CN112024919A - 一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片 - Google Patents

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Abstract

一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，属于重型加工技术领域。可解决重型切削水室封头大型异形锻件时，因切削深度较大，刀具受动态变化的机械冲击作用，引起刀具受力不均，进而产生磨损、崩刃、断裂等现象；同时切削加工过程中大量切削热堆积在切削接触区域，因刀具散热条件差而导致刀具与切屑产生刀‑屑粘结等问题。刀片切削刃为负倒棱切削刃，每相邻两条负倒棱切削刃之间有圆弧刃过渡；在圆弧刃附近设有三角形排列的圆柱形微坑织构；刀片上表面方形凸起平台侧面与前刀面形成拱形断屑槽；在刀片前刀面相交处设有类梯形凸起；前刀面上设有水滴形凸起；刀片主后刀面和副后刀面分别设有微槽织构；在刀片几何中心处有用于与车刀杆或铣刀盘连接的紧固螺钉孔。本发明适用于以水室封头为典型大型锻件车铣复合加工。

Description

一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片
技术领域
本发明一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，属于重型切削加工技术领域。
背景技术
核电水室封头作为第三代核电站AP1000核岛蒸发器的关键零件，材料为508Ⅲ高强度钢，毛坯为直接锻造而成，待加工表面情况恶劣，表面存在大量的裂纹、金属夹杂物、锻造铲沟、锻造坑包、金属氧化皮、金属覆盖物等缺陷。目前，加工水室封头零件的切削方式主要包括重型车削和重型铣削。将水室封头毛坯零件加工为成品，材料去除率可达70%以上；加工过程中切削深度较大，导致切削力大，刀具受机械冲击作用，容易导致切削刃出现不同程度的破损，产生刀片崩刃、断裂现象；以及切削加工过程中产生大量切削热堆积在切削接触区域上，从而很容易发生刀-屑粘结现象。刀片磨损破损严重，刀具使用寿命较低，频繁换刀以及重型车刀片或铣刀片在结构和功能等方面各不相同，无法相互通用，同时存在应用范围窄、通用性差等问题，导致加工效率较低。针对以上存在的问题，设计一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，以满足生产加工要求。
发明内容
本发明目的是提供一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，主要解决重型切削水室封头大型异形锻件时，因切削参数较大，刀具受动态变化的机械冲击作用，引起刀具受力不均，进而产生磨损、崩刃、断裂等现象；同时切削加工过程中大量切削热堆积在切削接触区域，导致刀具与切屑产生刀-屑粘结现象以及刀具寿命较短，加工效率低等问题。
为达到上述目的，本发明采取技术方案是：一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，所述刀片为四棱台形状，刀片前刀面四条外边缘处分别加工有负倒棱切削刃，每相邻两条负倒棱切削刃之间设有圆弧刃过渡；在圆弧刃附近设有三角形排列的圆柱形微坑织构；刀片上表面设有方形凸起平台，方形凸起平台侧面与刀具前刀面形成拱形断屑槽；在刀片前刀面相交处设有类梯形凸起；前刀面上设有水滴形凸起；刀片主后刀面和副后刀面分别设有微槽织构；刀片上表面方形凸起平台几何中心处设有紧固螺钉孔；刀片底面设有圆环形散热槽。
本发明的有益效果：采用整体式结构设计，可降低刀片加工成本；刀片上表面设有方形凸起平台，可增加刀片整体强度，提高刀片抗冲击性能，当切削参数较大时，刀具受力较均匀，不易发生破损崩刃断裂现象。
刀片前刀面四条外边缘处分别加工四条负倒棱切削刃，一条负倒棱切削刃失效后，将刀片转位90°可使用另一条负倒棱切削刃继续进行切削加工，从而提高加工效率，降低加工成本。
刀片采用负倒棱切削刃设计方式，有效增强切削刃的强度，降低切削过程中产生的振动，使切削更加平稳；每相邻两条负倒棱切削刃之间通过圆弧刃过渡，可增强刀尖强度，提高刀片使用寿命。
刀片前刀面相交处设计有类梯形凸起，起到加强筋的作用，增大了前刀面相交处的厚度，可增加刀尖强度，有效提高切削的稳定性；使刀片承受冲击载荷作用的能力增强，起到抗冲击的作用，避免刀片因断裂而提前失效。
刀片前刀面设有水滴形凸起，均匀分布在前刀面，切屑流经水滴形凸起时可有效提高刀片断屑效果，降低前刀面磨损；同时减小切屑与刀片接触面积，增大刀片散热面积，避免切削热的聚集，有效降低切削温度。
刀片上表面方形凸起平台侧面与前刀面之间形成拱形断屑槽，可促使切屑发生弯曲折断，有效提高刀片断屑能力；若在切削加工时使用切削液，拱形断屑槽内可容纳一定量切削液，能够发挥一定的冷却润滑作用，使排屑更加顺畅，刀-屑粘结问题得到缓解。
刀片前刀面圆弧刃附近设有圆柱形微坑织构，可有效改善前刀面应力分布，避免应力集中，增强刀具抗磨损能力，提高刀具使用寿命；同时在切削过程中使用切削液的条件下，可容纳少量切削液，增强切削液的润滑效果，使切削高效平稳进行。
刀片主后刀面和副后刀面分别设有微槽织构，可有效减小切削过程中刀具-工件接触面积，降低刀片与工件表面摩擦以及切削区域温度，减小刀具后刀面磨损，提高已加工表面质量；同时微槽织构也可有效均衡作用在切削刃上的切削力，从而保护切削刃，提高刀具使用寿命。
刀片底面设有圆环形散热槽，增大了有效散热面积，有利于刀片的快速散热；当使用切削液加工时，能容纳少量切削液，可降低刀片和车刀杆或铣刀盘的整体温度，保持较好的切削性能。
通过刀片几何中心处的紧固螺钉孔将刀片安装在车刀杆或铣刀盘上，当刀片一条切削刃失效时，可以快速旋转刀片进行切削，提高了刀片的使用效率和加工效率；同时能够起到固定夹紧作用，防止刀片在加工过程中由于受到切削力或摩擦力的作用而发生转动或滑动。
附图说明
图1是本发明一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片的俯视图。
图2为图1的C-C剖视图；
图3为本发明的正视图；
图4为本发明的后视图；
图5为本发明后视图G处局部放大视图；
图6为本发明的后视图Y处局部放大视图。
图中标记为
1-水滴形凸起；2-拱形断屑槽；3-前刀面；4-负倒棱切削刃；5-圆柱形微坑织构；6-圆弧刃；7-方形凸起平台；8-紧固螺钉孔；9-类梯形凸起；10-主后刀面微槽织构；11-圆环形散热槽；12-副后刀面微槽织构。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，所述刀片外形为四棱台形状。刀片切削刃为负倒棱切削刃（4），每相邻两条负倒棱切削刃（4）之间设有圆弧刃（6）过渡；刀片上表面方形凸起平台（7）与刀片前刀面（3）形成拱形断屑槽（2）；在刀片前刀面（3）相交处设有类梯形凸起（9）；刀片前刀面（3）设有水滴形凸起（1）；在刀片上表面方形凸起平台几何中心处设有紧固螺钉孔（8），刀片底面设有圆环形散热槽（11）。
具体实施方式二：结合图1、图2、图3所示，本实施方式所述刀片前刀面（3）设有水滴形凸起（1），前刀面（3）与方形凸起平台（7）的侧面形成拱形断屑槽（2）。本实施方式中未公开技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2、图3所示，本实施方式所述刀片厚度S=4.76mm。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式所述刀片前角为12°，刀片后角为8°，刀片刃倾角为0°。本实施方式中未公开技术特征与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1、图3所示，本实施方式所述刀片切削刃采用负倒棱切削刃（4）设计方式，每相邻两条负倒棱切削刃（4）之间通过圆弧刃（6）过渡，不仅可以增加刀尖强度，提高刀具抗冲击性能，同时使切削过程较平稳，振动幅度降低。
具体实施方式六：结合图3、图4、图5、图6所示，刀片后刀面是与被加工材料表面主要接触区域，刀片主后刀面和副后刀面分别设有微槽织构（10）、微槽织构（12），可有效减小切削过程中刀具-工件接触面积，降低刀片与工件表面摩擦力以及切削区域温度，减小刀具后刀面磨损，提高已加工表面质量；同时微槽织构也可有效均衡作用在切削刃上的切削力，从而保护切削刃，提高刀具使用寿命。
具体实施方式七：结合图1、图2、图4所示，本发明一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片进行加工时，通过紧固螺钉孔（8）安装在车刀杆或铣刀盘上。

