CN110899740A - 一种内冷式内孔车削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内冷式内孔车削刀具，包括刀头、刀片和刀杆，刀杆与刀头紧固连接，刀头包括切削部和排屑槽，切削部的前端设有刀槽，刀片紧固在刀槽内，排屑槽内设有主冷却液喷孔，主冷却液喷孔朝向刀片的刀尖，刀头两侧分别设有第一辅助喷孔和第二辅助喷孔，第一辅助喷孔和第二辅助喷孔均朝向刀尖，且第一辅助喷孔和第二辅助喷孔以及主冷却液喷孔三者交汇形成于刀尖，第一辅助喷孔在切削部端面上的高度小于刀尖在端面上的高度，第二辅助喷孔与刀杆轴线C之间的距离为L1，刀尖与轴线C之间的距离为L2，L1≤L2，刀杆具有内冷通道，主冷却液喷孔、两个辅助喷孔均与内冷通道连通。本发明具有冷却效果好、成本低、已加工表面质量好的优点。

Description

一种内冷式内孔车削刀具

技术领域

本发明涉及切削加工，尤其涉及一种内冷式内孔车削刀具。

背景技术

在对难加工材料进行内孔切削加工时，常常会遇到切削力过大，切削温度过高等问题，这些问题会引起刀具磨损加快，崩刃和破损从而导致工件表面质量的降低和加工刀片的快速失效等严重后果。目前针对刀具冷却润滑而广泛应用的外置式冷却润滑方式有很大的缺陷：对整个工件和刀具进行大面积喷射的外冷方式，使润滑液不能精确的喷射到切削热最集中的前刀面和刀尖处，这样一来不仅对环境有一定的负面影响而且不能更高效的改善摩擦状态和提高换热冷却效率，而且内孔加工过程中，受限于加工空间，外置的冷却方式妨碍了内孔刀具本身的通过性，其外置的冷却装置可能干扰到工件，甚至阻碍排屑。

针对外置冷却方式的不足，目前开发出很多内置冷却装置结构的刀具，这种类型的刀具基本都是将冷却液通道设置在刀杆内部，冷却液通过冷却液通道直接喷射在刀尖处，利用高压下的射流冲击，强化刀片刀尖处的局部换热，以增强冷却效果，保证加工质量。但是目前内冷刀具领域还在发展阶段，市面上的很多内冷刀具都有很多缺陷和不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种冷却效果好、成本低、已加工表面质量好的内冷式内孔车削刀具。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种内冷式内孔车削刀具，包括刀头、刀片和刀杆，所述刀杆与刀头紧固连接，所述刀头包括切削部和排屑槽，所述切削部的前端设有刀槽，所述刀片紧固在所述刀槽内，所述排屑槽内设有主冷却液喷孔，所述主冷却液喷孔位于刀片的前刀面的上方且朝向刀片的刀尖，所述刀头两侧分别设有第一辅助喷孔和第二辅助喷孔，所述第一辅助喷孔和第二辅助喷孔均朝向所述刀尖，且第一辅助喷孔和第二辅助喷孔以及主冷却液喷孔三者交汇形成于所述刀尖，所述第一辅助喷孔在切削部端面上的高度小于刀尖在端面上的高度，所述第二辅助喷孔与刀杆轴线C之间的距离为L1，所述刀尖与轴线C之间的距离为L2，L1≤L2，所述刀杆具有内冷通道，所述主冷却液喷孔、第一辅助喷孔和第二辅助喷孔均与内冷通道连通。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第一辅助喷孔的轴线与刀片的主切削刃共线，所述第二辅助喷孔的轴线与刀片的副切削刃共线，所述主切削刃与副切削刃相交形成所述刀尖。

所述冷却液为液氮，所述内冷通道设有低导热系数的隔热层。

所述第一辅助喷孔对应一个第一喷头，所述第一喷头可拆卸的安装在刀头上，所述第一辅助喷孔设于第一喷头上；所述第二辅助喷孔对应一个第二喷头，所述第二喷头可拆卸的安装在刀头上，所述第二辅助喷孔设于第二喷头上。

