力30Min，然后缓慢卸压，将模具从缸体内取出，拆开模具得到如图4所示的具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯；

本发明所使用的模具如图3所示，包括：

外部成型组件包括：模具外套2、上盖板3和下盖板4，下盖板4和上盖板3分别可拆卸设置在模具外套2的两端，上盖板3与下盖板4之间设置多根支撑杆7，模具外套2为橡胶材质，模具外套2内还设有上橡胶圈21 和下橡胶圈22。

内部成型组件包括：芯轴5和台阶套6，芯轴5设置在模具外套2的内腔中部，台阶套6套设在芯轴5的上端，芯轴5为三阶的阶梯轴，台阶套6 套设在阶梯轴的第一阶梯处。

参照图4，由该模具压制得到套式压坯,该套式压坯形状与铣刀刀体毛坯 1的外形接近。

c.外形加工：用五轴铣床对步骤b中得到的具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯加工侧面刀齿13，刃部余量为0.3-0.5mm，得到具有刀齿13 的套式压坯；

d.时效处理：将步骤c中得到的具有刀齿13的套式压坯放置在真空干燥箱内进行低温时效处理，低温时效处理温度为120℃，低温时效处理时间为76h。

e.压坯烧结：将步骤d中经过时效处理的套式压坯进行烧结，套式压坯的烧结时间为36h，脱除毛坯原料中的成型剂；

f.毛坯基准精磨:参照图5，将步骤e中烧结好的套式压坯用夹具8固定，并在在磨床上进行精磨，套式压坯精磨的过程为：

1)以套式压坯的外形为基准，精磨套式压坯的下端面12和刀柄安装孔 15的锥度；

2)用标准芯棒对步骤1)中磨出的下端面12以及刀柄安装孔15的精度进行检测，锥面接触面积大于80％，标准芯棒基准端面与毛坯的下端面12 间隙0.01mm；

3)将步骤2)中检测合格的套式压坯，以套式压坯的外形和下端面12 为基准，加工定位键槽16。

经过上述加工步骤，得到该套式整体硬质合金叶根铣刀刀体毛坯1，后续还可根据实际使用要求，对铣刀刀体毛坯1的刀齿13等参数进行定制化加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，套式整体叶根铣刀刀体毛坯包括：上端面(11)、下端面(12)以及将所述上端面(11)和所述下端面(12)连接成整体的侧面，所述上端面(11)和所述下端面(12)均为圆形，且所述上端面(11)的直径小于所述下端面(12)的直径，所述侧面设有刀齿(13)，所述刀体毛坯(1)的中部沿其轴向开设有通孔；

制造方法包括以下步骤：

a.毛坯原料制作：将硬质合金粉末与复合成型剂均匀混合，制得毛坯原料；

b.压制成型：将步骤a中的毛坯原料装入模具中进行加压，得到具有圆锥柱状外形以及内部通孔的套式压坯；

c.外形加工：对步骤b中得到的套式压坯加工侧面刀齿(13)，得到具有刀齿(13)的套式压坯；

d.时效处理：将步骤c中得到的具有刀齿的套式压坯进行低温时效处理；

e.压坯烧结：将步骤d中经过时效处理的套式压坯进行烧结，脱除毛坯原料中的成型剂；

f.毛坯基准精磨:将步骤e中烧结好的套式压坯在磨床上进行精磨，得到套式整体硬质合金叶根铣刀毛坯。

2.根据权利要求1所述的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，所述通孔包括沉头孔(14)和刀柄安装孔(15)，所述刀柄安装孔(15)为锥形孔，所述刀柄安装孔(15)的外端开设定位键槽(16)。

3.根据权利要求1所述的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，步骤a中所述复合成型剂包括液体石蜡和液体橡胶，所述液体石蜡添加量为毛坯原料总质量的1.0-1.5％，所述液体橡胶添加量为毛坯原料总质量的0.3％-1.0％。

4.根据权利要求1所述的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，步骤b中，压制成型包括升压、保压和卸压，保压压力为160--180MPA，保压时间为15--30Min。

5.根据权利要求1所述的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，步骤d中低温时效处理温度为90-120℃，低温时效处理时间不低于72h。

6.根据权利要求1所述的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，步骤e中套式压坯烧结时间为34h-36h。

7.根据权利要求1所述的套式整体叶根铣刀刀体毛坯的制造方法，其特征在于，步骤f中，套式压坯的精磨过程为：

1)以套式压坯的外形为基准，精磨套式压坯的下端面(12)和刀柄安装孔(15)的锥度；

2)用标准芯棒对步骤1)中磨出的下端面(12)以及刀柄安装孔(15)的精度进行检测；

3)将步骤2)中检测合格的套式压坯，以套式压坯的外形和下端面(12)为基准，加工定位键槽(16)。

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