Claims (5)

1.一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，所述刀片本体为四棱台形状，其特征在于：刀片前刀面（3）四条外边缘处分别加工有四条负倒棱切削刃（4），每相邻两条负倒棱切削刃（4）之间设有圆弧刃（6）过渡；刀片前刀面（3）设有方形凸起平台（7），刀片前刀面方形凸起平台（7）侧面与刀片前刀面（3）形成拱形断屑槽（2）；在刀片前刀面相交处设有类梯形凸起（9）；刀片前刀面（3）上设有水滴形凸起（1）；刀片几何中心处设有紧固螺钉孔（8）；刀片底面设有圆环形散热槽（11）。
2.根据权利要求1所述一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，其特征在于：在刀片的前刀面（3）相交处设计有类梯形凸起（9）强化结构。
3.根据权利要求1所述一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，其特征在于：该刀片切削刃采用负倒棱切削刃（4）设计方式，每相邻两条负倒棱切削刃（4）之间通过圆弧刃（6）过渡。
4.根据权利要求1所述一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，其特征在于：刀片几何中心处加工有用于与车刀杆或铣刀盘连接的紧固螺钉孔（8）。
5.根据权利要求1所述一种重载条件下大切深车铣复合可转位刀片，其特征在于：在圆弧刃（6）附近设有三角形排列的圆柱形微坑织构（5），在刀片主后刀面和副后刀面分别设有微槽织构（10）和微槽织构（12）。
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