所述第一喷头与刀头的连接方式为螺纹连接，所述第二喷头与刀头的连接方式为螺纹连接。

所述第一辅助喷孔通过第一连接通道与内冷通道连通，所述第一辅助喷孔的孔径大于第一连接通道的内径。

所述第二辅助喷孔通过第二连接通道与内冷通道连通，所述第二辅助喷孔的孔径大于第二连接通道的内径。

所述刀尖至主冷却液喷孔的距离为h，所述主冷却液喷孔的直径为d，6＜h/d＜8。

所述第一辅助喷孔与第二辅助喷孔所在的圆的直径D1不超过车削刀具最小加工的直径Dmin。

所述内冷通道与刀杆轴线C平行；所述刀杆与刀头为一体式结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的内冷式内孔车削刀具，冷却液经过以上三个冷却液喷孔分别喷射到刀片的刀尖和前刀面、主后刀面和副后刀面上，取得精确的冷却效果，实现高效冷却，降低了刀具磨损，延长了刀具使用寿命，解决现有内冷车刀在进行切削加工时，不能精确同时喷射所有切削区域(前刀面、主后刀面和副后刀面)，导致冷却润滑效果不足，工件已加工表面质量不高，刀片磨损剧烈，严重影响生产效率的问题，还解决了市面上单一前刀面喷口内冷刀具的换热范围不全面的问题，以及市面上一些在刀具后刀面做凸台，并在凸台上开冷却喷口的内冷刀具中的加工干涉问题，具有冷却效果好，成本低，已加工表面质量好的优点；另外，这种喷口组合设计结构不会引起任何加工干涉现象，所有冷却喷孔都主要集中于刀头前端部分，加工难度相对目前市面上将喷口设置在刀具后刀面底部的内冷刀具要小很多。

(2)本发明的内冷式内孔车削刀具，两个副冷却液喷孔喷出的冷却液会分别沿主切削刃和副切削刃方向流过，第一辅助喷孔的冷却液会沿主切削刃扫掠前刀面和主后刀面，第二辅助喷孔的冷却液会沿副切削刃扫掠前刀面和副后刀面，这样不仅保障刀片所有热源都有冷却液进行精确换热，而且三个喷孔将于前刀面形成多股射流撞击，射流中的一部分就沿主切削刃、副切削刃和主冷却液喷孔射出的冷却液射流汇合，形成射流撞击状态，在前刀面处产生高湍流区，冷却液在前刀面上的瞬时相对速度加快，流体碰撞强度和剪切作用增强，进一步加强冷却液在前刀面区域的热交换能力，其换热系数比一般单孔喷射的内冷刀具更高，冷却效果更加明显。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的刀头部分的放大示意图。

图3是本发明主视结构示意图。

图4是本发明中第一辅助喷孔、第二辅助喷孔与刀尖之间的位置关系示意图。

图5是本发明中第一辅助喷孔、第二辅助喷孔与刀尖所切最小圆之间的大小关系示意图。

图中各标号表示：

1、刀头；11、切削部；111、刀槽；112、端面；12、排屑槽；2、刀片；201、前刀面；21、刀尖；22、主切削刃；23、副切削刃；3、刀杆；4、主冷却液喷孔；5、第一辅助喷孔；51、第一喷头；52、第一连接通道；6、第二辅助喷孔；61、第二喷头；62、第二连接通道；7、内冷通道；8、紧固螺钉。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的内冷式内孔车削刀具，包括刀头1、刀片2和刀杆3，刀杆3与刀头1紧固连接，刀头1包括切削部11和排屑槽12，切削部11的前端设有刀槽111，刀片2紧固在刀槽111内，排屑槽12内设有主冷却液喷孔4，主冷却液喷孔4位于刀片2的前刀面201的上方且朝向刀片2的刀尖21，刀头1两侧分别设有第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6，第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6均朝向刀尖21，且第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6以及主冷却液喷孔4三者交汇形成于刀尖21，刀杆3具有内冷通道7，主冷却液喷孔4、第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6均与内冷通道7连通。

第一辅助喷孔5与刀片2的主后刀面在同一侧，第一辅助喷孔5在喷向刀尖21的时候会经过刀片2的主后刀面202，第二辅助喷孔6与刀片2的副后刀面203在同一侧，第二辅助喷孔6在喷向刀尖21的时候会经过刀片2的副后刀面203。

冷却液在高压下进入内冷通道7，通过内冷通道7分别进入主冷却液喷孔4、第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6，主冷却液喷孔4的冷却液喷向刀尖21，同时会有部分冷却液流向前刀面201，第一辅助喷孔5的冷却液喷向刀尖21，会有部分冷却液流向主后刀面202，同理，第二辅助喷孔6的冷却液喷向刀尖21，也会有部分冷却液流向副后刀面203，也就是说，冷却液经过以上三个冷却液喷孔分别喷射到刀片2的刀尖21和前刀面201、主后刀面202和副后刀面203上，取得精确的冷却效果，实现高效冷却，降低了刀具磨损，延长了刀具使用寿命，解决现有内冷车刀在进行切削加工时，不能精确同时喷射所有切削区域(前刀面、主后刀面和副后刀面)，导致冷却润滑效果不足，工件已加工表面质量不高，刀片磨损剧烈，严重影响生产效率的问题，具有冷却效果好，成本低，已加工表面质量好的优点

另外，这种喷口组合设计结构不会引起任何加工干涉现象，所有冷却喷孔都主要集中于刀头1前端部分，加工难度相对目前市面上将喷口设置在刀具后刀面底部的内冷刀具要小很多。

再者，如图4所示，第一辅助喷孔5在切削部11端面112上的高度小于刀尖21在端面112上的高度，即第一辅助喷孔5在端面112内不超过过刀尖21的垂直于轴线C的直线M1，目的是防止刀片2在轴向上进行切削时，第一辅助喷孔5会先接触工件。第二辅助喷孔6与刀杆3轴线C之间的距离为L1，刀尖21与轴线C之间的距离为L2，L1≤L2，即第二辅助喷孔6在刀片2前刀面201所在基准平面中，最外轮廓不超过刀片2刀尖21沿刀杆3轴线C所作的水平直线M2，防止了在内孔加工过程中，第二辅助喷孔6比刀片2先接触工件，从而产生加工干涉的可能，为此，该内冷式内孔车削刀具还解决了市面上单一前刀面喷口内冷刀具的换热范围不全面的问题，以及市面上一些在刀具后刀面做凸台，并在凸台上开冷却喷口的内冷刀具中的加工干涉问题。

本实施例中，主冷却液喷孔4与刀片2的刀尖21呈锐角布置，即主冷却液喷孔4与刀尖21的连线与水平面之间的夹角为锐角。这样主冷却液喷孔4在喷向刀尖21的时候能冷却到前刀面201。

本实施例中，主冷却液喷孔4、第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6均为标准的圆孔。第一辅助喷孔5的轴线与刀片2的主切削刃22共线，第二辅助喷孔6的轴线与刀片2的副切削刃23共线，主切削刃22与副切削刃23相交形成刀尖21。刀片2的主后刀面202与前刀面201相交形成主切削刃22，刀片2的副后刀面203与前刀面201相交形成副切削刃23。这样一来两个副冷却液喷孔喷出的冷却液会分别沿主切削刃22和副切削刃23方向流过，第一辅助喷孔5的冷却液会沿主切削刃22扫掠前刀面201和主后刀面202，第二辅助喷孔6的冷却液会沿副切削刃23扫掠前刀面201和副后刀面203，这样不仅保障刀片2所有热源都有冷却液进行精确换热，而且三个喷孔将于前刀面201形成多股射流撞击，射流中的一部分就沿主切削刃22、副切削刃23和主冷却液喷孔4射出的冷却液射流汇合，形成射流撞击状态，在前刀面201处产生高湍流区，冷却液在前刀面201上的瞬时相对速度加快，流体碰撞强度和剪切作用增强，进一步加强冷却液在前刀面201区域的热交换能力，其换热系数比一般单孔喷射的内冷刀具更高，冷却效果更加明显。

本实施例中，冷却液为液氮，采用液氮冷却，液氮换热特性能相对于普通机油更加能使大部分被切削工件发生冷脆效应，使切屑脆性增加，更加易于折断，提高了排屑的顺畅性，为了防止液氮冷却液还未达到冷却面就开始先与刀体剧烈换热并气化，内冷通道7设有低导热系数的隔热层。

本实施例中，内冷通道7与刀杆3轴线C平行。

本实施例中，第一辅助喷孔5对应一个第一喷头51，第一喷头51可拆卸的安装在刀头1上，第一辅助喷孔5设于第一喷头51上；第二辅助喷孔6对应一个第二喷头61，第二喷头61可拆卸的安装在刀头1上，第二辅助喷孔6设于第二喷头61上。第一喷头51与刀头1的连接方式为螺纹连接，第二喷头61与刀头1的连接方式为螺纹连接。第一喷头51和第第二喷头61为可拆卸附件，便于安装与拆卸。所有内置于刀具内的喷口，冷却液通道以及连接管，皆为直管内孔结构，加工难度低，可行性高，辅助喷头可以根据其使用状态进行拆卸并更换。

本实施例中，第一辅助喷孔5通过第一连接通道52与内冷通道7连通，第一辅助喷孔5的孔径大于第一连接通道52的内径。第二辅助喷孔6通过第二连接通道62与内冷通道7连通，第二辅助喷孔6的孔径大于第二连接通道62的内径。两个副冷却液喷孔孔径相较对应的连接管孔径稍小，减少了冷却液流入连接管进入喷口时的压力降，增大第一辅助喷孔5和第二辅助喷孔6喷出的压力。

本实施例中，刀尖21至主冷却液喷孔4的距离为h，主冷却液喷孔4的直径为d，6＜h/d＜8。h和d之间的限定关系，主要为根据射程h来控制主冷却液喷孔4。

本实施例中，如图5所示，第一辅助喷孔5与第二辅助喷孔6所在的圆的直径D1不超过车削刀具最小加工的直径Dmin。第一辅助喷孔5与第二辅助喷孔6在刀头1径面所在基准平面中，最外轮廓不超过刀具本身的最小加工直径Dmin，防止了在内孔加工过程中，第二辅助喷孔6比刀片2先接触工件，从而产生加工干涉的可能。

本实施例中，刀杆3与刀头1为一体式结构。刀片2通过紧固螺钉8固定在刀槽111内。需要说明的是，在其他实施例中，刀杆3与刀头1也可以为可拆卸的连接结构。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种内冷式内孔车削刀具，其特征在于：包括刀头(1)、刀片(2)和刀杆(3)，所述刀杆(3)与刀头(1)紧固连接，所述刀头(1)包括切削部(11)和排屑槽(12)，所述切削部(11)的前端设有刀槽(111)，所述刀片(2)紧固在所述刀槽(111)内，所述排屑槽(12)内设有主冷却液喷孔(4)，所述主冷却液喷孔(4)位于刀片(2)的前刀面(201)的上方且朝向刀片(2)的刀尖(21)，所述刀头(1)两侧分别设有第一辅助喷孔(5)和第二辅助喷孔(6)，所述第一辅助喷孔(5)和第二辅助喷孔(6)均朝向所述刀尖(21)，且第一辅助喷孔(5)和第二辅助喷孔(6)以及主冷却液喷孔(4)三者交汇形成于所述刀尖(21)，所述第一辅助喷孔(5)在切削部(11)端面(112)上的高度小于刀尖(21)在端面(112)上的高度，所述第二辅助喷孔(6)与刀杆(3)轴线C之间的距离为L1，所述刀尖(21)与轴线C之间的距离为L2，L1≤L2，所述刀杆(3)具有内冷通道(7)，所述主冷却液喷孔(4)、第一辅助喷孔(5)和第二辅助喷孔(6)均与内冷通道(7)连通。

2.根据权利要求1所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述第一辅助喷孔(5)的轴线与刀片(2)的主切削刃(22)共线，所述第二辅助喷孔(6)的轴线与刀片(2)的副切削刃(23)共线，所述主切削刃(22)与副切削刃(23)相交形成所述刀尖(21)。

3.根据权利要求1所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述冷却液为液氮，所述内冷通道(7)设有低导热系数的隔热层。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述第一辅助喷孔(5)对应一个第一喷头(51)，所述第一喷头(51)可拆卸的安装在刀头(1)上，所述第一辅助喷孔(5)设于第一喷头(51)上；所述第二辅助喷孔(6)对应一个第二喷头(61)，所述第二喷头(61)可拆卸的安装在刀头(1)上，所述第二辅助喷孔(6)设于第二喷头(61)上。

5.根据权利要求4所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述第一喷头(51)与刀头(1)的连接方式为螺纹连接，所述第二喷头(61)与刀头(1)的连接方式为螺纹连接。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述第一辅助喷孔(5)通过第一连接通道(52)与内冷通道(7)连通，所述第一辅助喷孔(5)的孔径大于第一连接通道(52)的内径。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述第二辅助喷孔(6)通过第二连接通道(62)与内冷通道(7)连通，所述第二辅助喷孔(6)的孔径大于第二连接通道(62)的内径。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述刀尖(21)至主冷却液喷孔(4)的距离为h，所述主冷却液喷孔(4)的直径为d，6＜h/d＜8。

9.根据权利要求1至3任意一项所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述第一辅助喷孔(5)与第二辅助喷孔(6)所在的圆的直径D1不超过车削刀具最小加工的直径Dmin。

10.根据权利要求1至3任意一项所述的内冷式内孔车削刀具，其特征在于：所述内冷通道(7)与刀杆(3)轴线C平行；所述刀杆(3)与刀头(1)为一体式结构。

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